Glasbruchmelder

Abstract

 Der die bei einem Glasbruch auftretenden typischen Schwingungen erkennende Empfänger innerhalb des Glas­bruchmelders besteht aus einem mikromechanisch her­gestellten Frequenzsensor (F), der zusammen mit einer elektronischen Auswerteeinrichtung (A) und einer Sen­deeinrichtung (SE) in ein gemeinsames Substrat (S) hinein integriert ist. Die Sendeeinrichtung (SE) gibt eine erkannte Glasbruchmeldung drahtlos an eine Empfangseinrichtung weiter, welche Zugang zu einer Alarmanlage hat. Der Glasbruchmelder enthält außer­dem eine eigene Stromversorgung (SV).

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Glasbruchmelder mit einem die bei einem Glasbruch auftretenden Schwingungen erkennenden Empfänger, der zusammen mit einer nachgeschalteten Auswerteelektronik an einer zu sichernden Glasscheibe angebracht ist und mit einer Alarmanlage zusammenarbeitet.

[0002] Ein Verfahren und Vorrichtung zum Feststellen der bei Beschädi­gung eines Objektes , insbesondere Glasscheibe, auftretenden Schwingungen ist aus der DE-OS 27 38 793 bekannt. Es handelt sich dabei um einen Glasbruchmelder, dessen einzelne Bestand­teile , insbesondere die elektronischen Teile, auf einer Ke­ramikplatte aufgebracht sind. Einige Schaltelemente können in Dickfilmschaltungstechnik aufgebaut werden, wie dies auf Seite 6 beschrieben ist. Als separate Bauteile müssen allerdings die Piezoelemente bestückt und auf die entsprechenden Kontaktflä­chen der Keramikplatte aufgelötet werden. Auch bei der Verwen­dung von monolithisch integrierten Schaltkreisen für die Aus­werteelektronik müssen diese als separate Bauelemente bestückt werden. Außerdem ist für die Weitergabe der erzeugten Alarm­meldung ein Kabelanschluß vorgesehen. Ein derart aufgebauter Glasbruchmelder erfordert bei der Herstellung relativ viele einzelne Arbeitsgänge und bei der Installation die Verlegung eines Kabels.

[0003] Aus der DE-OS 32 43 161 ist eine Vorrichtung zum Sichern von Fenstern, Türen und dergleichen bekannt. Dabei sind an den zu sichernden Stellen elektrische Warneinrichtungen angebracht, welche jeweils einen unabhängigen Stromerzeuger, einen Sensor und einen signalerzeugenden Sender aufweisen. Die Alarmsignale werden von einem Empfänger wahrgenommen, dem eine Alarmeinrich­tung nachgeschaltet ist. Bei dieser Vorrichtung erfolgt die Ab­gabe des Alarmsignals vom Entstehungsort zunächst drahtlos, so daß keine Verkabelung von beispielsweise Glasbruchmeldern er­forderlich ist. Da die Aufgabe bei dem in dieser Schrift be­schriebenem Gegenstand lediglich darin besteht, für bekannte Sensoreinrichtungen eine größere Flexibilität, insbesondere hinsichtlich der Stromversorgung zu erreichen, sind keine ge­nauen Angaben über die Beschaffenheit von Sensoren, insbeson­dere von Glasbruchmeldern und deren innerem Aufbau an dieser Stelle vorzufinden.

[0004] Ein Schwingungs-Sensor mit einer oder mehreren Zungen, die durch mechanische Schwingungen angeregt werden können, ist aus der Europäischen Patentanmeldung 88 106 263.2 bekannt. Die Zungen sind aus einem Substrat geätzt, und die Einrichtungen zur Umsetzung der mechanischen Schwingungen der Zunge in elek­trische Signale sowie die Einrichtungen zur Auswertung dersel­ben sind auf dem gleichen Substrat untergebracht. In dieser Patentanmeldung wird der Schwingungs-Sensor lediglich als sol­cher beschrieben, und spezielle Anwendungsfälle sind nur an­deutungsweise aufgezeigt.

[0005] Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Glasbruchmelder in Miniaturausführung vorzustellen, der einen äußerst geringen Platzbedarf aufweist und unauffällig ohne ein Anschlußkabel leicht an beliebigen Stellen angebracht werden kann. Bei der Herstellung sollen vollautomatische Fertigungsverfahren ange­wendet werden können, wobei das Bestücken einzelner Bauele­mente weitgehend vermieden werden kann.

[0006] Diese Aufgabe wird mit einer Merkmalskombination gelöst, wie sie im Patentanspruch 1 angegeben ist.

[0007] Damit wird in vorteilhafter Weise erreicht, daß das Anbringen von Glasbruchmeldern so vereinfacht ist, daß keine besonderen Fachkenntnisse dazu erforderlich sind. Weil keine Leitungen vorhanden sind, und weil die Glasbruchmelder sehr klein sind, können diese überall unauffällig angebracht werden. Durch die Anwendung von vollautomatischen Fertigungsverfahren sind sie außerdem preiswert herstellbar.

[0008] Die in den Unteransprüchen angegebenen Weiterbildungen der Er­findung geben vorteilhafte Anwendungsbeispiele des beschrie­benen Miniatur-Glasbruchmelders an.

[0009] Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand einer Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung ist schema­tisch dargestellt, wie die einzelnen Bestandteile des Glas­bruchmelders auf einem gemeinsamen Substrat S angeordnet sind. Der Frequenzsensor F kann dabei so in das Substrat eingearbei­tet werden, daß er nicht als selbständiges Bauteil in Erschei­nung treten muß. Mit auf dem Substrat S aufgebrachten oder aus­geätzten Leiterbahnen ist der Frequenzsensor F mit einer Aus­werteeinrichtung A elektrisch verbunden. Der Ausgang der Aus­werteeinrichtung A ist mit einer Sendeeinrichtung SE zusammen­geschaltet, die ein entsprechendes Signal drahtlos absendet, wenn von der Auswerteeinrichtung A mit Hilfe des Frequenzsen­sors F die bei einem Glasbruch auftretenden typischen Schwingung­en erkannt worden sind.

[0010] Das Substrat S besteht aus Silicium, wobei die in einer Öffnung O befindliche Zunge Z des Frequenzsensors F durch Ätzen herge­stellt ist. Die Öffnung O kann entweder als Vertiefung oder auch als Durchbruch des dünnen Substratblättchens ausgebildet sein. Die Zunge Z ist mit einer elektrisch leitenden Schicht S1 und der feste Teil in Höhe der Zunge Z mit einer weiteren elektrisch leitenden Schicht S2 versehen. Beide Schichten S1 und S2 bilden die Elektroden eines Kondensators und sind über

[0011] Leitungen L mit der Auswerteeinrichtung A elektrisch verbunden. Die zweite Schicht S2 muß nicht unbedingt gegenüber dem Ende der Zunge Z angebracht sein, sie kann auch neben der Zunge Z oder auch unterhalb oder oberhalb derselben angebracht sein. Die Zunge Z kann auch mit einer piezoaktiven Schicht versehen sein, die durch Leitungen mit der Auswerteeinrichtung A verbunden ist. Das Aufbringen der Schichten und der Leitungen L kann durch Aufdampfen erfolgen.

[0012] Die Auswerteeinrichtung A ist als integrierte Schaltung in dem aus Silicium bestehenden Substrat S eingebracht, wobei Verstär­ker, Speicher usw. vorhanden sein können. Auch die Sendeeinrich­tung SE ist in gleicher Weise in das Substrat integriert. Die Anschlüsse für die Stromversorgung und die Signaleingänge sowie die -ausgänge können zum Anschluß von Golddrähten mittels Bon­den ausgebildet sein, welche zu den elektrischen Anschlüssen der integrierten Schaltungen führen.

[0013] Die Herstellung der Öffnung O und der Zunge Z kann in einer Reihe von Verfahrensschritten erfolgen, denen eine Reihe von weiteren Verfahrensschritten zur Herstellung der Schichten S und Leitungen L folgen. Im Anschluß daran wird dann auf dem Substrat S die Auswerteschaltung A sowie die Sendeeinrichtung SE als integrierte Schaltkreise im Substrat S hergestellt.

[0014] Die Auswerteeinrichtung A und die Sendeeinrichtung SE müssen nicht unbedingt in der gleichen Ebene und auf der gleichen Sei­te des Substrats S angebracht sein, es ist vielmehr auch denk­bar, auf der einen Seite des Substrats die Schichten S und die Leitungen L und auf der anderen Seite des Substrats S die Aus­werteeinrichtung A, bzw. die Sendeeinrichtung SE aufzubringen, wobei die Leitungen L entsprechend von der einen Seite auf die andere Seite der Flächen des Substrats S zu führen sind.

[0015] Für den Fall, daß das Substrat S, welches für die Herstellung der als integrierte Schaltungen ausgebildeten Auswerteeinrich­ tung A, bzw. der Sendeeinrichtung SE geeignet ist, ungünstige Eigenschaften bezuglich des Schwingungsverhaltens der Zunge Z aufweist, oder daß aus Herstellungsgründen die Ausbildung der Zunge Z große Schwierigkeiten bereitet, ist es auch denkbar, das Substrat S funktionsmäßig aufzuteilen, wobei zwei Substrate mit unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften benutzt werden. Das eine Substrat begünstigt dabei die Herstellung der Zunge Z mit mikromechanischen Ätztechniken und/oder deren Schwingungsverhalten, während das andere Substrat zur Herstel­lung integrierter Schaltungen durch mikroelektronische Ver­fahrensschritte geeignet ist.

[0016] Der Frequenzsensor F, dessen Zungenform unterschiedliche Geo­metrien aufweisen kann, kann für eine bestimmte Frequenz oder auch für einen Frequenzbereich ausgebildet sein, wobei im letzteren Fall eine Vielzahl von Zungen unterschiedlicher Länge vorhanden ist. Durch Abgleichen des gewünschten Frequenzspektrums ist die Möglichkeit gegeben, frequenzselektiv auf ausgewählte Schwingungen reagieren zu können.

[0017] Der Frequenzsensor F arbeitet also dergestalt, daß die typi­schen Glasbruchgeräusche über eine Anregung der mikromechanisch hergestellten Zungenstrukturen detektiert und/oder über piezo­elektrische Wandlung in elektrische Signale umgewandelt werden. Diese elektrischen Signale gelangen dann zu einer Auswerteein­richtung A, wo sie auf Ihre Amplituden geprüft und bei An­sprechen zwischengespeichert werden. Dadurch wird die Sende­einrichtung SE angesteuert und gibt ein Alarmsignal zu einer Empfangseinrichtung, was auf der Basis von Funkwellen (Mikro­sender), Infrarotquellen (IR-Diode) oder Ultraschall geschehen kann. Eine geeignete Signalcodierung kann ein selektives An­sprechen von Meldeeinrichtungen gewährleisten.

[0018] Wenn der Glasbruchmelder als aktiver Melder betrieben werden soll, so wird zusätzlich eine Piezofolie P auf der Substrat­ unterseite aufgebracht, welche dann mit der zu überwachenden Glasscheibe verklebt wird. Über diese Piezofolie werden Über­wachungssignale in die Glasscheibe eingekoppelt, so daß ein Alarm dann ausgelöst werden kann, wenn sich die empfangenden Frequenzen ändern. In einem solchen Fall wird, wie zuvor be­schrieben worden ist, ein drahtloses Alarmsignal durch die Sendeeinrichtung SE ausgestrahlt.

[0019] Bei der genannten Piezofolie handelt es sich um einen thermo­plastischen Kunststoff (PVDF-Polyvinylidenfluorid), dem durch mechanisch/elektrische Vorbehandlung ein piezoelektrisches Verhalten aufgeprägt wird.

[0020] Für die Stromversorgung SV ist auf dem Substrat S ebenfalls ein Platz vorgesehen, von wo aus die entsprechenden Leiterbah­nen für die Speisung der einzelnen Teile des Glasbruchmelders an die einzelnen Anschlußstellen führen. An dieser Stelle kön­nen sich Kontaktelemente befinden, damit Mono-Knopfzellen oder Miniaturbatterien angebracht werden können. An dieser Stelle können auch Solargeneratoren angeschlossen werden, welche auf der äußeren Oberfläche eines nicht dargestellten Gehäuses oder auf dem Substrat S bei einem dann lichtdurchlässigen Ge­häuse aufgebracht sind.

[0021] Das von der Sendeeinrichtung SE des Glasbruchmelders ausge­strahlte Alarmsignal kann von einem beliebigen, in der Nähe befindlichen Fernmeldeendgerät empfangen werden, welches ei­nen dazu geeigneten Empfänger besitzt. Es kann sich dabei um einen Fernsprechmapparat FA handeln, welcher dann automatisch so aktiviert wird, daß eine Alarmmeldung abgegeben werden kann. Beim Empfang einer Glasbruch-Alarmmeldung kann eine im Fern­sprechapparat FA eingespeicherte Rufnummer gewählt werden, wobei in bekannter Weise eine Fernsprechverbindung aufgebaut wird. An der den Anruf entgegennehmenden Stelle kann dann durch besondere Maßnahmen festgestellt werden, von wo aus der

[0022] Anruf erfolgt ist. Damit ist eine Lokalisierung der Alarmmel­dung möglich. Beim Aufbauen einer derartigen Alarmverbindung kann auch vorgesehen werden, daß eine Alarmanlage direkt an­gesteuert wird und beim Bestehen der Verbindung besondere Kennzeichen, welche ebenfalls im besagten Fernsprechapparat FA abgespeichert sind, durchgegeben werden.

[0023] Es ist jedoch auch möglich, eine Empfangseinrichtung in ei­nem Melder M vorzusehen, welcher an eine Linie eines Gefahren­meldesystems angeschlossen ist. Dabei kann es sich um einen ohnehin vorhandenen Melder, beispielsweise einen Feuermelder handeln, der von der Sendeeinrichtung SE aktiviert wird. Die weitere Alarmgabe und die Standortbestimmung des Melders wird­dann von dem betreffenden Gefahrenmeldesystem übernommen.

[0024] Beim Anbringen von Glasbruchmeldern kann selbstverständlich so vorgegangen werden, daß jeder einzelne Glasbruchmelder auf eine vorbestimmte Empfangseinrichtung wirkt, in dem unter­schiedliche Frequenzen und/oder unterschiedliche Kodierungen beim Aussenden des Alarmsignals verwendet werden. Es ist je­doch auch denkbar, daß mehrere einzeln angebrachte Glasbruch­melder gemeinsam auf die Empfangseinrichtung eines Fernsprech­apparates FA oder eines Melders M wirken.

Ansprüche

1. Glasbruchmelder mit einem die bei einem Glasbruch auftre­tenden typischen Schwingungen erkennenden Empfänger, der zusammen mit einer nachgeschalteten Auswerteelektronik an einer zu sichernden Glasscheibe angebracht ist und mit ei­ner Alarmanlage zusammenarbeitet,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Empfänger aus einem mikromechanisch durch Ätzen auf einem Substrat (S) hergestellten Frequenzsensor (F) und einer nachgeschalteten, in das gleiche Substrat (S) hinein integrierten Auswerteeinrichtung (A) besteht, die eine ebenfalls in das gleiche Substrat (S) hinein inte­grierte Sendeeinrichtung (SE) ansteuert, welche eine er­kannte Glasbruchmeldung drahtlos an eine Empfangseinrich­tung mit Zugang zu einer Alarmanlage weitergibt, das als gemeinsames Substrat (S) ein Siliciumchip ver­wendet wird, und die Herstellung nach einem für monoli­thisch integrierte Schaltkreise übliche Verfahren, bzw. mit aus der Mikroelektronik bekannten Ätzverfahren durch­geführt wird,
und daß im Glasbruchmelder eine eigene Stromversorgung (SV) eingebaut ist.

2. Glasbruchmelder nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein Fernsprechapparat (FA) als Empfangseinrichtung für den drahtlosen Empfang von Alarmmeldungen vom Glas­bruchmelder dient.

3. Glasbruchmelder nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein direkt an eine Alarmanlage angeschlossener Mel­der (M) als Empfangseinrichtung für den drahtlosen Em­pfang von Alarmmeldungen vom Glasbruchmelder dient.

4. Glasbruchmelder nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß als Sendeeinrichtung (SE) ein Mikrophonsender ver­wendet wird.

5. Glasbruchmelder nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß als Sendeeinrichtung (SE) ein Infrarot-Sender ver­wendet wird.

6. Glasbruchmelder nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß als Sendeeinrichtung (SE) ein Ultraschallgeber ver­wendet wird.

7. Glasbruchmelder nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß mindestens 2 Frequenzsensoren (F) vorgesehen sind, wovon einer auf das Geräusch von fallenden Glassplittern reagiert, und daß das daraus generierte Signal mit dem Signal des Bruchgeräusches von Glas verknüpft wird.

8. Glasbruchmelder nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß bei aktiven Glasbruchmeldern neben einem Frequenz­sensor (F) eine Piezofolie (P) zur Signaleinkopplung auf die Glasscheibe vorgesehen ist.

9. Glasbruchmelder nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß als Stromversorgung (SV) eine Mono-Knopfzelle oder eine Miniaturbatterie dient.

10. Glasbruchmelder nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß für die Stromversorgung (SV) Solarzellen vorgesehen sind, die entweder auf dem Gehäuse oder auf dem Substrat (S) bei einem dann lichtdurchlässigen Gehäuse aufgebracht sind.

Zeichnung