DE1290845B

DE1290845B - Electrical room protection system

Info

Publication number: DE1290845B
Application number: DE1967S0112152
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Peer; Thilo
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1967-09-29
Filing date: 1967-09-29
Publication date: 1969-03-13
Also published as: CH483071A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Raumschutzanlage, deren teils an einen Wechselspannungsgenerator und teils an einen Auswerter angeschlossene Meßelektroden bei Kapazitätsänderungen infolge Eindringens eines Störers mit Hilfe einer Hilfswechselspannung und eines z. B. aus einem Kondensator und einem Widerstand bestehenden Differenziergliedes einen Alarmgeber steuern.The invention relates to an electrical room protection system, some of which are connected to an alternating voltage generator and some to an evaluator Measuring electrodes in the event of changes in capacitance due to the intrusion of an interferer with the aid an auxiliary AC voltage and a z. B. from a capacitor and a resistor existing differentiator control an alarm device.

Moderne Raumschutzanlagen nutzen die bei Eindringen eines Störers in den zu schützenden Raum auftretenden Kapazitätsänderungen zwischen den Meßelektroden aus, um damit einen Alarmgeber zu betätigen. Normalerweise reagieren aber derartige Alarmeinrichtungen nicht nur auf einen eindringenden Störer, sondern auch unter anderem auf Temperatureinflüsse; so spricht z. B. ein Kapazitätsrelais mit einem auf einem Kennlinienknick arbeitenden Oszillator in Gestalt eines Transistors auf jede noch so langsam erfolgende Änderung der Meßkapazität an. Der Kollektor des Transistors ist dabei einerseits mit einer geerdeten Batterie verbunden und andererseits über den Abstimmungskondensator an das ebenfalls geerdete Anzeigerelais und die Oszillatorspule geschaltet. Letztere ist mit ihrem anderen Ende an die Basis des Transistors und an die Meßelektrode angeschlossen, während ein Abgriff dieser Oszillatorspule an den Emitter geführt wird. Solche Fehlalarme durch langsame Kapazitätsänderungen verhindert man im allgemeinen durch ein zwischen den Meßelektroden und dem Alarmgeber vorgesehenes Differenzierglied, weil dann nur noch rasche Zustandsänderungen, also solche mit einem ausreichend großen Differentialquotienten, den Alarmgeber zum Ansprechen bringen. Als Schalter für den Alarmgeber verwendet man wegen ihrer geringen Störanfälligkeit gern Transistoren, inderen über einen Eingangsübertrager angepaßten Eingangskreis bereits ein nichtlinearer Widerstand als durch den Differenzierimpuls steuerbarer Wechselstromschalter für eine an den Eingang der Transistoren anlegbare Hilfsspannung verwendet wurde.Modern room protection systems use them when a disturber intrudes Changes in capacitance occurring in the space to be protected between the measuring electrodes off to activate an alarm device. Usually, however, they respond Alarm devices not only on an intruding disturber, but also below among other things on temperature influences; so speaks z. B. a capacitance relay with a on a characteristic curve working oscillator in the form of a transistor every change in the measuring capacitance, no matter how slow. The collector of the The transistor is connected on the one hand to a grounded battery and on the other hand via the tuning capacitor to the display relay, which is also grounded, and the Oscillator coil switched. The latter is at its other end to the base of the Transistor and connected to the measuring electrode, while a tap of this oscillator coil is led to the emitter. Such false positives due to slow changes in capacity is generally prevented by an between the measuring electrodes and the alarm transmitter provided differentiator, because then only rapid changes of state, so those with a sufficiently large differential quotient, the alarm device to respond bring. As a switch for the alarm device is used because of its low susceptibility to failure like transistors, whose input circuit is matched via an input transformer already a non-linear resistance than controllable by the differentiating pulse AC switch for an auxiliary voltage that can be applied to the input of the transistors was used.

Damit diese Empfangsschaltung jede Zustandsänderung an den Meßelektroden zu erfassen vermag, ist dem Differenzierkondensator ein Verbrauchswiderstand nachzuschalten und außerdem durch Richtleiter sicherzustellen, daß die bei Zustandsänderungen möglichen positiven und negativen Potentiale am Differenzierkondensator Alarm auszulösen vermögen. Der Schwellwert dieses nichtlinearen Widerstandes, der als durch den Diffe- ; renzierimpuls steuerbarer Wechselstromschalter verwendet wurde, und die außerdem erforderlichen Richtleiter, mit denen die durch Zustandsänderungen möglichen, unterschiedlichen Potentiale auswertbar wurden, erfordern eine ziemlich hohe Differenzierschwelle von etwa 0,5 Volt, so daß bei einem Differenzierbereich von maximal 10 Volt nur ein Differenzierverhältnis von 1:20 verblieb. Aufgabe der Erfindung ist es, durch eine wesentlich niedrigere Differenzierschwelle bei gleichbleibendem Differenzierbereich von etwa 10 Volt ein Differenzierverhältnis von etwa 1 :1000 zu schaffen, um bereits kleine Zustandsänderungen mit normalen Bauteilen, vor allem einem handelsüblichen Differenzierkondensator, erfassen zu können.So that this receiving circuit every change of state at the measuring electrodes able to detect, the differentiating capacitor has to be followed by a consumption resistor and also to ensure through directional directors that the possible changes in the state positive and negative potentials on the differentiating capacitor are able to trigger an alarm. The threshold value of this non-linear resistance, which as by the dif-; decorating impulse controllable AC switch was used, and also required Directional guides, with which the different possible due to changes in state Potentials that can be evaluated require a fairly high differentiation threshold of about 0.5 volts, so that with a differential range of a maximum of 10 volts only a differentiation ratio of 1:20 remained. The object of the invention is to through a significantly lower differentiation threshold while the differentiation range remains the same from about 10 volts to create a differential ratio of about 1: 1000 to already small changes in condition with normal components, especially a commercially available one Differentiating capacitor to be able to detect.

Erfindungsgemäß wird dies bei einer elektrischen Raumschutzanlage, deren teils an einen Wechselspannungsgenerator und teils an einen Auswerter angeschlossene Meßelektroden bei Kapazitätsänderungen infolge Eindringens eines Störers mit Hilfe einer Hilfswechselspannung und eines z. B. aus einem Kondensator und einem Widerstand bestehenden Differenziergliedes einen Alarmgeber steuern, dadurch erreicht, daß ein die Hilfswechselspannung verstärkender Wechselspannungsverstärker den Verbraucherwiderstand des Differenziergliedes bildet, wobei der Arbeitspunkt des Wechselspannungsverstärkers so gewählt ist, daß eine auf einer Kapazitätsänderung der Meßelektroden beruhende Differenzierspannung den Wechselspannungsverstärker voll auszusteuern oder zu sperren und damit für Wechselspannung undurchlässig zu machen vermag.According to the invention, this is done in an electrical room protection system, some of which are connected to an alternating voltage generator and some to an evaluator Measuring electrodes in the event of changes in capacitance due to the intrusion of an interferer with the aid an auxiliary AC voltage and a z. B. from a capacitor and a resistor existing differentiator control an alarm device, achieved in that an AC voltage amplifier amplifying the auxiliary AC voltage, the load resistance of the differentiating element, the operating point of the AC voltage amplifier is chosen so that one based on a change in capacitance of the measuring electrodes Differential voltage to fully control or block the AC voltage amplifier and thus able to make it impermeable to alternating voltage.

Wegen der geringen Differenzierschwelle des Auswerters ist nur wenig Leistung erforderlich, und deshalb kann die gesamte Raumschutzanlage aus Trockenbatterien gespeist werden, so daß eine besondere Stromversorgungseinrichtung entfällt. Weiterhin vermag der Wechselspannungsverstärker seinen Arbeitspunkt ohne manuellen Abgleich an unterschiedliche Schutzkapazitäten automatisch anzupassen und Temperaturänderungen ohne Alarm auszuregeln, und die Differenzierschwelle ist für negative und positive Zustandsänderungen etwa gleich, so daß der sonst für Raumschutzanlagen erforderliche technische Aufwand hier sehr gering ist.Because of the evaluator's low differentiation threshold, there is little Power is required, and therefore the entire room protection system can be made from dry batteries are fed, so that a special power supply device is not required. Farther the AC voltage amplifier can reach its operating point without manual adjustment to automatically adapt to different protection capacities and temperature changes regulate without alarm, and the differentiation threshold is for negative and positive Changes in state about the same, so that the otherwise required for room protection systems technical effort is very low here.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann der Wechselspannungsverstärker aus mehreren Transistorverstärkerstufen bestehen, die untereinander durch der Größenordnung des Differenzierkonden-Bators entsprechende Kondensatoren verkoppelt sind.In a further embodiment of the invention, the AC voltage amplifier consist of several transistor amplifier stages, which among each other by the order of magnitude corresponding capacitors are coupled of the differentiating capacitor.

Die einzelnen Stufen verstärken so nicht nur die Wechselspannung, sondern auch den Differenzierimpuls, so daß damit der Differenzierbereich bei gleichbleibender Differenzierschwelle entsprechend vergrößert werden kann. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann die Hilfswechselspannung zum Steuern des Alarmgebers von dem die Meßelektroden mit Prüfspannung beaufschlagenden Wechselspannungsgenerator abgreifbar sein. Damit wird eine weitere Stabilisierung der Anlage insofern erreicht, als Änderungen der Spannung am Wechselstromgenerator gleichzeitig über die Meßelektroden und unmittelbar an den Wechselspannungsverstärker gegeben werden und sich so gegenseitig aufheben. Es ist auch vorteilhaft, wenn der Arbeitspunkt der Transistorverstärkerstufen durch einen in den Kollektorkreis und einen zwischen den Kollektor und die Basis geschalteten Widerstand selbstregelnd stabilisierbar ist, weil damit thermische Instabilitäten der Transistoren weitgehend kompensiert werden können.The individual stages not only amplify the alternating voltage, but also the differentiating pulse, so that the differentiating range remains constant Differentiation threshold can be increased accordingly. In further development of the invention, the auxiliary AC voltage for controlling the alarm device of the the measuring electrodes can be tapped with the AC voltage generator acting on the test voltage be. In this way, a further stabilization of the system is achieved insofar as changes the voltage at the alternator at the same time via the measuring electrodes and directly are given to the AC voltage amplifier and cancel each other out. It is also advantageous if the operating point of the transistor amplifier stages is through one in the collector circuit and one between the collector and the base Resistance can be stabilized in a self-regulating manner because of thermal instabilities of the transistors can be largely compensated.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus einem durch zwei Schaltungen dargestellten Ausführungsbeispiel. Es zeigt F i g. 1 den schematischen Aufbau einer Raumschutzanlage im Blockschaltbild und F i g. 2 die durch ihre Bauteile, nämlich Widerstände, Kondensatoren und Transistoren, realisierte Raumschutzanlage.Further details of the invention emerge from one by two Circuits illustrated embodiment. It shows F i g. 1 the schematic Structure of a room protection system in the block diagram and FIG. 2 which through their components, namely resistors, capacitors and transistors, implemented room protection system.

Vom Sender S wird gemäß F i g. 1 eine Prüfspannung bestimmter Frequenz an die Sendeelektrode SE und von dieser durch kapazitive Kopplung über die Empfangselektroden EE an das Filter F gegeben. Letzteres ist auf die Sendefrequenz abgestimmt und soll von anderen Sendern herrührende Störfrequenzen unterdrücken.From the transmitter S according to FIG. 1, a test voltage of a certain frequency is applied to the transmission electrode SE and from there to the filter F by capacitive coupling via the reception electrodes EE. The latter is matched to the transmission frequency and is intended to suppress interference frequencies from other transmitters.

Die Empfangselektroden EE können Teile einer Brückenschaltung bilden. Es kann aber auch eine einzige Empfangselektrode EE vorgesehen sein. Im ersteren Fall gelangt im Ruhezustand keine Spannung an den Richtleiter Gr, während er im letzteren Fall ständig eine Ruhespannung an das Differenzierglied Di gibt. In beiden Fällen überträgt das Differenzierglied Di jedoch normalerweise keine Spannung über den Verstärker V an das Alarmrelais A. Sein Kontakt bleibt also geöffnet und der Wecker W ausgeschaltet. Ändert sich dagegen die Kapazität zwischen den Sende- und Empfangselektroden SE, EE, so wird diese Änderung vom Differenzierglied Di über den Verstärker V an das Alarmrelais A gegeben. Es schließt seinen Kontakt a und gibt damit durch den Wecker W Alarm.The receiving electrodes EE can form parts of a bridge circuit. However, a single receiving electrode EE can also be provided. In the former case, no voltage is applied to the directional conductor Gr in the idle state, while in the latter case it continuously supplies an idle voltage to the differentiating element Di. In both cases, however, the differentiating element Di normally does not transmit any voltage via the amplifier V to the alarm relay A. Its contact therefore remains open and the alarm clock W is switched off. If, on the other hand, the capacitance between the transmitting and receiving electrodes SE, EE changes, this change is passed from the differentiating element Di to the alarm relay A via the amplifier V. It closes its contact a and thus gives an alarm via the alarm clock W.

In F i g. 2 bildet der Transistor T 1 mit dem Übertrager ü l, dem Kondensator C1- und den Widerständen R 1 bis R 3 den Sender in Meißnerscher Rückkopplungsschaltung. An den Anschluß 1 kann also die Sendeelektrode SE angeschlossen werden. Diese Hochfrequenz wird von zwei Empfangselektroden EE1 und EE:, die an die Anschlüsse 2 und 3 anzuschließen sind, empfangen und an die durch den Übertrager Ü2 und den Kondensator C2 gebildete Brückenschaltung gegeben, die, gleichzeitig als Filter ausgebildet, Störfrequenzen ausmerzt. Im Ruhezustand steht also am Ausgang des Übertragers fit keine Hochfrequenzspannung an. Außerdem wird über den Spannungsteiler R 5, R 6 eine Wechselspannung vom Transistor T1 über den Kondensator C4 den Transistoren T2, T 3 zugeführt. Die Arbeitspunkte dieser Transistoren T2, T 3 sind durch die Widerstände R 7, R 8 bzw. R 10, R 11 etwa auf die Mitte der Betriebsspannung eingestellt. Eine an den Eingang des Transistors T2 gelegte Wechselspannung wird demnach voll verstärkt. An den Ausgang des Transistors T 2 ist der Transistor T 3 über einen Schutzwiderstand R 9 und einen Kondensator C 5 angekoppelt, der etwa die gleiche Größe wie der Differenzierkondensator C4 aufweist, also auch den Differenzierimpuls zu übertragen vermag. Die am Ausgang des Transistors T3 anstehende verstärkte Wechselspannung vorn Transistor T1 wird über den Kondensator C6 abgegriffen und der Verstärkerschaltung aus den Transistoren T4, T 5 zugeführt. Die Diode D 2 leitet dabei die für den Transistor T 4 unwirksame Halbwelle der verstärkten Wechselspannung ab. Der Transistor T4 ist somit ständig leitend und sperrt im Ruhezustand den Transistor T5. Ein an Stelle des Widerstandes R 13 geschaltetes Alarmrelais A wird also nicht erregt.In Fig. 2, the transistor T 1 with the transformer u l, the capacitor C1- and the resistors R 1 to R 3 form the transmitter in Meissner's feedback circuit. The transmitting electrode SE can therefore be connected to the connection 1. This high frequency is received by two receiving electrodes EE1 and EE: which are to be connected to the terminals 2 and 3 and passed to the bridge circuit formed by the transformer Ü2 and the capacitor C2, which, at the same time designed as a filter, eliminates interference frequencies. In the idle state, there is no high-frequency voltage at the output of the fit transformer. In addition, via the voltage divider R 5, R 6, an alternating voltage is fed from the transistor T1 via the capacitor C4 to the transistors T2, T 3. The operating points of these transistors T2, T 3 are set by the resistors R 7, R 8 and R 10, R 11 to approximately the middle of the operating voltage. An alternating voltage applied to the input of the transistor T2 is accordingly fully amplified. The transistor T 3 is coupled to the output of the transistor T 2 via a protective resistor R 9 and a capacitor C 5, which is approximately the same size as the differentiating capacitor C4, ie is also able to transmit the differentiating pulse. The amplified AC voltage from transistor T1 present at the output of transistor T3 is tapped via capacitor C6 and fed to the amplifier circuit comprising transistors T4, T5. The diode D 2 derives the half-wave of the amplified alternating voltage, which is ineffective for the transistor T 4. The transistor T4 is thus continuously conductive and blocks the transistor T5 in the idle state. An alarm relay A switched in place of the resistor R 13 is therefore not energized.

Wird nun die aus den Elektroden SE, EEl und EE, gebildete Brückenschaltung z. B. durch Eindringen eines Störers verstimmt, so lädt diese Brückenspannung den Speicherkondensator C3 über die Diode D 1 auf, und der Widerstand R 4 entlädt ihn anschließend wieder. Diese Spannungsänderung gelangt über den Differenzierkondensator C4 ebenfalls an die Basis des Transistors T2 und verschiebt seinen Arbeitspunkt. Der Transistor T2 oder zumindest der Transistor T3, da an letzterem, wie bereits erwähnt, dieser Differenzierimpuls verstärkt ankommt, wird entweder voll durchgesteuert oder voll gesperrt, und damit unterbleibt die Verstärkung der am Transistor T 1 abgegriffenen Hilfsspannung. Der Transistor T4 sperrt, und damit kann der Kondensator C 7 über den Widerstand R 12 aufgeladen werden und den Transistor T5 durchsteuern. Dieser bringt ein an Stelle des Widerstandes R 13 vorgesehenes Alarmrelais A zum Ansprechen, das mit seinem Kontakt a den Wecker W einschaltet und so Alarm auslöst.If now the bridge circuit formed from the electrodes SE, EEl and EE z. B. detuned by the intrusion of an interferer, this bridge voltage charges the storage capacitor C3 via the diode D 1, and the resistor R 4 then discharges it again. This voltage change also reaches the base of the transistor T2 via the differentiating capacitor C4 and shifts its operating point. The transistor T2 or at least the transistor T3, since, as already mentioned, this differentiating pulse arrives at the latter in amplified form, is either fully turned on or fully blocked, and thus the amplification of the auxiliary voltage tapped at transistor T 1 does not occur. The transistor T4 blocks, and thus the capacitor C 7 can be charged via the resistor R 12 and turn on the transistor T5. This causes an alarm relay A provided in place of the resistor R 13 to respond, which switches on the alarm clock W with its contact a and thus triggers the alarm.

Die vorgenannte Schaltung kann auf einer kleinen Leiterplatte aufgebaut und in einer Unterputzdose untergebracht und mit Trockenbatterien gespeist werden. Sie ist also wenig aufwendig, so daß pro Schutzobjekt viele derartige Anlagen mit kurzen. Meßelektroden vorgesehen werden können. Damit wird die Anlage wenig störanfällig, da diese kurzen Meßelektroden kaum durch Temperaturschwankungen beeinf(ußt werden. Besonders vorteilhaft für die Konstanz der Empfindlichkeit ist weiterhin, wie bereits erwähnt, daß Verstärkungsänderungen der Wechselspannungsverstärker in erster Annäherung nicht eingehen, da sowohl die vom Sender kommende Hilfsspannung als auch die vom Gleichrichter D 1 kommende Auswertespannung, deren Verhältnis die Empfindlichkeit bestimmt, im gleichen Maße verstärkt werden. Weiterhin arbeitet der Ausgangsverstärker im Schaltbetrieb, so daß seine Empfindlichkeit nur von der Basis-Emitter-Schwelle des Transistors T4 abhängt, also auf Maßnahmen zur Stabilisierung der Verstärkung verzichtet werden kann.The aforementioned circuit can be built on a small printed circuit board and housed in a flush-mounted box and fed with dry batteries. It is therefore not very expensive, so that many such systems are included per protected object short. Measuring electrodes can be provided. This means that the system is less prone to failure, as these short measuring electrodes are hardly influenced by temperature fluctuations. As before, it is particularly advantageous for the constancy of the sensitivity mentions that gain changes of the AC voltage amplifiers are a first approximation are not received, since both the auxiliary voltage coming from the transmitter and that from the Rectifier D 1 coming evaluation voltage, the ratio of which increases the sensitivity determined to be reinforced to the same extent. The output amplifier continues to work in switching mode, so its sensitivity only depends on the base-emitter threshold of the transistor T4 depends, so on measures to stabilize the gain can be dispensed with.

Claims

Claims: 1. Electrical room protection system, some of which are connected to an alternating voltage generator and partly to an evaluator measuring electrodes when capacitance changes due to the intrusion of an interferer with the help of an auxiliary alternating voltage and a z. B. from a capacitor and a resistor existing differentiator to control an alarm device, characterized in that the auxiliary AC voltage amplifying AC voltage amplifier (T2, T3) forms the load resistance of the differentiator, the operating point of the AC voltage amplifier (T2, T3) is selected so that one on a change in capacitance of the measuring electrodes (SE, EE, EEL, and,.) differentiating voltage based can the AC amplifier (T2, T3) fully auszusteuern or block, and make it impermeable to AC voltage.

2. Plant according to claim 1, characterized in that the AC voltage amplifier consists of several transistor amplifier stages (T2, T3), which are mutually dependent on the order of magnitude of the differentiating capacitor (C 4) corresponding capacitors (C5) are coupled.

3. System according to claim 1 or 2, characterized in that the auxiliary AC voltage for controlling the alarm device (A, W) from which the measuring electrodes (SE, EEi and EE.) With test voltage applied AC voltage generator (T1 etc.) can be tapped.

4. System according to one of claims 1 to 3, characterized in that the operating points of the individual transistor amplifier stages (T2, T3) are each provided by a resistor (R8, R11; R7, R10) connected into the collector circuit and one between the collector and the base. are self-regulating stabilized.