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Technisches Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Erfassung von Aufprallen
in einer Wasserumgebung und betrifft insbesondere eine Vorrichtung
zur Erfassung des Fallens eines Körpers, wie beispielsweise des
Fallens eines Kindes in ein Schwimmbecken.
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Stand der Technik
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Viele
Villen verfügen
derzeit über
ein Schwimmbecken, hauptsächlich
in den südlichen Regionen.
Diese Schwimmbecken sind im Allgemeinen nicht von Sicherheitsgeländern umgeben.
Daher ist die Gefahr groß,
dass ein unbeaufsichtigtes Kleinkind, das nahe am Rand entlanggeht,
ins Wasser stürzt
und ertrinkt. Die Todesfälle
von Kindern durch Fallen in ein Schwimmbecken machen derzeit ein Viertel
der Kindersterblichkeit durch Unfälle aus.
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Folglich
wird das Installieren von Wasserwellendetektoren auf der Wasseroberfläche von Schwimmbecken
erzielt. Ein derartiger Detektor wird aktiviert, wenn das Schwimmbecken
nicht aufmerksam beaufsichtigt wird, um Alarm schlagen zu können, falls
ein Kleinkind unglücklich
in das Schwimmbecken stürzt.
Unglücklicherweise
macht die Vielzahl der Ursachen, die Welligkeiten auf der Wasseroberfläche hervorrufen
und die diese Art von Geräten
zum Reagieren bringen, ihre Benutzung unsicher, sogar ineffektiv,
aufgrund schwer kontrollierbarer Parasitärelemente, besonders der Störungen aufgrund
von Schlechtwetter (Wind, Regen), die die Fehlauslösung des
Alarms hervorrufen.
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Eine
Vorrichtung zur Erfassung des Fallens eines Körpers in ein Schwimmbecken,
besonders des Fallens eines Kleinkinds, wurde in der Patentanmeldung
2.763.684 beschrieben. Eine derartige Vorrichtung umfasst ein Mittel
zur Umwandlung der von dem Ortungsmittel georteten Wasserwellen
in ein elektrisches Signal und einen Differenzialdetektor, umfassend
ein Vergleichsmittel, um den Empfindlichkeitsschwellenwert mit dem
Wert des elektrischen Signals zu vergleichen und ein Alarmsignale
zu liefern, wenn das elektrische Signal von einer Umwandlung einer
von dem Fallen eines Körpers
in das Schwimmbecken erzeugten Gravitationswelle herrührt.
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Der
in einer derartigen Vorrichtung verwendete Differenzialdetektor
beinhaltet eine Empfindlichkeitsschwelle, die durch das von dem
Ortungsmittel erzeugte elektrische Signal, das von durch die atmosphärischen
Störungen,
wie beispielsweise Schlechtwetter, oder durch eine durch die Regenerierung
des Wassers des Schwimmbeckens verursachte Störung auf der Oberfläche des
Schwimmbeckens erzeugten Störungen
abhängt,
dauerhaft auf ihren Optimalwert eingestellt ist.
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Ein
derartiger Differenzialdetektor wird in der Patentanmeldung PCT
WO 01/088870 beschrieben. Er
umfasst Autoregulationsmittel, die hauptsächlich von einem Analog-Digital-Umsetzer
gebildet sind, dessen Eingang mit dem Ausgang eines Verstärkers verbunden
ist, dessen Eingang mit dem Ausgang der Ortung der Wasserwellen
verbunden ist, um am Ausgang ein digitales Signal in Abhängigkeit
der Störung zu
liefern. Ein programmierter Mikroprozessor liefert als Antwort auf
die Erfassung des vom Umsetzer gelieferten digitalen Signals ein
digitales Signal am Eingang „–" des Komparators,
dessen Impulse eine variable Breite aufweisen, die in Abhängigkeit
von der Dauer und der Stärke
der Störung
größer wird,
um automatisch die Auslöseschwelle
der Alarmvorrichtung zu erhöhen
und somit ihre Empfindlichkeit zu verringern, wenn der akustische
Sensor eine atmosphärische
Störung,
wie beispielsweise Wind oder eine Störung aufgrund des Systems der
Regenerierung des Wassers in dem Schwimmbecken, erfasst.
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Eine
derartige Vorrichtung funktioniert fehlerfrei, wenn die erfasste
Störung
an dem Eingang auf eine regelmäßige Art
und Weise ihre optimale Phase erreicht. Unglücklicherweise hat die Vorrichtung, wenn
sich das Filtrationssystem des Schwimmbeckens in Betrieb setzt (die
meiste Zeit unerwartet) oder wenn die atmosphärische Störung plötzlich ausgelöst wird,
keine Zeit, seine Empfindlichkeitsschwelle zu erhöhen, bevor
das Alarmsystem fehlausgelöst wird.
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Des
Weiteren muss eine Vorrichtung zur Erfassung des Fallens eines Kindes
in ein Schwimmbecken völlig
zuverlässig
sein, d. h. sie muss dieses Fallen mit Sicherheit erfassen. Somit
ist es notwendig, dass eine derartige Vorrichtung unmissverständlich,
d. h. mit 100%iger Zuverlässigkeit,
die „Kennzeichnung", die durch das Fallen
eines Kindes in das Schwimmbecken hervorgerufen wird, erkennt.
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Offenbarung der Erfindung
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Aus
diesem Grund besteht das Ziel der Erfindung darin, eine Vorrichtung
zur Erfassung des Fallens eines Kindes in ein Schwimmbecken zu liefern, die
dieses Fallen unmissverständlich
erkennen kann, während
sie unentwegt ihre Autoregulation ausführt, um jegliche Fehlauslösung zu
verhindern.
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Gegenstand
der Erfindung ist folglich eine Vorrichtung, dazu bestimmt, bei
Erfassung einer durch das Fallen eines Körpers in ein Schwimmbecken
erzeugten Gravitationswelle ein Alarmsignal zu liefern, umfassend
ein Mittel zur Ortung der Wasserwellen, das unter der Wasseroberfläche des Schwimmbeckens
platziert ist, ein Mittel zur Umwandlung der von dem Mittel zur
Ortung georteten Wasserwellen in ein analoges elektrisches Signal und
einen Differenzialdetektor, umfassend Vergleichsmittel, um den Empfindlichkeitsschwellenwert des
Differenzialdetektors mit dem Wert des analogen elektrischen Signals
zu vergleichen und das Alarmsignal zu liefern, wenn das analoge
elektrische Signal den Empfindlichkeitsschwellenwert überschreitet. Der
Differenzialdetektor umfasst Autoregulationsmittel, die hauptsächlich von
einem Analog-Digital-Umsetzer gebildet sind, der am Eingang das
vorher verstärkte
analoge elektrische Signal empfängt
und am Ausgang ein digitales Signal liefert, wenn es zu einer Störung im
Wasser kommt, einen Komparator, dessen Eingang „+" das vorher verstärkte analoge elektrische Signal
empfängt,
und einen Mikroprozessor, der derart programmiert ist, dass er als
Antwort auf die Erfassung des vom Umsetzer gelieferten digitalen
Signals ein digitales Signal am Eingang „–" des Komparators liefert, dessen Ausgangsimpulse
eine variable Breite aufweisen, die in Abhängigkeit von der Dauer und
der Stärke
der Störung
größer wird, um
automatisch die Auslöseschwelle
eines Alarmmittels zu erhöhen
und somit die Empfindlichkeit der Vorrichtung zu verringern, wenn
das Ortungsmittel eine atmosphärische
Störung,
wie beispielsweise Wind, erfasst. Der Mikroprozessor löst das Alarmmittel
aus, wenn die Breite der Ausgangsimpulse des Komparators größer als
eine vorbestimmte kritische Referenz ist und die Frequenz F des
analogen elektrischen Signals zwischen zwei vorbestimmten Werten
F1 und F2 liegt.
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Kurze Beschreibung der Figuren
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Die
Ziele, Gegenstände
und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden beim Durchlesen der nachfolgenden
Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen deutlicher, in
denen:
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1 ein
Blockschema einer Vorrichtung zur Erfassung des Fallens eines Körpers in
ein Schwimmbecken gemäß der Erfindung
ist,
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2 ein
Blockdiagramm einer Vorrichtung gemäß der Erfindung ist, das alle
Komponenten des Differenzialdetektors zeigt,
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3 eine
Darstellung von zeitabhängigen Diagrammen
der Eingangssignale und Ausgangssignale des ersten Komparators ist,
der in der Vorrichtung gemäß der Erfindung
verwendet wird,
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4 eine
Darstellung von zeitabhängigen Diagrammen
der Eingangssignale und Ausgangssignale des zweiten Komparators
ist, der in der Vorrichtung gemäß der Erfindung
verwendet wird,
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5 ein
Organisationsplan des Autoregulationsverfahrens ist, das in der
Vorrichtung gemäß der Erfindung
verwendet wird,
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6 ein
Organisationsplan der Selbsteichungsphase ist, die in der Vorrichtung
gemäß der Erfindung
verwendet wird,
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7 das
zeitabhängige
Amplitudendiagramm der durch das Fallen eines Kindes in ein Schwimmbecken
hervorgerufenen Wasserwellen darstellt, und
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8 das
Frequenzdiagramm der durch das Fallen eines Kindes in ein Schwimmbecken
hervorgerufenen Wasserwellen in Abhängigkeit von dem Abstand zwischen
dem Aufschlag und dem Detektor darstellt.
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Genaue Beschreibung der Erfindung
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Gemäß einer
in 1 angezeigten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst
die Vorrichtung eine abgewinkelte Rohrleitung 10, deren vertikaler
Teil ins Wasser getaucht ist, so dass der Eingang des Rohrs sich
einige Zentimeter unter der Wasseroberfläche des Schwimmbeckens befindet. Das
Rohr ist an seinem äußeren Ende
mit einer Kammer 12 verbunden, in der sich ein 14 Mikrofon 13 befindet,
das an einen Differentialdetektor angeschlossenen ist. Letzterer
ist mit einem Alarmmittel 16, wie beispielsweise einem
Summer oder einer Sirene oder jeder beliebigen anderen Signalisierungsvorrichtung,
durch einen Schalter 18 verbunden, der ermöglicht,
dass das Alarmmittel abgetrennt wird, wenn das Schwimmbecken beaufsichtigt
wird.
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Der
Wasserpegel im Inneren des Rohrs 10 ist normalerweise beständig. Aber
jede Änderung dieses
Pegels ruft eine Abwandlung des Luftdrucks in dem Rohr und in der
Kammer 12 hervor und bringt somit eine Aussendung von Schallwellen
hervor, die durch das Mikrofon 13 in ein elektrisches Signal
umgewandelt werden.
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Die
Gravitationswelle, die das Fallen eines Körpers (wie beispielsweise der
eines Kleinkindes) in das Wasser des Schwimmbeckens erzeugt, breitet sich
im Wesentlichen unter der Wasseroberfläche aus. Selbst wenn sie visuell
an der Oberfläche
kaum wahrnehmbar ist, ruft sie durch Auftrieb nach oben eine plötzliche
Abwandlung des Pegels im Inneren des eingetauchten Rohrs hervor.
Einige Millimeter plötzlicher
Abwandlung dieses Pegels werden somit von dem Differenzialdetektor
als ein Signal, das den Alarm auslöst, aufgefasst.
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Die
eventuellen Turbulenzen, die durch das Schlechtwetter auf der Oberfläche geschaffen
werden sowie die durch die Regenerierung des Wassers verursachte
horizontale Strömung,
führen
hingegen Abwandlungen des Pegels im Inneren des eingetauchten Rohrs
herbei. Diese Abwandlungen werden von dem Differenzialdetektor geortet,
aber ihre schwache Amplitude schaltet den Autoregulationsmechanismus
ein, wobei eine Fehlauslösung
des Alarms vermieden wird.
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Bei
der in 1 angezeigten Ausführungsform ist der sich außerhalb
des Wassers befindende Teil vorzugsweise ein dichtes Gehäuse aus
Kunststoff, das eine Batterie für
die Stromversorgung des Detektors enthält, wobei diese Batterie durch
einen Solarkollektor, der dem Gehäuse als Abdeckung dient, aufgeladen
bleiben kann.
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Neben
dem Mikrofon 13, das für
das Orten der akustischen Signale zuständig ist, und dem Alarmmittel 16 besteht
die Vorrichtung gemäß der Erfindung
hauptsächlich
aus dem Differenzialdetektor, der in 2 angezeigt
ist.
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Die
aus dem Mikrofon 13 stammenden Signale werden durch einen
Widerstand 24, der mit einer Spannung von 0,8 Volt angeschlossen
ist, einerseits an den Eingang „+" eines Verstärkermittels 20 mit konstantem
Verstärkungsgrad
und andererseits an den Eingang „+" eines Verstärkermittels 22 mit
einstellbarem Verstärkungsgrad übertragen.
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Das
Verstärkermittel 20 ist
hauptsächlich
aus einem operationalen Verstärker 26 zusammengesetzt,
der zwischen seinem Eingang „–" und seinem Ausgang
einen Widerstand (mit einem Wert von 3,3 MΩ) und einen Kondensator (mit
einem Wert von 1 nF), die als Gegenreaktion zum Begrenzen des Verstärkungsgrads
dienen, beinhaltet. Der Eingang „–" ist durch einen elektrolytischen Kondensator 28 geerdet,
was die Verstärkung
der Ruhespannung vermeidet.
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Das
Verstärkermittel 22 ist
hauptsächlich
aus einem operationalen Verstärker 30 zusammengesetzt,
der zwischen seinem Eingang „–" und seinem Ausgang
einen Widerstand (mit einem Wert von 4,7 MΩ) und einen Kondensator (mit
einem Wert von 1 nF), die als Gegenreaktion zum Begrenzen des Verstärkungsgrads
dienen, beinhaltet. Der Eingang „–" ist durch einen elektrolytischen Kondensator 32 geerdet,
was die Verstärkung
der Ruhespannung und eines von 210 bis 10000 reichenden Potentiometers 34,
dessen Regelung von dem Raum, in dem die Alarmvorrichtung installiert
ist, abhängt,
vermeidet, wobei der notwendige Verstärkungsgrad des Verstärkungsmittels
so niedrig ist wie der Raum dicht, was die Akustik betrifft.
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Der
Ausgang des Verstärkermittels 20 (Signal 51)
ist durch einen Komparator 36 an den Eingang „+" angeschlossen, dessen
Funktion darin besteht, das von dem Verstärkermittel 20 gelieferte
analoge Signal in ein binäres
Signal zu wandeln, dessen Breite von der Stärke der Störung abhängt, und das, mit dem Ziel,
die Alarmvorrichtung zu autoregulieren, auf den Mikroprozessor 38 übertragen
wird.
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Tatsächlich induziert,
wenn eine atmosphärische
Störung,
wie beispielsweise Wind, entsteht, diese Störung ein moduliertes Signal
an dem Ausgang des Verstärkermittels 20,
wobei ein derartiges Signal im Allgemeinen eine niedrige Frequenz
von zwischen 10 und 20 Hz aufweist. Dieses am Eingang „+" des Komparators 36 gelieferte
Signal bringt eine digitales Ausgangssignal (Signal S2) an dem Ausgang 40 des Komparators,
und somit an dem Eingang des Mikroprozessors 38, mit sich.
Letzterer, der einen Wert 1 an dem Ausgang 40 des Komparators 36 erfasst, überträgt also
nach einer gegebenen Verzögerungszeit
digitale Impulse auf die abgehende Leitung 42, deren Ziel
darin besteht, die Empfindlichkeit der Vorrichtung zu verringern,
so dass der Alarm im Falle eines Windstoßes nicht fehlausgelöst wird,
wie im Folgenden gesehen werden kann.
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Der
Ausgang des Verstärkermittels 22 ist
an den Ausgang „+" eines Komparators 44 angeschlossen,
der das von dem Verstärkermittel 22 gelieferte analoge
Signal in ein binäres
Signal (Signal S4) wandelt, das auf den Mikroprozessor 38 übertragen
wird. Wenn ein Signal, das dem Fallen eines Kindes in das Schwimmbecken
entspricht, von dem Mikroprozessor 38 erkannt wird, überträgt dieser
ein Signal an das Alarmmittel 16, das ein Funksender sein
kann, der das Alarmsignal an eine Alarmzentrale überträgt.
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Wie
zuvor gesehen ist der Mikroprozessor 38 programmiert, um
ein Signal auf den Ausgang 42 zu übertragen, wenn er auf seinem
Eingang 40 ein aus dem Komparator 36 stammendes
digitales Signal mit dem Wert 1 erfasst. Dieses Signal ist aus negativen Impulsen
von einer Breite, die von der Anzahl und der Breite der Impulse
mit dem Wert 1, die auf dem Eingang 40 erfasst werden,
abhängt,
gebildet. Tatsächlich
werden, unter der Annahme einer Probenahme einer Frequenz von 150
Hz von diesem Eingang, von einem Eingangsbit mit einer Frequenz
von 15 Hz folglich ungefähr
5 Proben genommen, wenn das empfangene Signal eine fehlerfreie Sinuskurve
ist. Bei jeder Probenahme wird die Breite des auf die Leitung 42 übertragenen
Impulses erhöht.
Auf die gleiche Art und Weise wird diese Breite jedesmal, wenn der
Mikroprozessor den Wert 0 des Signals auf der Leitung 40 erfasst,
verringert. Es ist daher ersichtlich, dass, je stärker der
Wind ist, desto breiter sind die auf den Ausgang des Komparators 36 übertragene
Impulse und desto breiter sind ebenfalls die auf die Leitung 42 erteilten
negativen Impulse. Somit wird eine Impulsbreitenmodulation erhalten.
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Die
auf die Leitung 42 übertragenen
negativen Impulse laden mehr oder weniger mittels des Widerstands 48 (mit
dem Wert 4,7 MΩ)
den Kondensator 46 (mit dem Wert 1 μF) auf, wodurch eine Spannung
geliefert wird, deren Wert von der gelieferten Breite der Impulse
auf der Leitung 42 abhängt.
Je breiter diese Impulse sind, desto weniger lädt sich der Kondensator 46 auf,
und je höher
das auf den Eingang „–" des Komparators 44 gelieferte
Spannungssignal (S3) ist, desto geringer ist die Empfindlichkeit
des Komparators 44, der auf das von dem Sensor 13 empfangene
Signal reagiert, um den Alarm 16 auszulösen. Es sei bemerkt, dass die
Dauer, während
der der Mikroprozessor 38 durch Übertragen von immer breiteren
negativen Impulsen auf den Integrator 46–48 auf
die Gegenwart der atmosphärischen
Störung
reagiert, auf einen Wert begrenzt sein kann, der maximal 10 oder
20 s beträgt.
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Mit
der Autoregulation der Empfindlichkeitsschwelle, die soeben beschrieben
wurde, ist folglich ersichtlich, dass, wenn sich der Wind in ein
Unwetter wandelt, löst
sich der Alarm aus dem Grund, das die Empfindlichkeitsschwelle des
Komparators 34 vorher automatisch erhöht wurde, nicht aus.
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Wie
aus der weiteren Beschreibung ersichtlich wird, beinhaltet die Vorrichtung
einen Zeitzähler R
50, der von dem Mikroprozessor bei dem Autoregulationsverfahren
verwendet wird, und einen Zeitzähler
C 52, der von dem Mikroprozessor bei einer periodisch ausgeführten Selbsteichungsphase
der Vorrichtung verwendet wird. Des Weiteren ist ebenfalls ein Analysator 54 der
Frequenz F des von der Vorrichtung empfangenen Signals vorhanden,
der von dem Mikroprozessor verwendet wird, um die Auslösung des
Alarms zu aktivieren.
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Unter
der Annahme, dass das von dem Verstärker 26 übertragene
Signal S1 das Sinussignal ist, wie in dem ersten Diagramm aus 3 dargestellt, wirkt
der Eingang des Verstärkers 36 wie
eine Schwelle, die das Erlangen eines Impulses S2 der Breite TS2,
in dem zweiten Diagramm aus 3 angezeigt,
ermöglicht.
Wie ersichtlich werden wird, wird dieser Impuls nur dann von dem
Mikroprozessor berücksichtigt,
wenn seine Breite eine erste minimale Frequenz REF1 überschreitet,
um seine maximale Empfindlichkeit zu verringern, und dies um eine grundlose
Auslösung
der Vorrichtung aufgrund von Fehlern, die mit Herstellungseinschränkungen
und thermischen Abweichungen verknüpft sind, zu verhindern.
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Unter
der Annahme, dass das Signal an dem Ausgang des Verstärkers 30 das
in dem ersten Diagramm aus 4 dargestellte
Sinussignal ist, wird es zwei Schwellen, die zwei Werten des Signals
S3 entsprechen, an der Begrenzung des Kondensators 32 untergeordnet,
die ermöglichen,
dass Impulse erhalten werden, die jeweils in dem zweiten Diagramm und
dem dritten Diagramm aus 4 angezeigt sind. Die erste
Schwelle ist eine Schwelle, die ermöglicht, dass ein Wert REF3
erhalten wird, unterhalb dessen die an dem Ausgang des Komparators
erhaltene Impulsbreite TS4 nicht berücksichtigt wird. Die zweite Schwelle
ermöglicht,
dass eine Referenz REF der Impulsbreite erhalten wird, oberhalb
der eine Frequenzanalyse 1/T der von der Vorrichtung empfangenen
Wellen ausgeführt
wird, und der Alarm wird ausgelöst,
wenn diese Frequenz zwischen zwei vorbestimmten Werten liegt, wie
im Folgenden ersichtlich wird.
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Das
Autoregulationsverfahren gemäß der Erfindung
ist in 5 angezeigt. Zunächst, am Anfang des Verfahrens, überprüft der Mikroprozessor, ob
der Zähler
C seine Dekrementierung bis auf 0 (oder seine Inkrementierung bis
auf einen Höchstwert)
beendet hat, in welchem Fall sein logischer Wert gleich 1 ist (Schritt 60).
Wenn dies der Fall ist, wird die Selbsteichungsphase (B) initialisiert,
nachdem der Zähler
C auf Null zurückgestellt
wurde (d. h. dass er sich wieder dekrementiert oder inkrementiert),
die Inkrementierung einer Variablen N auf N + 7, wobei N die Aufladezeit
des Kondensators 46 durch den Mikroprozessor ist, und nachdem
eine Variable OK auf Null zurückgestellt
wurde, die auf 1 gestellt wird, wenn die Selbsteichung stattgefunden
haben wird (Schritt 61). Andernfalls überprüft der Mikroprozessor, ob der
Zähler
R seine Dekrementierung bis auf 0 (oder seine Inkrementierung bis
auf einen Höchstwert)
beendet hat, in welchem Fall sein logischer Wert gleich 1 ist (Schritt 62).
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Wenn
der Zähler
R bereits seinen Optimalwert (sein logischer Wert ist 1) erreicht
hat, wird eine Variable NS, die das Empfindlichkeitsniveau der Vorrichtung
definiert, um 1 dekrementiert, und der Zähler R wird aufs Neue aktiviert
(sein logischer Wert liegt bei 0) (Schritt 64). Die Dekrementierung
um 1 entspricht einer Erhöhung
der Empfindlichkeit der Vorrichtung. Es sei bemerkt, dass das Empfindlichkeitsniveau
NS von dem Wert 0 (maximale Empfindlichkeit) bis 40 (minimale Empfindlichkeit)
variieren kann. Es sei ebenfalls bemerkt, dass eine Dekrementierung
von NS einer Verringerung der Schwelle 1 des Signals S4
(siehe 4) entspricht.
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Ob
die Variable NS nach der Überprüfung des
Zählers
R durch den Mikroprozessor dekrementiert wurde oder nicht, Letzterer
bestimmt, ob das Signal S4 gleich 0 ist (Schritt 66). Wenn
das der Fall ist, bestimmt der Mikroprozessor, ob das Signal S2 ebenfalls
gleich 0 ist (Schritt 66). Wenn das der Fall ist, wird
das Verfahren in einer Schleife an seinen Ausgangspunkt zurückgeschaltet,
ohne den Zähler
R auf Null zurückzustellen.
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Wenn
der Wert von S2 nicht gleich 0 ist, bestimmt der Mikroprozessor,
ob die Breite TS2 des Impulses S2 (siehe 3) kleiner
als REF1 ist (Schritt 70). Wenn das der Fall ist, wird
das Verfahren in einer Schleife an seinen Ausgangspunkt zurückgeschaltet, nachdem
die Zähler
R und C auf Null zurückgestellt wurden
(Schritt 72).
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Wenn
der Wert von S4 gleich Null ist, bestimmt der Mikroprozessor, ob
die Breite TS4 des Impulses S4 zwischen den Referenzwerten REF2
und REF liegt (Schritt 74). Wenn das der Fall ist, überprüft der Mikroprozessor,
ob der Wert TS4 kleiner ist als die kleinere Referenz REF2 (Schritt 76),
unterhalb der das betroffene Störungssignal
nicht als bedeutsam angesehen wird. Wenn das der Fall ist, wird
keine Handlung unternommen, und das Verfahren wird in einer Schleife
an seinen Ausgangspunkt zurückgeschaltet,
nachdem die Zähler
R und C auf Null zurückgestellt
wurden (Schritt 72).
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Wenn
der Wert von TS4 nicht kleiner als REF2 ist, d. h. wenn er größer als
REF ist, bedeutet das, dass das von der Vorrichtung empfangene Signal
durch das Fallen eines Körpers,
wie im Folgenden erläutert,
verursacht werden kann. Der Mikroprozessor überprüft also, ob die Frequenz F
des empfangenen Signals zwischen zwei Grenzwerten F1 und F2 liegt
(Schritt 78). Wenn das der Fall ist, bedeutet das, dass
das Signal von dem Fallen des Körpers
eines Kindes in das Schwimmbecken herrührt, wie im Folgenden erläutert, und
dass der Alarm ausgelöst
ist (Schritt 80).
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Wenn
S4 gleich Null ist und TS2 größer als REF1
ist, oder S4 gleich Null ist und TS4 zwischen REF2 und REF liegt,
oder S3 gleich Null ist und TS4 größer als REF ist, während die
Frequenz der empfangenen Signale nicht zwischen den zwei vorbestimmten
Werten F1 und F2 liegt, wird der Wert NS der Empfindlichkeit um
2 inkrementiert (Schritt 82). Eine derartige Inkrementierung
ermöglicht,
dass die Empfindlichkeitsschwelle erhoben werden kann, obwohl sie
von einer Einheit verringert werden konnte, wenn der Zähler R bereits
0 oder seine maximale Kapazität
erreicht hat (Schritt 64). Nach dieser Inkrementierung
wird das Verfahren in einer Schleife an seinen Ausgangspunkt zurückgeschaltet,
nachdem die Zähler
R und C auf Null zurückgestellt
wurden (Schritt 72). Das Ziel des Zurückstellens auf Null des Zählers R
nach jeder Inkrementierung von NS besteht darin, zu verhindern,
dass die Erhöhung
der Empfindlichkeit der Vorrichtung nicht zu schnell ist.
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Wie
gerade gesehen wurde, ist die Auslösung des Alarms der Erfassung
einer bestimmten Frequenz von dem Detektor empfangenen Wasserwellen
untergeordnet, wobei die Bestimmung dieser Frequenz ein wesentliches
Merkmal der Erfindung ausmacht. Es wurde in der Tat festgestellt,
dass die Geschwindigkeit der Ausbreitung der Wasserwellen an der
Wasseroberfläche,
und somit ihre Frequenz, von dem Volumen des verschobenen Wassers
und somit von dem Gewicht des Körpers,
der in das Wasser fällt
sowie von der Höhe
des Fallens abhängt.
Sofern diese Höhe,
was ein Kind angeht, halbwegs konstant ist, sei es 10 bis 20 cm
im Verhältnis
zu der Wasseroberfläche,
wird sie nicht in Erwägung
gezogen.
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Es
wurde in der Tat festgestellt, dass für die gegebene Höhe des Fallens
die Frequenz der Wasserwellen direkt von dem Verhältnis zwischen
dem Gewicht und dem Volumen des fallenden Körpers, d. h. von seiner Dichte,
abhängt.
Somit produziert das Fallen eines Steins mit einer Dichte von 3
Wasserwellen mit einer Frequenz von ungefähr 0,6 Hz, während das
Fallen eines Balls mit einer Dichte von 0,3 Wellen mit einer Frequenz
von ungefähr
2 Hz produziert. Bei einem Kind, dessen Dichte bei ungefähr 1 liegt,
liegt die Frequenz der Wasserwellen zwischen 0,8 Hz und 1,2 Hz gemäß dem Abstand
zwischen dem Punkt des Aufschlags und dem Detektor.
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Wenn
man einen Abstand von 5 m zwischen dem Punkt des Fallens des Kindes
und des Detektors in Erwägung
zieht, wird der Wellenzug der von dem Detektor empfangenen Wasserwellen
(im Allgemeinen 4 Wellen) in dem Diagramm aus 7 dargestellt.
Es ist ersichtlich, dass die erste Woge (oder Wasserwelle) nach
etwa 6 s an dem Detektor ankommt, und dass die drei anderen Wellen
des Wellenzugs in den abnehmenden Intervallen T1,
T2 und T3 ankommen,
wobei der Durchschnitt bei ungefähr 1,12
s liegt, d. h. eine Durchschnittsfrequenz von ungefähr 0,9 Hz.
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Die
Frequenz der von dem Detektor erfassten Wellen hängt tatsächlich von dem Abstand ab, wie
in dem Diagramm aus 8 dargestellt. Je größer dieser
Abstand ist, desto höher
ist die Frequenz der Wellen. Somit geht, wenn der Abstand von 5
m auf 9 m geht, die Frequenz der Wasserwellen von etwa 0,9 Hz auf
etwa 1,15 Hz entlang einer logarithmischen Kurve. Es sei bemerkt,
dass dieser Abstand nicht zu groß sein darf, insoweit, als
je größer dieser Abstand,
desto länger
die Verzögerung
der Erfassung nach dem Fallen. In der Regel sollte die Verzögerung der
Erfassung 10s nicht überschreiten.
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Es
wurde gerade gesehen, dass der Zähler C
nach jedem Vorfall auf Null zurückgestellt
wird, d. h. wenn S2 und/oder S4 nicht gleich Null ist. Wenn hingegen
während
einer bestimmten Zeit, zum Beispiel 15 min, kein Vorfall erfasst
wird, reinitialisiert der Mikroprozessor eine Selbsteichung, da
der Wert des Zählers
gleich 1 ist (siehe Schritt 60). Vor der eigentlichen Selbsteichungsphase
der Vorrichtung, angezeigt in 6, wird
der Mikroprozessor den „Wachhund-Test
(nicht gezeigt) ausgeführt
haben und die Initialisierung durchgeführt haben, falls es das erste Mal
ist, das eine Selbsteichung vorhanden ist. Diese Initialisierung
besteht aus dem Festlegen einer Variablen TX auf 90, die die Zeit
in Sekunden darstellt, nach der die Selbsteichung ausgeführt werden
kann, dem Stellen einer Variablen N auf Null, die die Zeit zum Aufladen
durch den Mikroprozessor des Kondensators 46 darstellt,
und dem Stellen der logischen Variablen OK auf Null, die auf 1 zurückgestellt
wird, wenn die Selbsteichung stattgefunden haben wird (Schritt 84).
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Während der
gesamten Selbsteichungsphase besteht der erste Schritt darin, zu überprüfen, ob die
Variable OK gleich Null ist (Schritt 86). Wenn das nicht
der Fall ist, kehrt das Programm zu dem Hauptverfahren A (siehe 5)
der Selbsteichung zurück. Falls
die Variable OK gleich 0 ist, wartet der Mikroprozessor, bis das
Ende der Zeit TX erreicht ist, um seinen Verlauf fortzusetzen (Schritt 88).
Am Ende der Zeit TX bestimmt er, ob der Wert von S2 gleich 0 ist (Schritt 90).
Wenn das der Fall ist, bestimmt er, ob der Wert von S4 gleich 0
ist (Schritt 92). Wenn das ebenfalls der Fall ist, wird
der Wert von N einer Konstante N0 zugeordnet,
die die Referenzzeit für
die Aufladung des Kondensators 46 angibt, wobei ermöglicht wird, die
maximale Schwelle bei dem Eingang „–" des Komparators 44 zu erhalten,
die Zeit TX wird auf 5 s festgelegt, und die Variable N wird um
1 inkrementiert (Schritt 94). Anschließend wird das Programm in einer
Schleife auf den Warteschritt von TX zurückgeschaltet (Schritt 88).
Folglich ist ersichtlich, dass die Aufladungszeit N des Kondensators
alle 5 s inkrementiert und somit die Empfindlichkeitsschwelle verringert
wird, soweit es zu keinem Vorfall kommt.
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Sobald
der Wert von S4 auf 1 geht (der Eingang S3 wird kleiner als der
Eingang „+" des Komparators),
was bedeutet, dass der Grenzwert erreicht wurde, dekrementiert der
Mikroprozessor die Aufladungszeit N um 5 s, damit der Eingang „–" deutlich kleiner
als der Eingang „+" ist, die Konstante
N0 wird auf N festgelegt, die somit der
neue Referenzwert wird, und die Variable OK wird auf 1 gestellt,
um anzugeben, dass die Selbsteichungsphase beendet ist (Schritt 9).
Anschließend
wird das Programm in einer Schleife an seinen Ausgangspunkt zurückgeschaltet.
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Wenn
der Mikroprozessor bestimmt, dass der Wert von S2 nicht gleich 0
ist, was bedeutet, dass möglicherweise
eine Störung
vorliegt, wird die Wartezeit TX auf 5 s zurückgestellt, und die Variable
N wird auf den Referenzwert N0 festgelegt
(Schritt 98). Im Anschluss daran wird das Programm in einer
Schleife an seinen Ausgangspunkt zurückgeschaltet.