Устройство для обнаружения объекта в контролируемой зоне

 

О П И С А Н И Е < 972539

ИЗО6РЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (6! ) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 16. 03. 81 (21) 3298622/18-24 с присоединением заявки М (23) Приоритет (51)М. Кд.

С 08 В 1У24

Гаеударетмняый квинтет во делам язобретеяяя н открытки

Опубликовано 07. 11; 82. Бюллетень М 41

Дата опубликования описания 07. 11. 82 (5зj УДК 654.91 (oss. 8) Л. И. Царев, Г. Д. Кондрашов, М. М. Куликов, А. А. Точин, Е. В. Филиппов и А. И. Яскин (72) Авторы изобретения

Ленинградский ордена Ленина метрополитей"- им. В. И. Ленина (7I) Заявитель

1 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ ОБЪЕКТА

В КОНТРОЛИРУЕМОЙ ЗОНЕ

Изобретение относится к техническим средствам автоматизации, в частности к созданию устройств для обнаружения объектов, движущихся на конвейере, Известно устройство для сигнализации движения тел в поле передатчика, состоящее из передатчика электромагнитных ультравысокочастотных колебаний, приемника с антенной, на выходе которого формируется постоянное напряжение при постоянной напряженности поля, а при наличии движущегося предмета изменяется напряженность поля из приемной антенны и выходное напряжение приемника модулируется и поступает на аналогоцифровой преобразователь. После соответствующих преобразований и фильтрации результирующий сигнал воздействует на схему аварийной сигнализации (1).

Недостатком такого устройства является его сложность, так как оно имеет в своем составе такие сложные блоки как передатчик: и приемник ультравысокочастотных колебаний, аналого-цифровой преобразователь.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является емкостной блок объектного оборудования охранно-пожарной сигнализации "Комплекс-СК" (4), который содержит чувствительный элемент, генератор синусоидальных колебаний, ограничитель амплитуды, ключевой элемент, дифференцирующую цепь, селектор полярности, фильтр верхних частот, импульсный усилитель, демодуляторы, полосовой фильтр, арифметическое устройство, усилитель ультранизких частот, временной селектор и выходной ключевой каскад. го

При приближении объекта к сохраняемой зоне изменяется частота генератора синусоидальных колебаний.

Последовательность импульсов от

972539 генератора, проходя через ограничи— тель амплитуды, ключевой элемент, дифференцирующую цепь, селектор полярности, импульсивный усилитель и демодуляторы, преобразуется в изменение амплитуды импульсов. Далее сигнал усиливается, выпрямля" ется, c,åëåêòèðóåòñÿ по длительности и при превышении порогового значения открывает выходной ключевой каскад. Чувствительность устройства от 0 до 2 м при приближении объекта со скоростью не менее 0,1 м/с(2).

Недостатком известного устройства является малый диапазон чувствительности, величина которого зависит от скорости движения объекта s охраняемой доне и при скоростях менее 0,1 м/с устройство срабатывает только при соприкосновении объекта с чувствительным элементом, Недостатком также является необходимость применения прецизионного порогового элемента.

Цель изобретения — повышение чувствительности устройства, чтобы оно обеспечивало фиксацию объектов в диапазоне от нескольких метров до нескольких сантиметров при различных скоростях движения обнаруживаемого объекта..

5 о!

5 го

25 зо

35 ю

5О

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для обнаружения объекта в контролируемой зоне, содержащее чувствительный элемент, соединенный с контуром генератора синусоидальных колебаний, выход которого соединен с формирователем импульсов, выход которого соединен с од" ним из входов блока синхронизации, введен генератор прямоугольных импульсов и блок формирования сигналов тревоги, который выполнен в виде первого, второго, третьего и четвертого элементов И, синхронного

RS-триггера, реверсивного счетчика, блока элементов НЕ, первого и второго элементов ИЛИ, выходы первого и второго элементов И соединены соответственно с суммирующим и вычитающим входами реверсивного счетчика, выходы которого соединены с соответствующими входами первого элемента ИЛИ, а через блок элементов

HE - с соответствующими входами второго элемента ИЛИ, выходы первого и второго элементов ИЛИ соединены соответственно с первыми входами третье "

ro и четвертого элементов И, выходы которых соединены с первым и вторым входом синхронного RS-триггера; выход которого соединен с выходом устройства для обнаружения объекта, выход старшего разряда реверсивного счетчика соединен с вторыми входами третьего и четвертого элементов И, выход формирователя импульсов соединен с первыми входами первого и второго элементов И блока формирования сигналов тревоги, генератор прямоугольных импульсов соединен с другим входом блока синхронизации, соответствующие выходы которого соединены с вторыми входами первого и второго элементов И, блока формирования сигналов тревоги, третьим входом синхронного RS-триггера блока формирования сигналов тревоги и установочным входом реверсивного ,счетчика блока формирования сигналов тревоги.

Введение в устройство генератора прямоугольных колебаний стабилизированного кварцем позволяет через фиксированные промежутки времени подавать сигналы от генератора синусоидальных колебаний через формирователь поочередно сначала на суммирующий вход, а затем на вычитающий вход блока формирования сигнала тревоги, выполненного в виде реверсивного двоичного счетчика с дешифратором его состояний.

Бсли в течение двух равных промежутков времени следующих один за другим в счетчике останется какой-либо код прямой или инверсный превышающий несколько единиц, то это означает, что частота генератора синусоидальных колебаний изменилась из-за появления за это время в контролируемой зоне обнаруживаемого объекта.

На фиг. 1 приведена структурная .схема устройства для обнаружения объекта в контролируемой зоне; на фиг. 2 - функциональная схема блока формирования сигнала тревоги; на фиг. 3 - диаграммы работы блока формирования сигнала тревоги.

Устройство содержит чувствительный элемент 1, выход которого соединен,с колебательным контуром генератора 2 синусоидальйых колебаний, выход генератора синусоидальных колебаний соединен с выходом формирователя 3 импульсов, выход которо9 6 элементов НЕ 13 соединены с входами элемента ИЛИ 14. Кроме того, старший выход блока элементов НЕ 13, соединен с первым выходом элемента И 11.

Выходы элементов ИЛИ 14 и 15 сое" динены соответственно с вторыми входами элементов И 10 и 11. Выход элемента И 11 соединен с S входами синхронного RS-триггера 6, а выход элемента И 10 соединен с входом R синхронного RS-триггера 16. На вход

21 синхронного RS-триггера 16 подан сигнал синхронизации от блока 4 синхронизации, а выход 7 синхронного

RS-триггера 16 соединен с регистрирующим устройством.

Устройство работает следующим образом.

При включении питания устройства и отсутствии объекта в зоне обнаружения генератор 2 синусоидальных ко" лебаний выдает на вход формирователя 3 импульсов синусоидальное нап ряжение определенной частоты.

Формирователь 3 импульсов преобразует синусоидальные колебания в последовательность прямоугольных им— пульсов той же частоты и подает их на один из входов блока 4 синхронизации и информационный вход блока 5.

5 97253 го подключен к информационному входу блока 5 формирования сигнала тревоги и к одному из входов блока 4 синхронизации, выходы которого подключены к управляющим входам блока

5 формирования сигнала тревоги, а выход 7 его подключается к регистрирующему устройству, генератор 6 прямоугольных импульсов стабилизированный кварцем, 10

Чувствительный элемент 1 выполнен в виде металлической пластины.

Генератор 2 синусоидальных колебаний реагирует- на изменение емкости, вносимой в его колебательный контур, 15 при приближении объекта к чувствительному элементу.

Формирователь 3 импульсов преобразует синусоидальные колебания в прямоугольные, Генератор 6 прямоуголь щ ных импульсов стабилизированный кварцем, имеет частоту несколько мегогерц.

Блок синхронизации 4 вырабатывает сигналы, которые подключают выход 25 формирователя 3 импульсов к информационным входам блока 5 формирования сигнала тревоги и производит его опрос и сброс.

Блок 5 формирования сигнала тре- 30 воги (на фиг. 2) состоит из элементов И 8-11, реверсивного счетчика 12, блока элементов НЕ 13 и ИЛИ 14 и 15 и синхронного RS-триггера 16. Причем элементы И 10 и 11, НЕ 13, ИЛИ 14 и 55

15 выполняют функции дешифратора состояний двоичного реверсивного счетчика 12.

Информационный вход 17 блока 5 соединен с вторыми входами элементов 40

И 8 и 9. На первый вход 18 элемента

И 8 подан сигнал от блока 4 синхронизации, а на первый вход 19 элемента

И 9 подан другой сигнал от блока 4 синхронизации. На вход 20 двоичного реверсивного счетчика 12 подан сигнал установки в ноль двоичного реверсивного счетчика 12 от блока 4 синхронизации ° !

Прямые выходы разрядов двоичного реверсивного счетчика 12, за исключением, например, двух выходов млад- ших разрядов, соединены с соответствующими входами элементов HE 13 и

ИЛИ 15. Кроме того, прямой выход старшего разряда двоичного реверсивного счетчика 12 соединен с первым выходом элемента И 10. Выходы блока

На другой вход блока 4 синхронизации поступают импульсы от генератора прямоугольных импульсов стабилизированного кварцем с частотой в .несколько мвгогерц.

В блоке 4 синхронизации частота от генератора прямоугольных импульсов понижается до нужной величины и блок 4 выдает на свои управляю" щие выходы через фиксированные и равные промежутки времени импульсы разрешения на пропуск частоты от формирователя 3 импульсов, а также им-" пульс на разрешение дешифрации ре" версивного счетчика и его сброс.

При отсутствии объекта в зоне обнаружения ближайший первый им" . пульс, поступивший от блока 4 на вход 18, разрешает проходить частоте, поступающей постоянно на информационный вход 17, через элемент

И 8 на суммирующий вход двоичного реверсивного счетчика 12, до тех пор, пока не окончится импульс на входе 18.

Затем с некоторым интервалом на вход 19 поступает импульс от блока 4, разрешающий проходить частоте .

972539

ЗО

Если на всех подключенных выходах двоичного реверсивного счетчика

12 нули, то на соответствующих им вы50 ходах:блока элементов НЕ 13 появляются единицы, которые переключают элемент ИЛИ 14 и на второй вход weмента И 10 поступает единица, кото рая не переключает элемент И 10, так как на первый вход его поступает нуль. с выхода старшего разряда двоичного реверсивного счетчика 12, На с входа 17, через. элемент И 9 на вычитающий вход двоичного реверсивного счетчика 12. После окончания импульса на входе 19 содержимое реверсивного двоичного счетчика 12 дол 3 жяо быть равно нулю. Однако изза девиации частоты следования импульсов, поступающих на вход 17 блока 5, которая зависит от изменений не контролируемых внешних усло- >0 вий, содержимое двоичного реверсивного счетчика 12 может оказаться не равным нулю. Его содержимое равно величине ухода частоты генератора 2 синусоидальных колебаний, зависящего от внешних условий, за период Т (фиг. 3 а). Эта величина равна нескольким положительным или отри-:, цательным единицам, поэтому выходы нескольких младших. разрядов дво- 20 ичного реверсивного счетчика 12, например, двух, (на фиг. 2) не соединены с соответствующими входами блока элементов НЕ 13 и ИЛИ 15.

Таким образом, на всех подключенных выходах двоичного реверсивного счетчика 12 нули, если уход частоты был в сторону уменьшения, или все единицы, если уход частоты - в сторону увеличения.

Если на всех подключенных выходах двоичного реверсивного счетчика 12 присутствуют единицы, то на соответствующих им входах элемен,та ИЛИ 15 появляются единицы, которые переключают элемент ИЛИ 15 и на второй вход элемента И 11 поступает единица, которая не переключает элемент И 11, так как на первый вход его поступает нуль с выхода старше- iO го разряда блока элементов НЕ 13.

Элемент И 10 тоже не переключается, так как на его второй вход поступает нуль,с выхода элемента ИЛИ 14 и по сигналу синхронизации, поступившему на вход 21, синхронный RS-триггер 16 на изменяет своего состояния. первый вход элемента И 11 поступает единица от старшего выхода блока . элементов НЕ 13, но он тоже не переключается, так как на второй его вход поступает нуль с выхода элемента ИЛИ 15 и по сигналу, поступившему на вход 21, синхронный

RS-триггер 16 не изменяет своего состояния.

Затем по сигналу, поступившему на вход 20, производится сброс в нуль двоичного реверсивного счетчика 12 и период работы Т повторяется.

При вхождении объекта в зону обнаружения последовательность работы блока 5 аналогична описанной, но на вычитающий вход двоичного реверсивного счетчика 12 поступит импульсов меньше, чем на его суммирующий вход в предшествующий момент времени, В двоичном реверсивном счетчике 12 накапливается некоторое положительное число и на некоторых его выходах появляются единицы, которые переключают элемент ИЛИ 15 и на второй вход элемента И 11 поступает единица, Одновременно на первый вход элемента И 11 поступает единица со старшего выхода блока элементов HE 13 и элемент И 11, переключившись, устанавливает синхронный

RS-триггер 16, по импульсу синхронизации поданному на его вход 21, в единичное состояние.

При приближении объекта к центру зоны обнаружения проходит несколько периодов Т работы устройства и положительное число, остающееся в двоичном реверсивном счетчика 12, увеличивается и в каждом периоде работы устройства синхронный RS-триггер 16 ус танавливается в .исходное состояние, хотя он находится в этом состоянии после первого его срабатывания при вторжении объекта в зоне обнаружения.

После того, как объект минует центр зоны обнаружения и начнет от него удаляться число остающееся в двоичном реверсивном счетчике 12 отрицательное и на его выходе старшего разряда и на выходах некоторых других разрядов двоичного реверсивного счетчика 12 появляются единицы, а на остальных разрядах его устанавливаются нули.

Единицы, поступившие на входы элемента ИЛИ 15, переключают его. Нули

9 9725 же, поступившие на входы блока элементов НЕ 13, переключают элемент

ИЛИ 14.

Таким образом, на вторых входах элементов И 10 и 11 устанавливается по единице. Однако элемент И 11 не переключается, так как на первый его вход подан нуль с выхода старшего разряда блока элементов НЕ 13. Элемент

И 10 переключается .в единичное состо- 10 яние, так как на первый его вход в это время подана единица с выхода старшего разряда двоичного реверсивного счетчика 12. Сигнал с выхода элемента И 10 по сигналу, поданному на вход 21, синхронного RS-триггера 16 сбрасывает этот триггер в нуль и регистрирующее устройство зафиксирует обнаружение объекта.

Предлагаемое устройство использо- 2о вано в системе для учета пассажиров перевозимых эскалаторами станций метрополитенов. Параметры сигналов, приведенных на фиг. 3, при скорости движения объекта 1-1,5 м/с и частотах?% информационного сигнала на входе 17 блока 5 700 кГц следующие: период работы блока синхронизации Т равен

80 мс, длительность импульсов (фиг. 3 а,б) равна 20 мс, а длитель- зо ность импульсов (фиг. 3 в,г) равна

5 мс.

Формула изобретения

Устройство для обнаружения объекта в контролируемой зоне, содержащее чувствительный элемент, соеди" ненный с контуром генератора синусоидальных колебаний, выход которого соединен через формирователь импульсое с одним из входов блока синхронизации, о т л и ч а ю щ е е с я тем, I что, с целью повышения чувствительности устройства, в него введен генератор прямоугольных импульсов и блок

39 10 формирования сигнала тревоги, который выполнен в виде первого, второго, третьего и четвертого элементов И, синхронного RS-триггера, реверсивного счетчика, блока элементов НЕ, первого и второго элементов ИЛИ, выходы первого и второго элементов И соединены соответственно с суммирующим и вычитающим входами реверсивного счетчика, выходы которого соединены с соответствующими входами первого элемента ИЛИ, а через блок элементов

НЕ - с соответствующими входами второго элемента ИЛИ, выходы первого и второго элементов ИЛИ соединены соответственно с первыми входами т"ретьего и четвертого элементов И, выходы которых соединены с первым и вторым входом синхронного RS-триггера, выход которого соединен с выходом устройства для обнаружения объекта, выход старшего разряда реверсивного счетчика соединен с вторыми входами третьего и четвертого элементов И, выход формирователя импульсов соединен с первыми входами первого и второго элементов И блока формирования сигнала тревоги, генератор прямоугольных импульсов соединен с другим входом блока синхронизации, соответствующие выходы которого соединены с вторыми входами первого и второго элементов И, блока формирования сигнала тревоги, третьим входом синхронного RS-триггера блока формирования сигнала тревоги и установочным входом реверсивного счетчика блока формирования сигнала тревоги.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент США У 4155078, 340/561, 1976.

2. Блок емкостной, Объектовое оборудование охраннопожарной сигнализации. "Комплекс-СК", Техническое описание и инструкция по эксплуатации.

ДВ 3.063.000ТО (прототип).

972539

Составитель А. Сидоренко

Техред M.Íàäü Корректор 9. Макаренко

Редактор Н. Рогулич

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 8521/43 Тираж 642 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113й35, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5