Устройство для тревожной сигнализации емкостного типа

 

Изобретение относится к техническим средствам охраны, более конкретно к тревожной сигнализации с применением в качестве чувствительного элемента устройства наружной антенны емкостного типа. Устройство может быть использовано для защиты различных объектов, сейфов, металлических конструкций, оконных и дверных проемов зданий, а также в приборостроении. Техническим результатом изобретения является повышение помехоустойчивости. Для его достижения в устройство введен дополнительный канал фильтрации и усиления, вход которого подключен к выходу детектора, а выход - к цепям обработки сигнала, каждая из которых включает последовательно соединенные компаратор, интегратор и триггер Шмидта, выходы которых соединены с исполнительными устройствами, при этом выход каждого триггера Шмидта в цепи с меньшим порогом срабатывания компаратора соединен с входом интегратора в цепи обработки сигнала с большим порогом срабатывания компаратора. Устройство обладает повышенной помехозащищенностью, не реагирует на случайные приближения к охраняемому объекту, не реагирует на грозовую деятельность, сохраняет работоспособность при климатических изменениях, не требует дополнительных подстроек и регулировки аппаратуры. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к техническим средствам охраны, более конкретно к тревожной сигнализации с применением в качестве чувствительного элемента устройства наружной антенны емкостного типа. Устройство может быть использовано для защиты различных объектов, сейфов, металлических конструкций, оконных и дверных проемов зданий, а также в приборостроении.

Известно, что одной из причин, способствующих совершению краж их охраняемых объектов, оборудованных средствами охранной сигнализации, являются неисправности аппаратуры. Весьма актуальной остается проблема устойчивости технических средств охранной сигнализации к воздействию внешних факторов, приводящих к выдаче ложных извещений и искажению информации. Стремление повысить надежность системы, ее чувствительность приводит к усложнению устройств для тревожной сигнализации, а это в свою очередь приводит к искажению информации, к увеличению числа ложных срабатываний, что снижает доверие к этим устройствам и ведет к усложнению системы охранной сигнализации в целом.

Известно устройство для тревожной сигнализации, содержащее антенны емкостного типа, генератор высокой частоты, усилитель высокой частоты, соединенный с входом детектора (авт.св. СССР N769583, кл. G 08 B 13/26, 1978), а также блок дистанционного контроля чувствительности и дифференциальный трансформатор, первые два входа которых соединены с антеннами емкостного типа. В устройство также введены дискретный анализатор частоты с широтно-импульсной модуляцией, вход которого соединен с выходом детектора, а выход - с другим входом временного селектора.

Использование в устройстве тревожной сигнализации емкостного типа дискретного анализатора частоты с широтно-импульсной модуляцией, пропускающего только полезный сигнал, нечувствительный к нестабильности его амплитуды, повышает точность и стабильность, а также надежность предлагаемого устройства.

Однако описанное выше устройство не обладает необходимой помехозащищенностью, так как амплитуда сигнала рассогласования в плечах моста зависит как от положения нарушителя, так и от сопротивления изоляции в плечах моста, определяющих фазы сигнала в плечах моста. Обеспечить же строго равное сопротивление изоляции не представляется возможным, что в конечном счете ведет к возникновению ложного сигнала.

Известно также устройство для тревожной сигнализации, содержащее последовательно соединенные чувствительный элемент, генератор, дешифратор (авт.св СССР N997062, кл. G 08 B 13/26, 1981), а кроме того - ограничитель и ключ, в котором дополнительно введены также синхронизатор, делитель частоты, формирователь, элемент задержки, элементы памяти и реверсивный счетчик.

Описанное выше устройство, по мнению заявителей, обладает повышенной надежностью вследствие использования в нем элементов памяти и реверсивного счетчика.

Однако описанное выше устройство не обладает необходимой помехозащищенностью, так как использование в устройстве элементов памяти дискретной логики приводит к возрастанию уровней помех обрабатываемым аналоговым сигналом.

Кроме того, известно устройство для тревожной сигнализации емкостного типа, содержащее автогенератор, детектор, усилитель и полосовой фильтр (авт. св. СССР, N824246, кл. G 08 B 13/26, 1979). При этом автогенератор выполнен с трансформаторной связью, индуктивно связан через последовательно соединенные эмиттерным повторителем детектор и усилитель постоянного тока с исполнительным реле и регулирующим элементом на транзисторах, выход которого соединен с входом автогенератора. Полосовой фильтр инфранизких частот включен так, что вход его соединен с выходом усилителя постоянного тока, а выход - базой транзистора регулирующего элемента.

Описанное выше устройство для тревожной сигнализации обладает, по мнению авторов, помехозащищенностью от погодно-климатических изменений, так как полоса частот сигнала разбаланса, обусловленного погодно-климатическими изменениями, на которую настроен полосовой фильтр, находится ниже полосы полезного сигнала, вызванного воздействием нарушителя.

Однако описанное выше устройство не исключает ложных срабатываний в других случаях, так как при дифференциальном включении сложение двух сигналов с равной амплитудой, но имеющих сдвиг по фазе, дает на выходе изменение как по фазе, так и по амплитуде, а это ведет к ложным сигналам.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для тревожной сигнализации емкостного типа, содержащее генератор, фильтр, который соединен с усилителем, и детектор (авт.св. N890422, кл. G 08 B 13/26, 1980). При этом первый вход генератора соединен с LC-цепью, образованной индуктивностью обмотки трансформатора и емкостью антенны, LC-цепь индуктивно связана с фильтром сигнала помехи, второй вход генератора через выпрямитель соединен с первым входом временного селектора, выход которого соединен с блоком дистанционного контроля. В устройство дополнительно введен второй выпрямитель, который соединен с вторым входом временного селектора, а фазовый детектор подключен параллельно второму выпрямителю.

Описанное выше устройство обладает постоянной чувствительностью при изменении сопротивления изоляции антенна-земля, что положительно сказывается на такой характеристике, как помехозащищенность.

Однако основным сигналом о приближении нарушителя в рассматриваемом техническом решении является изменение амплитуды сигнала. Обработка сигнала при этом осуществляется на основе способа амплитудной модуляции, который, как известно, является наименее помехозащищенным.

Кроме того, следует отметить, что все описанные выше устройства являются однорубежными. Это обстоятельство делает все описанные выше устройства примерно одинаковыми в отношении помехозащищенности, так как они не обеспечивают исключение ложных сигналов.

Поэтому главной целью предлагаемого технического решения является повышение помехозащищенности путем исключения ложных сигналов.

Поставленная цель достигается тем, что в известное устройство для тревожной сигнализации емкостного типа, содержащее генератор, полосовой фильтр, который соединен с усилителем, и детектор, согласно изобретению, введен дополнительный канал фильтрации и усиления, вход которого подключен к выходу детектора, а выход - к цепям обработки сигнала, каждая из которых включает последовательно соединенные компаратор, интегратор и триггер Шмидта, выходы которых соединены с исполнительными устройствами, при этом выход каждого триггера Шмидта в цепи с меньшим порогом срабатывания компаратора соединен с входом интегратора в цепи обработки сигнала с большим порогом срабатывания компаратора.

Дополнительный канал фильтрации и усиления включает фильтр инфранизких частот и линейный усилитель, при этом вход фильтра инфранизких частот соединен с выходом детектора, выход соединен с входом линейного усилителя, а выход линейного усилителя соединен с входами компараторов цепей обработки сигналов.

Дополнительный канал фильтрации и усиления может быть выполнен содержащим второй полосовой фильтр, который соединен с усилителем, и второй детектор, а также дифференциальный усилитель, фильтр инфранизких частот и линейный усилитель, причем вход второго полосового фильтра соединен с генератором, выход усилителя соединен с входом второго детектора, при этом выход первого детектора соединен с инвертирующим входом дифференциального усилителя, а выход второго детектора соединен с неинвертирующим входом дифференциального усилителя, выход дифференциального усилителя соединен с входом фильтра инфранизких частот, выход которого соединен с входом линейного усилителя, а выход последнего соединен с цепями обработки сигнала.

Как видно из изложения сущности заявляемого технического решения, оно отличается от прототипа, и, следовательно, является новым.

Решение также обладает изобретательским уровнем, так как, несмотря на использование известных элементов в предлагаемом устройстве, их соединение в сравнительно простые схемы обеспечивает получение более высокого результата и нового свойства. В данном случае обеспечивается не просто помехозащищенность за счет фильтрации тех или иных помех, но и отслеживание нахождения нарушителя во времени и в пределах конкретного рубежа охраны. Оно позволяет отслеживать поведение нарушителя, устанавливая допустимое время нахождения нарушителя в пределах конкретного рубежа охраны.

Дополнительный канал фильтрации и усиления обеспечивает селекцию помех в области инфранизких частот и устанавливает первый уровень помехозащищенности. Усилитель, который включен последовательно с фильтром инфранизких частот, определяет порог срабатывания компаратора в цепи обработки сигнала с наименьшим порогом. Блокировка сигналов в цепях обработки сигналов с более высокими уровнями срабатывания компараторов до момента появления сигналов в цепях с меньшими уровнями срабатывания гарантирует помехозащищенность от случайных сигналов, отслеживая перемещение нарушителя во времени и пространстве.

Для обеспечения более эффективной селекции помех дополнительный канал фильтрации и усиления может, как отмечено выше, включать второй полосовой фильтр, который соединяют с вторым усилителем, и второй детектор. При этом выходы детекторов соединены с входами дифференциального усилителя, выход которого соединен с входом фильтра инфранизких частот.

Резонансные частоты полосовых фильтров сдвинуты по отношению к частоте генератора. Резонансная частота первого полосового фильтра выбрана больше частоты генератора на величину, примерно равную половине ширины полосы пропускания фильтра на уровне 0,7 максимальной амплитуды. Резонансная частота полосового фильтра второго канала установлена меньше частоты генератора на ту же величину. Ширина пропускания обоих полосовых фильтров примерно одинакова.

Вследствие идентичности каналов и применения дифференциального усилителя обеспечивается снижение влияния помех на частоте сети и других синфазных помех, а также обеспечивается компенсация изменения амплитуды сигнала генератора и импульсных помех. Цепь обработки сигнала обеспечивает дополнительное подавление импульсных помех с помощью интегратора, а также регулировку допустимого времени нахождения нарушителя в пределах конкретного рубежа. При этом компаратор обеспечивает установку пространственной границы рубежа, а интегратор вместе с триггером Шмидта обеспечивает установку времени нахождения нарушителя в пределах конкретного рубежа. Количество цепей обработки сигнала определяет количество рубежей.

Решение промышленно применимо, так как может найти широкое применение для охраны важных объектов.

На фиг.1 изображена структурная схема устройства; на фиг.2 - 1-й вариант канала фильтрации и усиления; на фиг.3 - 2-й вариант канала фильтрации и усиления. На практике реализованы системы, имеющие 4-5 рубежей охраны. Для упрощения схемы рассмотрено устройство, реализующее трехрубежовую систему охраны.

Устройство включает чувствительный элемент 1, который соединен с первым входом генератора 2. Выход генератора 2 соединен с полосовым фильтром 3, выход которого соединен с входом усилителя 4. Выход усилителя 4 соединен с входом детектора 5. Выход детектора 5 соединен с входом канала 6 фильтрации и усиления, выход которого соединен с входами цепей обработки сигнала. Первая цепь обработки сигнала включает последовательно соединенные компаратор 7, интегратор 8, триггер Шмидта 9 и исполнительное устройство 10. Вторая цепь обработки сигнала включает также последовательно соединенные компаратор 11, интегратор 12, триггер Шмидта 13 и исполнительное устройство 14. Третья цепь обработки сигнала включает последовательно соединенные компаратор 15, интегратор 16, триггер Шмидта 17 и исполнительное устройство 18. При этом выход триггера Шмидта 9 первой цепи обработки сигнала соединен с входом интегратора 12, а выход триггера Шмидта 13 соединен с входом интегратора 16.

Канал фильтрации и усиления включает фильтр 19 инфранизких частот и линейный усилитель 20. Вход канала фильтрации и усиления соединен с выходом детектора 5, а выход соединен с входами компараторов 7, 11, 15.

В другом случае канал фильтрации и усиления содержит дополнительный полосовой фильтр 21, который соединен с усилителем 22, и детектор 23. Вход полосового фильтра 21 соединен с генератором 2, а выход детектора соединен с дифференциальным усилителем 24, выход которого соединен с входом фильтра 19 инфранизких частот, выход которого соединен с входом линейного усилителя 20. При этом выход детектора 5 присоединен к инвертирующему входу дифференциального усилителя 24, а выход детектора 23 присоединен к неинвертирующему входу дифференциального усилителя 24.

Напряжение генератора 2 подведено к схеме, назначением которой является анализ изменения сигнала и выдача команды на исполнительное устройство. При приближении нарушителя к чувствительному элементу 1 происходит изменение сигнала генератора 2. Полосовой фильтр 3 фильтрует импульсные помехи с широким спектром частот, преобразует изменение сигнала генератора при подходе нарушителя в изменение амплитуды сигнала, которое усиливается усилителем 4. Детектор 5 выделяет постоянную составляющую сигнала, а фильтр инфранизких частот, например 19, обеспечивает ослабление сигнала с частотами, определяемыми климатическими изменениями. Сигналы, усиленные линейным усилителем 20, поступают на компаратор 7, который обеспечивает сравнение подаваемого на вход сигнала с пороговым уровнем, который определяется настройкой. Интегратор 8 обеспечивает сглаживание сигнала, и при достижении на его выходе определенного уровня сигнала триггер Шмидта 9 обеспечивает выдачу сигнала на исполнительное устройство 10 и на вход интегратора 12. Если на выходе интегратора 8 сигнал не достигает определенной величины, интегратор 12 остается закрытым для прохождения сигнала с компаратора 11. Также работает и цепь обработки сигнала, состоящая из компаратора 15, интегратора 16 и триггера Шмидта 17.

При реализации устройства по второму варианту канал фильтрации и усиления устройства работает следующим образом. В исходном состоянии сигналы на выходах детекторов 5 и 23 примерно равны, и напряжение на выходе дифференциального усилителя 24 соответствует примерно половине напряжения питания при однополярном питании, и примерно равно 0 при двухполярном питании. Напряжение на выходе линейного усилителя 20 также равно 0. Цепи обработки сигнала 7-8-9, 11-12-13 и 15-16-17 закрыты, на выходах триггеров Шмидта 9, 13, 17 сигналы равны 0.

При изменении емкости чувствительного элемента 1 изменяется частота сигнала, вырабатываемого генератором 2, который поступает на полосовые фильтры 3 и 21, настроенные таким образом, что резонансная частота полосового фильтра 3 больше частоты генератора 2 на величину, примерно равную половине ширины полосы пропускания фильтра 3 на уровне 0,7 максимальной амплитуды, а резонансная частота полосового фильтра 21 установлена на ту же величину меньше. Далее сигналы с выхода фильтров 3 и 21 поступают на входы усилителей 4 и 22, а с выходов усилителей - на входы детекторов 5 и 23. С выходов детекторов 5 и 23 сигналы поступают на инвертирующий и неинвертирующий входы дифференциального усилителя 24, который формирует сигнал разбаланса. Полученный таким образом сигнал разбаланса поступает на фильтр 19 инфранизких частот, а затем на линейный усилитель 20.

Таким образом, при приближении, например, нарушителя к чувствительному элементу 1 со скоростью, превышающей частоту среза фильтра 19 инфранизких частот, уровень напряжения на выходе детектора 3, вследствие уменьшения частоты генератора 2, уменьшается, а на выходе детектора 23 увеличивается, что вызывает увеличение (или появление) сигнала на выходе дифференциального усилителя 24.

Дифференциальный усилитель 24 осуществляет незначительное усиление полезного сигнала, ослабляет синфазные помехи, а основное усиление осуществляется линейным усилителем 29 на частотах выше среза фильтра 19 инфранизких частот.

Далее цепи обработки сигнала работают так, как показано выше.

Таким образом, введение дополнительного канала фильтрации и усиления сигнала, а также цепей обработки сигнала, включающих компаратор, интегратор и триггер Шмидта с определенной блокировкой в этих цепях, позволяет в предлагаемом устройстве достичь высокого уровня помехозащищенности, так как аппаратура не реагирует на случайные изменения параметров емкостного чувствительного элемента, не связанные с опасными приближениями к охраняемому объекту, не реагирует на грозовую деятельность, сохраняет работоспособность при климатических изменениях влажности без дополнительных подстроек и регулировки аппаратуры.

Формула изобретения

1. Устройство для тревожной сигнализации емкостного типа, содержащее чувствительный элемент, соединенный с входом генератора, полосовой фильтр, выход которого соединен с усилителем, и детектор, отличающееся тем, что в него введен канал фильтрации и усиления, вход которого подключен к выходу детектора, а выход - к входам цепей обработки сигнала, каждая из которых состоит из последовательно соединенных компаратора, интегратора, триггера Шмидта и исполнительного устройства, при этом выход каждого триггера Шмидта в цепи обработки сигнала с меньшим порогом срабатывания компаратора соединен с входом интегратора в цепи обработки сигнала с большим порогом срабатывания компаратора, при этом генератор соединен с полосовым фильтром, а выход усилителя подключен к входу детектора.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что канал фильтрации и усиления сигнала включает фильтр инфранизких частот и линейный усилитель, при этом вход фильтра инфранизких частот соединен с выходом детектора, выход соединен с входом линейного усилителя, а выход линейного усилителя соединен с входами компараторов цепей обработки сигнала.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что канал фильтрации и усиления сигнала включает второй фильтр, который соединен с вторым усилителем, и второй детектор, дифференциальный усилитель, фильтр инфранизких частот и линейный усилитель, причем вход второго фильтра соединен с генератором, выход усилителя соединен с входом детектора, при этом выход первого детектора соединен с инвертирующим входом дифференциального усилителя, а выход второго детектора соединен с неинвертирующим входом дифференциального усилителя, выход дифференциального усилителя соединен с входом фильтра инфранизких частот, выход которого соединен с входом линейного усилителя, выход которого соединен с входами компараторов цепей обработки сигнала.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3