Wie ein Sensor an einer Glasscheibe zuverlässig einen Einbruchsversuch erkennt

Mithilfe eines optischen Sensors haben Forscher eine Möglichkeit entwickelt, bereits den Versuch eines Einbruchs an einer Glasscheibe zu erkennen. Festgestellt wird dies anhand von Temperaturänderungen und Erschütterungen.

Forscher am Fraunhofer-Institut für Naturwissenschaftlich-Technische Trendanalysen INT und am Fraunhofer-Institut für Photonische Mikrosysteme IPMS haben gemeinsam einen Einbruchschutz entwickelt: Das System erfasst thermische und mechanische Belastungen durch äußeres Einwirken zeitnah und dynamisch.

Bereits ein leichter Schlag gegen das Sicherheitsglas oder die Manipulation durch eine Flamme reicht aus, um den Alarm auszulösen.

Durch eine Gewalteinwirkung ändert sich die mechanische Eigenschaft der Scheibe, was das System erfasst. Ein Glasbruchsensor überwacht die Glasscheibe, der durch ein Faser-Bragg-Gitter, also in Lichtwellenleiter eingeschriebene optische Interferenzfilter, in einer Glasfaser realisiert wird. Die Glasfaser kann in der Ecke der Fensterscheibe oder an anderen Positionen eingebracht werden.

Bei einem Sensor mit Faser-Bragg-Gitter handelt es sich um einen optischen Sensor, der eine spezifische Wellenlänge des Lichts reflektiert, die durch Temperatur- und/oder Dehnungsabweichungen verändert wird.

Empfindliche optische Messgeräte

„Übt jemand Druck auf die Glasscheibe aus oder wird sie erhitzt, ändert sich der Abstand der Gitterelemente zueinander und somit auch die übertragene Wellenlänge. Die Änderungen können empfindliche optische Messgeräte erfassen. Sind die Veränderungen größer als ein vorher identifizierter Schwellenwert, werden Signale an die Alarmanlage übermittelt“, erläutert Udo Weinand, Diplom-Ingenieur am Fraunhofer INT die Funktionsweise des patentierten Systems. „Wir können unser System sehr fein und gezielt einstellen, es kann sowohl auf leichte als auch auf starke Schläge reagieren. Das lässt sich je nach Anwendungsfall individuell anpassen“, ergänzt Dr. Peter Reinig, Wissenschaftler am Fraunhofer IPMS.

Der neuentwickelte Einbruchschutz besteht aus einem Bragg-Gitter, einer Glasfaserzuleitung, einer Schnittstelle zur Alarmanlage und einer Auswerteelektronik, die das optische Messgerät enthält. Die Auswerteeinheit, an die sich unterschiedliche Glasfasern anschließen lassen, soll künftig im Rahmen der Fensterscheibe verbaut werden. Im Hochsicherheitsbereich kann sich die Auswerteeinheit in großer Entfernung von dem Sicherheitsglas befinden. Das Faser-Bragg-Gitter ist in der Lage, Licht in der Glasfaser über mehrere Kilometer zu transportieren. „Die Messung mit optischen Glasfasersensoren stellt eine gute Lösung für diese Anforderungen dar, da sie Licht anstelle von Strom und handelsübliche Glasfasern anstelle von Kupferdrähten einsetzt“, sagt Weinand.

Fehlalarme werden ausgeschlossen

Glasfasern sind resistent gegenüber elektromagnetischen Störungen. Elektronik lässt sich durch das Aussenden von Mikrowellen stören. Die Impulse können herkömmliche Alarmanlagen außer Kraft setzen oder einen ungewollten Alarm erzeugen. Außerdem schließt eine Mustererkennung Fehlalarme durch alltägliche Erschütterungen aus. „Ein Fußball oder ein Vogel hinterlassen eine andere Signatur als ein Hammer oder ein Baseballschläger“, kommentiert Reinig. Die Alarmanlage wurde in verschiedenen Angriffszenarien auf unterschiedlichste Arten von Sicherheitsscheiben mit Hammer, Baseballschläger, Bohrer, Schusswaffe, Axt und Heißgebläse getestet, um festzustellen, wann der Alarm zuverlässig auslöst.

Der Einbruchschutz liegt als Demonstrator vor. Die Auswerteelektronik misst 14 cm x 9 cm x 7 cm und lässt sich weiter miniaturisieren.

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