Емкостное устройство для охранной сигнализации

Изобретение относится к охранной сигнализации, а именно к устройствам для сигнализации о несанкционированном пересечении человеком блокируемого рубежа, и может быть использовано при разработке устройств для блокирования участков замкнутого рубежа охраны или периметра объекта. Технический результат - повышение надежности устройства за счет повышения помехоустойчивости и устойчивости к погодно-климатическим воздействиям. В устройство, содержащее два чувствительных элемента в виде емкостных антенн, соединенных с выводами первичной обмотки дифференциального трансформатора, фильтр высоких частот и реле, введены развязывающий трансформатор, ключ, делитель напряжения и цифровой сигнальный процессор, вход которого соединен с выходом фильтра высоких частот, первый выход - с входом реле, второй выход - с первым входом делителя напряжения, третий выход - с первым входом ключа, на второй вход которого подается питание, выход которого соединен с одним из выводов первичной обмотки развязывающего трансформатора, другой вывод которой соединен с точкой нулевого потенциала устройства, один из выводов вторичной обмотки развязывающего трансформатора соединен с точкой нулевого потенциала чувствительного элемента, другой вывод которой - со средней точкой первичной обмотки дифференциального трансформатора, один из выводов вторичной обмотки которого соединен с точкой нулевого потенциала устройства, другой вывод которой - со вторым входом делителя напряжения, выход которого соединен с входом фильтра высоких частот. 3 ил.

 

Изобретение относится к охранной сигнализации, а именно к устройствам для сигнализации о несанкционированном пересечении человеком блокируемого рубежа, и может быть использовано при разработке устройств для блокирования участков замкнутого рубежа охраны или периметра объекта.

Известно устройство для тревожной сигнализации емкостного типа (а.с. №372571, МКИ G 08 В 13/26, БИ №13, 1973), содержащее антенны, подключенные к концам первичной обмотки дифференциального трансформатора, отвод которой подключен к одной клемме генератора, другая клемма которого соединена с шиной нулевого потенциала, вторичная обмотка дифференциального трансформатора через усилитель подключена к схеме обработки сигнала, первичная обмотка дифференциального трансформатора выполнена несимметричной.

Недостатком устройства является низкая надежность устройства, низкая помехоустойчивость, низкая устойчивость к погодно-климатическим воздействиям.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому изобретению является емкостное устройство для охранной сигнализации (патент РФ №2010337, МПК G 08 В 13/26, 1994 г. - прототип), содержащее два чувствительных элемента, закрепленных на охраняемом объекте, усилитель высокой частоты, фильтр низкой частоты, экран, пороговый блок, выход которого подключен к входу исполнительного блока, дифференциальный трансформатор, вторичная обмотка которого подключена к входу усилителя высокой частоты, генератор переменного напряжения, один вывод которого подключен к шине нулевого потенциала, синхронный детектор, фильтр высокой частоты, усилитель постоянного тока, дополнительный чувствительный элемент выполнен в виде эталонного конденсатора, а основной чувствительный элемент выполнен в виде плоского конденсатора, один из электродов которого снабжен изолирующей липкой лентой и соединен с первым выводом первичной обмотки дифференциального трансформатора, второй электрод плоского конденсатора соединен через экран с другим выводом генератора переменного напряжения, с опорным входом синхронного детектора и со средней точкой первичной обмотки дифференциального трансформатора, выход усилителя высокой частоты соединен с информационным входом синхронного детектора, выход которого подключен к входу фильтра низкой частоты, выход которого подключен к входу фильтра высокой частоты, выход которого подключен к входу усилителя постоянного тока, выход которого подключен к входу порогового блока, второй вывод первичной обмотки дифференциального трансформатора подключен к одному выходу эталонного конденсатора, другой выход которого подключен к шине нулевого потенциала.

Недостатком данного устройства является невысокая надежность, обусловленная низкой помехоустойчивостью и низкой устойчивостью к климатическим воздействиям.

В данном устройстве воздействие на чувствительный элемент помехи с частотой, близкой к частоте генератора переменного напряжения или широкополосного сигнала со спектром, перекрывающим полосу пропускания полосового фильтра, приводит к ложному срабатыванию устройства.

При использовании данного устройства для охраны периметров протяженных объектов в результате изменения погодно-климатических условий (например, налипание снега на чувствительном элементе) произойдет изменение емкости чувствительного элемента, разбаланс дифференциального трансформатора и, как следствие, переход усилителя высокой частоты в состояние насыщения с резкой потерей чувствительности устройства в целом.

Целью настоящего изобретения является повышение надежности устройства за счет повышения помехоустойчивости и устойчивости к погодно-климатическим воздействиям.

Для достижения поставленной цели в устройство, содержащее два чувствительных элемента в виде емкостных антенн 1, 2, соединенных с выводами первичной обмотки дифференциального трансформатора 3, фильтр высоких частот 4 и реле 5, введены развязывающий трансформатор 6, ключ 7, делитель напряжения 8 и цифровой сигнальный процессор 9, вход которого соединен с выходом фильтра высоких частот 4, первый выход - со входом реле 5, второй выход - с первым входом делителя напряжения 8, третий выход - с первым входом ключа 7, на второй вход которого подается питание, выход которого соединен с одним из выводов первичной обмотки развязывающего трансформатора 6, другой вывод которой соединен с точкой нулевого потенциала устройства, один из выводов вторичной обмотки развязывающего трансформатора 6 соединен с точкой нулевого потенциала чувствительного элемента, другой вывод которой - со средней точкой первичной обмотки дифференциального трансформатора 3, один из выводов вторичной обмотки которого соединен с точкой нулевого потенциала устройства, другой вывод которой - со вторым входом делителя напряжения 8, выход которого соединен со входом фильтра высоких частот 4.

Сопоставительный анализ заявляемого устройства с прототипом показывает, что предложенное устройство отличается новым конструктивным выполнением элементов, их расположением в схеме. Следовательно, предложенное решение соответствует критерию изобретения "техническое решение".

Сравнение заявленного решения с другими техническими решениями в данной области техники не позволило выявить в них признаки, отличающие предложенное решение от прототипа, что дает возможность сделать вывод о соответствии критериям изобретения: "новизна", "существенные отличия" и "положительный эффект".

На фиг.1 представлена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг.2, 3 - графики, поясняющие работу устройства.

Приняты следующие обозначения:

1, 2 - емкостные антенны;

3 - дифференциальный трансформатор;

4 - фильтр высоких частот;

5 - реле;

6 - развязывающий трансформатор;

7 - ключ;

8 - делитель напряжения;

9 - цифровой сигнальный процессор.

Предлагаемое устройство работает следующим образом. Цифровой сигнальный процессор 9 формирует запускающие импульсы, замыкающие ключ 7 (фиг.2а, где U - напряжение на третьем выходе цифрового сигнального процессора 9; 1 - первый запускающий импульс, 2 - второй запускающий импульс,... I - I-й запускающий импульс и т.д.). Причем длительность запускающих импульсов τ_и выбрана таким образом, чтобы после размыкания ключа 7 в первичной обмотке дифференциального трансформатора 3 возникали свободные затухающие колебания, амплитуда которых пропорциональна разности емкостей антенн 1, 2 (фиг.2б, где V - сигнал рассогласования на выходе дифференциального трансформатора 3; 1 - первая реализация сигнала рассогласования, 2 - вторая реализация сигнала рассогласования,... I - I-я реализация сигнала рассогласования и т.д.). Развязывающий трансформатор 6 используется для гальванической развязки точек нулевого потенциала устройства и емкостных антенн 1, 2 и тем самым повышения помехоустойчивости устройства.

Период повторения запускающих импульсов (T_u) выбирается из условия:

T_u=T₁+T₂

где T₁=const

Т₂ - случайная величина в диапазоне от 0 до T₂, где Т₂>T₁.

Сигнал рассогласования с выхода вторичной обмотки дифференциального трансформатора 3 через делитель напряжения 8 и фильтр высоких частот 4 поступает на вход цифрового сигнального процессора 9, где оцифровывается с периодом ΔT(фиг.3).

t_i=ΔT·i

i=1,2...K

где равно значению i-й выборки, I-й реализации сигнала рассогласования;

K - количество выборок сигнала рассогласования.

В течение времени, оставшегося после оцифровки до окончания текущего периода T_n, цифровой сигнальный процессор 9 выполняет следующие операции:

1) для каждой i-й выборки (i=1, 2...К) вычисляет первое и второе текущее среднее значение амплитуды:

1-е текущее среднее

2-е текущее среднее

где M>L

2) вычисляет среднее значение для всех K выборок:

и сравнивает с его пороговым значением.

В случае отсутствия воздействия нарушителя на емкостные антенны 1,2 сигнал рассогласования изменяется только за счет изменения погодно-климатических условий (т.к. антенны невозможно выполнить абсолютно одинаковыми, их собственные емкости с изменением погодно-климатических условий изменяются по-разному), т.е. достаточно медленно. Соотношение периодов осреднения L и М выбрано таким образом, чтобы при любом изменении погодных условий среднее значение было меньше порогового значения.

При воздействии нарушителя на одну из антенн 1,2 произойдет достаточно быстрое изменение сигнала рассогласования, превысит пороговое значение и цифровой сигнальный процессор 9 подаст напряжение на обмотку реле 5, выставив тем самым сигнал тревоги.

Представленный алгоритм представляет собой программную реализацию полосового фильтра, верхняя и нижняя граничные частоты которого определяются значениями L и М периодов осреднения.

Воздействие на одну из емкостных антенн 1, 2 помехи (например, синусоиды) с частотой, находящейся в полосе пропускания полосового фильтра, не приведет к ложному срабатыванию устройства, т.к. сдвиг фаз между запускающими импульсами и синусоидой будет изменяться по случайному закону и при достаточно больших значениях L и M вклад помехи в первое и второе текущее среднее, а следовательно, и в , будет равен 0.

Емкостное устройство для охранной сигнализации, содержащее два чувствительных элемента в виде емкостных антенн, соединенные с выводами первичной обмотки дифференциального трансформатора, фильтр высоких частот и исполнительный блок в виде реле, отличающееся тем, что в него введены развязывающий трансформатор, ключ, делитель напряжения и цифровой сигнальный процессор, вход для приема сигнала рассогласования которого соединен с выходом фильтра высоких частот, первый выход для подачи сигнала тревоги - со входом исполнительного блока в виде реле, второй выход для согласования сигнала рассогласования с входным диапазоном встроенного аналого-цифрового преобразователя цифрового сигнального процессора - с первым входом делителя напряжения, третий выход для подачи запускающего импульса - с первым входом ключа, на второй вход которого подается питание, выход которого соединен с одним из выводов первичной обмотки развязывающего трансформатора, другой вывод которой соединен с точкой нулевого потенциала устройства, один из выводов вторичной обмотки развязывающего трансформатора соединен с точкой нулевого потенциала чувствительного элемента, другой вывод которой - со средней точкой первичной обмотки дифференциального трансформатора, один из выводов вторичной обмотки которого соединен с точкой нулевого потенциала устройства, другой вывод которой - со вторым входом делителя напряжения, выход которого соединен со входом фильтра высоких частот.