Устройство для тревожной сигнализации

 

Изобретение относится к технике охранной сигнализации и может быть использовано для защиты объектов от вторжения нарушителя посредством разрушения остекленных конструкций. Техническим результатом является повышение надежности устройства. Устройство анализирует акустические сигналы, возникающие при таком разрушении, в двухчастотных диапазонах, один из которых характеризует ударное воздействие на охраняемую конструкцию, другой - процесс разрушения стекла, поскольку приведенные факторы являются наиболее типичными для указанного способа проникновения. Устройство обладает повышенной функциональной надежностью, которая обеспечивается дополнительной цифровой обработкой сигнала разрушения стекла (для повышения помехоустойчивости), и сигнализацией пользователю о падении напряжения электропитания устройства ниже допустимого уровня (для исключения в этом случае потери им контроля охраняемого объекта). 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к технике охранной сигнализации и может быть использовано для защиты объектов от вторжения нарушителя посредством разрушения остекленных конструкций.

Известно устройство для охранной сигнализации [1], содержащее последовательно соединенные микрофон и усилитель, последовательно соединенные детектор, блок анализа формы сигнала и первый одновибратор, первый формирователь импульсов, вход которого соединен с входом детектора и выходом усилителя, формирователь скважности импульсов, первый вход которого соединен с выходом первого одновибратора, второй - с выходом первого формирователя импульсов, а выход через последовательно соединенные интегратор и второй одновибратор - с входом блока формирования сигнала тревоги.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предложенному является устройство для охранной сигнализации [2], содержащее акустический датчик, два фильтра, выпрямитель, компаратор, элемент задержки, элемент И, формирователь сигнала тревоги, три индикатора и исполнительное реле.

Недостатком устройства является его низкая функциональная надежность. Устройство не обладает достаточной защищенностью от акустических помех, спектр которых близок к спектру полезного сигнала (например, шум движущегося транспорта и дребезг оконного стекла), способных привести к выдаче ложного сигнала тревоги, а также от возможной потери контроля охраняемого объекта (без индикации пользователю) при снижении напряжения электропитания устройства ниже допустимого уровня, при котором гарантируются его основные функциональные параметры.

Задачей изобретения является повышение функциональной надежности устройства для охранной сигнализации.

Поставленная задача решается следующим образом. В известноe устройствo [2] , содержащее акустический датчик, первый фильтр, второй фильтр, первый компаратор, элемент И, формирователь сигнала тревоги, исполнительное реле, первый, второй и третий индикаторы, причем вход первого фильтра соединен с выходом акустического датчика и входом второго фильтра, а выход - с входом первого компаратора, первый и второй входы элемента И соединены соответственно с входами первого и второго индикаторов, выход формирователя сигнала тревоги соединен с первым входом исполнительного реле и входом третьего индикатора, введены второй компаратор, стабилизатop напряжения, цифровой анализатор, формирователь импульсов, перемычка, блок контроля и элемент ИЛИ, причем первый вход цифрового анализатора соединен с выходом первого компаратора, выход - с первым входом элемента И, а второй вход - с выходом стабилизатора напряжения, вторым входом исполнительного реле и через перемычку - с управляющим входом формирователя импульсов, сигнальный вход которого через второй компаратор соединен с выходом второго фильтра, а выход - со вторым входом элемента И, первый вход элемента ИЛИ соединен с выходом элемента И, выход - с входом формирователя сигнала тревоги, а второй вход через блок контроля - с входом стабилизатора напряжения и источником питания устройства.

Цифровой анализатор содержит элемент И-НЕ, формирователь задержки, времязадающий элемент, накопитель, ограничитель, компаратор и счетчик импульсов, причем точка соединения первого входа элемента И-НЕ и сигнального входа счетчика импульсов является первым входом цифрового анализатора, вторым входом которого является вход времязадающего элемента, а выходом - выход счетчика импульсов, выход времязадающего элемента соединен с входом ограничителя, первым входом накопителя и через формирователь задержки - с выходом элемента И-НЕ, второй вход которого соединен с управляющим входом счетчика импульсов, вторым входом накопителя и через компаратор - с выходом ограничителя.

Формирователь импульсов содержит элемент ИЛИ, ограничитель, времязадающий элемент и накопитель, причем первый вход элемента ИЛИ является сигнальным входом формирователя импульсов, управляющим входом которого является точка соединения второго входа элемента ИЛИ и входа ограничителя, а выходом - точка соединения выхода элемента ИЛИ и первого входа накопителя, второй вход которого соединен с выходом ограничителя и через времязадающий элемент с общей шиной питания устройства.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства для тревожной сигнализации.

Устройство содержит акустический датчик 1, первый 2 и второй 3 фильтры, первый 4 и второй 5 компараторы, стабилизатор напряжения 6, цифровой анализатор 7, формирователь импульсов 8, перемычку 9, элемент И 11, блок контроля 12, элемент ИЛИ 13, формирователь сигнала тревоги 14, исполнительное реле 16, первый 15, второй 10 и третий 17 индикаторы.

Цифровой анализатор 7 содержит элемент И-НЕ 22, формирователь задержки 23, состоящий из последовательно соединенных диода 29 и резистора 30, времязадающий элемент 24, накопитель 25, ограничитель 26, компаратор 27 и счетчик импульсов 28.

Формирователь импульсов 8 содержит элемент ИЛИ 18, ограничитель 19, времязадающнй элемент 20 и накопитель 21.

Вариант конкретного выполнения блока контроля 12 представлен на фиг. 2.

Изображенный на фиг. 2 блок контроля 12 состоит из делителя 31, выполненного на двух последовательно соединенных резисторах, накопителя 32, выполненного на конденсаторе, и инвертора 33. Вход делителя 31 является входом блока контроля 12, а выход соединен с накопителем 32 и входом инвертора 33, выход которого является выходом блока контроля 12.

Устройство работает следующим образом.

После подачи напряжения питания (U_n) и окончания переходных процессов на выходе стабилизатора напряжения 6 устанавливается постоянное стабилизированное напряжение (U_ст), поступающее на второй вход цифрового анализатора 7, перемычку 9 и второй вход исполнительного реле 16.

В начальный момент при нормальном состоянии охраняемого объекта (отсутствуют разрушающие воздействия на охраняемую конструкцию и акустические помехи, имеющие значительный уровень звукового давления, напряжение электропитания устройства находится в допустимых пределах) на выходах акустического датчика 1 (в качестве которого обычно используют микрофон), первого 2 и второго 3 фильтров отсутствуют переменные электрические сигналы, а на выходах первого компаратора 4, второго компаратора 5, цифрового анализатора 7, формирователя импульсов 8, элемента И 11, блока контроля 12, элемента ИЛИ 13 и формирователя сигнала тревоги 14 присутствуют сигналы низкого уровня (логического "0"). Устройство переходит в дежурный режим работы, при котором все его индикаторы 10, 15 и 17 выключены, а исполнительное реле 16 (входной узел) находится под напряжением и замкнутым состоянием своих выходных контактов передает на пульт централизованной охраны (ПЦО) извещение "норма".

При появлении акустического сигнала, распространяющегося в помещении, на выходе акустического датчика 1 и, следовательно, первого 2 и второго 3 фильтров возникают переменные электрические сигналы, которые поступают на входы первого 4 и второго 5 компараторов. Если амплитуды этих сигналов превышают заданные пороги компараторов 4 и 5, то на их выходах формируются сигналы высокого уровня (логической "1"), поступающие соответственно на первый вход цифрового анализатора 7 и формирователя импульсов 8.

В предлагаемом устройстве реализована (условно) двухканальная обработка сигнала. Первый (высокочастотный канал) состоит из первого фильтра 2, первого компаратора 4 и цифрового анализатора 7, второй (низкочастотный) - из второго фильтра 3, второго компаратора 5 и формирователя импульсов 8.

Первый канал устройства предназначен для селектировання высокочастотных (выше 4 кГц) акустических сигналов, характерных для процесса разрушения стекла, второй - для выделения низкочастотных (ниже 300 Гц) сигналов, возникающих при ударном воздействии на охраняемую конструкцию.

Рассмотрим работу первого канала. При отсутствии сигнала (импульсов высокого уровня) на выходе первого компаратора 4 и, следовательно, на первом входе цифрового анализатора 7, на выходе его элемента И-НЕ 22 и компаратора 27 присутствуют сигналы логической "1". Один из этих сигналов с выхода компаратора 27 поступает на управляющий вход (или вход сброса) счетчика 28, обеспечивая на его выходе и, следовательно, на выходе цифрового анализатора 7 присутствие сигнала логического "0". Первый индикатор 15 при этом выключен.

При появлении в охраняемом помещении высокочастотного акустического сигнала достаточной амплитуды на выходе первого компаратора 4 и, следовательно, на входе цифрового анализатора 7 возникают положительные прямоугольные импульсы, которые передаются на первый вход и затем (в инвертированном виде) на выход элемента И-НЕ 22, обеспечивая заряд накопителя 25 через формирователь задержки 23. Время задержки выбрано таким образом, чтобы защитить устройство от влияния коротких импульсных помех. В момент достижения уровня напряжения на накопителе 25 заданного значения на выходе компаратора 27 появляется сигнал логической "1" и происходит быстрый разряд накопителя 25 через ограничитель 26 на минус (общую шину) питания устройства, и затем начинается перезаряд накопителя 25 через времязадающий элемент 24, обеспечивая заданную длительность (t_и1) импульса логического "0" на выходе компаратора 27. Присутствие этого импульса на втором входе элемента И-НЕ 22 блокирует прохождение сигнала с его первого входа на вход формирователя задержки 23 (в инвертированном виде), а присутствие указанного импульса на управляющем входе счетчика 28 дает ему разрешение на счет импульсов, поступающих на его сигнальный вход. Если число указанных импульсов за время t_и1 достигает заданного значения, то на выходе счетчика 28, являющегося выходом цифрового анализатора 7, возникает сигнал высокого уровня. Этот сигнал поступает на первый вход элемента И 11 и включает первый индикатор 15, который дает информацию о наличии в охраняемом помещении высокочастотного акустического сигнала.

Таким образом, происходит анализ высокочастотной части спектра акустического сигнала, обеспечивающий повышение устойчивости устройства к воздействию большинства бытовых помех, частоты которых обычно лежат ниже выбранного диапазона, соответствующая граница которого определяется заданным числом импульсов (равных числу периодов обрабатываемого сигнала) на определенном временном интервале t_и1 вне зависимости от амплитуды акустического сигнала. Поэтому, какой бы значительной ни была интенсивность таких помех, они не смогут вызвать ложного срабатывания устройства.

Рассмотрим работу второго канала (в обычном режиме работы устройства перемычка 9 отсутствует).

Если на выходе второго компаратора 5 и, следовательно, на сигнальном входе формирователя импульсов 8 отсутствует сигнал высокого уровня, то на его выходе присутствует сигнал низкого уровня, поступающий на второй вход элемента И 11. Второй индикатор 10 при этом выключен.

При появлении на сигнальном входе формирователя импульсов 8 сигнала высокого уровня на выходе его элемента ИЛИ 18 возникает импульс логической "1", длительность которого (t_и2) определяется временем перезаряда накопителя 21 через времязадающий элемент 20. Указанный импульс с выхода элемента ИЛИ 18 передается на выход формирователя импульсов 8, откуда поступает на второй вход элемента И 11 и включает второй индикатор 10, который дает информацию о наличии в охраняемом помещении низкочастотного акустического сигнала.

Использование второго канала позволяет защитить устройство от воздействия высокочастотных помех (сигналы от звонков, свистков и т.п.), которые могут вызвать ложное срабатывание в первом канале.

При типичном механическом разрушении остекленной конструкции в первый момент возникают низкочастотные составляющие сигнала, характерные для прогиба и вибрации конструкции от удара, затем - высокочастотные составляющие, характерные для процесса разрушения стекла с выпадением его осколков. В связи с этим время t_и2 рассчитывается так, чтобы обеспечить совмещение во времени указанных составляющих полезного сигнала и защититься от помех.

При появлении на обоих входах элемента И 11 сигналов высокого уровня на его выходе формируется аналогичный сигнал, который поступает на первый вход элемента ИЛИ 13, повторяется на его выходе и затем передается на вход формирователя сигнала тревоги 14. На выходе последнего при этом формируется сигнал высокого уровня заданной длительности, включающий третий индикатор 17 и обесточивающий исполнительное реле 16, которое разомкнутыми выходными контактами передает на ПЦО извещение "тревога". Длительность выходного сигнала формирователя 14 выбирается достаточной для принятия тревожного извещения ПЦО и визуального наблюдения при помощи светового индикатора.

Такое же извещение формируется устройством и в случае падения напряжения его электропитания ниже допустимого уровня. Данная функция реализуется при помощи блока контроля 12 следующим образом (см. фиг. 2). Делитель 31 блока контроля 12, выполненный на двух последовательно соединенных резисторах, рассчитан так, что если значение U_n не выходит за нижний предел, то на выходе делителя 31 присутствует напряжение U_д, которое воспринимается инвертором 33 как сигнал логической "1", поэтому на его выходе, являющемся выходом блока контроля 12, формируется сигнал логического "0", поступающий на второй вход элемента ИЛИ 13. Устройство при этом находится в дежурном режиме. Если U_n снижается ниже допустимого уровня, то значение U_д через время, определяемое элементом задержки 32 (для обеспечения помехоустойчивости), воспринимается инвертором 33 как сигнал логического "0" и преобразуется в сигнал логической "1". Устройство в этом случае переходит в тревожный режим. Таким образом, при недопустимом снижении напряжения питания устройства не происходит потери контроля охраняемого объекта и обеспечивается соответствующая индикация пользователю.

В устройстве предусмотрена возможность отключения второго (низкочастотного) канала при помощи перемычки 9. Если она установлена, то на выходе формирователя 8 присутствует сигнал высокого уровня, который поступает на второй вход элемента И 11, переводя его в режим повторения сигнала на первом входе, и включает второй индикатор 10, непрерывное свечение которого свидетельствует о работе устройства в одноканальном (высокочастотном) режиме. Такой режим работы можно использовать, например, для охраны стекол малой площади, при разрушении которых низкочастотные сигналы, как правило, имеют незначительную амплитуду, или для удобства настройки устройства на объекте.

Таким образом, предлагаемое устройство (в обычном режиме работы) анализирует акустические сигналы, возникающие при разрушении остекленной конструкции, в двухчастотных диапазонах. При этом в качестве характерных информационных признаков акустического сигнала, возникающего при разрушении указанной конструкции, и устройстве используются, во-первых, признаки, характеризующие ударное воздействие на нее (амплитуда и длительность низкочастотного акустического сигнала), во-вторых, признаки, характеризующие процесс разрушение стекла (амплитуда, длительность и структура спектра высокочастотного акустического сигнала на определенном временном интервале). Извещение о тревоге формируется устройством только при наличии всех вышеперечисленных признаков, отвечающих определенным критериям. Причем совпадение признаков должно произойти в течение заданного промежутка времени.

В результате заявляемое устройство обладает повышенной функциональной надежностью, которая обеспечивается дополнительной цифровой обработкой сигнала, повышающей его помехоустойчивость, и сигнализацией о падении напряжения электропитания устройства ниже допустимого уровня, исключающей в этом случае потерю им контроля охраняемого объекта.

В настоящее время на ЗАО "Риэлта" (г. Санкт-Петербург) начато серийное производство извещателей охранных поверхностных звуковых ИО 329-2 "Стекло-2" и ИО 329-2А "Стекло-2-1", в которых использовано заявляемое устройство для тревожной сигнализации. Извещатели успешно прошли квалификационные испытания и опытную эксплуатацию на объектах, охраняемых подразделениями вневедомственной охраны МВД России.

Источники информации 1. Патент РФ N 2088973, кл. G 08 В 13/00, 1997.

2. Европейский патент N 0486018, кл. G 08 В 13/16, 1991.

Формула изобретения

1. Устройство для тревожной сигнализации, содержащее акустический датчик, первый и второй фильтры, первый компаратор, элемент И, формирователь сигнала тревоги, исполнительное реле, первый, второй и третий индикаторы, вход первого фильтра соединен с выходом акустического датчика и входом второго фильтра, а выход - с входом первого компаратора, первый и второй входы элемента И соединены соответственно с входами первого и второго индикаторов, выход формирователя сигнала тревоги - с первым входом исполнительного реле и входом третьего индикатора, отличающееся тем, что в него введены второй компаратор, стабилизатор напряжения, цифровой анализатор, формирователь импульсов, перемычка, блок контроля и элемент ИЛИ, первый вход цифрового анализатора соединен с выходом первого компаратора, выход - с первым входом элемента И, а второй вход - с выходом стабилизатора напряжения, вторым входом исполнительного реле и через перемычку с управляющим входом формирователя импульсов, сигнальный вход которого через второй компаратор соединен с выходом второго фильтра, а выход - с вторым входом элемента И, первый вход элемента ИЛИ соединен с выходом элемента И, выход - с входом формирователя сигнала тревоги, а второй вход через блок контроля - с входом стабилизатора напряжения и источником питания устройства.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что цифровой анализатор содержит элемент И-НЕ, формирователь задержки, времязадающий элемент, накопитель, ограничитель, компаратор и счетчик импульсов, точка соединения первого входа элемента И-НЕ и сигнального входа счетчика импульсов является первым входом цифрового анализатора, вторым входом которого является вход времязадающего элемента, а выходом - выход счетчика импульсов, выход времязадающего элемента соединен с входом ограничителя, первым входом накопителя и через формирователь задержки с выходом элемента И-НЕ, второй вход которого соединен с управляющим входом счетчика импульсов, вторым входом накопителя и через компаратор с выходом ограничителя.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что формирователь импульсов содержит элемент ИЛИ, ограничитель, времязадающий элемент и накопитель, первый вход элемента ИЛИ является сигнальным входом формирователя импульсов, управляющим входом которого является точка соединения второго входа элемента ИЛИ и входа ограничителя, а выходом - точка соединения выхода элемента ИЛИ и первого входа накопителя, второй вход которого соединен с выходом ограничителя и через времязадающий элемент общей шиной питания устройства.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2