Сейсмоакустический обнаружитель

 

Изобретение относится к системам тревожной сигнализации и может быть использовано для охраны помещений, автомашин, блокирования участков ограждений. Цель изобретения - повышение помехоустойчивости и скрытности, снижение энергопотребления и расширение области использования. Для этого в устройство, содержащее акустический микрофон 1 и сейсмоприемник 2, подключенные к соответствующим усилителям 3 и 4, передатчик 14 с антеной и источник 13 питания, введены блок 5 логической обработки, блок 11 сопряжения, связанный двухпроводной линией связи с пультом 12 контроля и управления, к входу которого подключен источник 13 питания, а к выходу - передатчик 14. Причем блок 5 логической обработки выполнен в виде двух пороговых устройств 6 и 7, селектора 8 шаговых импульсов, формирователя 9 времени анализа и счетчика 10 импульсов. Обнаружитель может использоваться в двух вариантах: с передачей информации по радиоканалу и по проводному каналу и только по проводному каналу. В обоих вариантах использования обнаружителя питание на основные энергоемкие блоки подается только при наличии сигнала "Тревога", что более чем на порядок снижает энергопотребление. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к системам тревожной сигнализации и может быть использовано для охраны помещений, автомашин, блокирования участков ограждений.

Известно устройство скрытого радиосейсмодатчика, описанное в патенте США N 3480942, кл. G 08 B 21/00, 1969. В нем используются обнаружитель сейсмического принципа действия (сейсмоприемник), усилитель, соединенный с выходом сейсмоприемника, маломощный телеметрический передатчик непрерывного излучения, антенна, соединенная с выходом радиопередатчика, процессор для преобразования сейсмосигналов в легко интерпретируемые радиосигналы и источник постоянного тока. Устройство решает задачу обнаружения людей и техники в контролируемой зоне.

Недостатками такого радиосейсмодатчика являются низкая помехоустойчивость из-за того, что он реагирует только на сейсмические сигналы, возникающие в земле, и не воспринимает акустические сигналы, в которых содержится дополнительная информация об обнаруживаемом объекте, а также непрерывная работа телеметрического передатчика в эфире, что приводит к большому энергопотреблению и демаскирует работу устройства.

Наиболее близким по техническому решению к предлагаемому изобретению является устройство сейсмоакустического обнаружителя, содержащее два чувствительных элемента (акустический микрофон и сейсмоприемник), два усилителя (акустического и сейсмического каналов), мультиплексор, передатчик с антенной и источник питания.

Сейсмические и акустические колебания преобразуются двумя чувствительными элементами, усиливаются и подаются на два входа мультиплексора, который поочередно подключает выходы усилителей к входу передатчика. С выхода передатчика через антенну информация передается о сейсмоакустической обстановке в контролируемой зоне в приемник.

Недостатками данного устройства являются низкая помехоустойчивость, так как решение о наличии обнаруживаемого объекта в охраняемой зоне принимается по сигналу, дополнительно зашумленному при прохождении через радиоканал, большое энергопотребление из-за непрерывной работы передатчика в эфире, что одновременно снижает скрытность работы, и ограниченная возможность использования, связанная с тем, что по своему конструктивному решению устройство может быть установлено только на земле или в воде и не может быть использовано для охраны помещений, автомашин, блокирования ограждений и т.п.

Целью изобретения является повышение помехоустойчивости и скрытности, снижение энергопотребления и расширение области использования.

Для этого в устройство, содержащее акустический микрофон и сейсмоприемник, подключенные к соответствующим усилителям, передатчик с антенной и источник питания, введены блок логической обработки, блок сопряжения, связанный двухпроводной линией связи с пультом контроля и управления, к входу которого подключен источник питания, а к выходу - передатчик. Причем блок логической обработки выполнен в виде двух пороговых устройств, одно из которых подключено к выходу усилителя акустического канала и к входу селектора шаговых импульсов, подключенного к D-входу счетчика импульсов, а другое пороговое устройство подключено к выходу усилителя сейсмического канала, входу формирователя времени анализа и к входу С счетчика импульсов, выход формирователя времени анализа подключен к R-входу счетчика импульсов и к второму входу селектора шаговых импульсов, выход счетчика импульсов является выходом блока логической обработки.

Описанные отличительные признаки в построении схемного решения предлагаемого сейсмоакустического обнаружителя позволяют в блоке логической обработки производить анализ сигналов, поступающих с акустического микрофона и сейсмоприемника, он формирует на своем выходе сигнал, свидетельствующий о наличии или отсутствии человека в охраняемой зоне.

При наличии человека в охраняемой зоне устройство переходит из дежурного режима, когда человек отсутствует в охраняемой зоне и при котором обеспечивается минимальное потребление энергии по цепям питания, в режим "Тревога", при котором сигнал, передаваемый из блока сопряжения через двухпроводную линию на пульт контроля и управления сформирует звуковой и световой сигналы "Тревога", а также включит передатчик.

Таким образом, предлагаемое схемное решение обнаружителя обеспечивает два режима работы: 1. Дежурный режим охраны.

2. Режим "Тревога" может использоваться в двух вариантах: а) с передачей информации по радиоканалу и по проводному каналу двухпроводной линии связи; б) только по проводному каналу.

На фиг. 1 представлена структурная схема сейсмоакустического обнаружителя; на фиг. 2 - схема конкретного выполнения обнаружителя.

Сейсмоакустический обнаружитель (фиг. 1) содержит акустический микрофон 1, сейсмоприемник 2, два усилителя 3 и 4 акустического и сейсмического каналов соответственно, блок 5 логической обработки, включающий в себя два пороговых устройства 6 и 7 акустического и сейсмического каналов соответственно, селектор 8 шаговых импульсов, формирователь 9 времени анализа, счетчик 10 импульсов, блок 11 сопряжения, связанный через двухпроводной канал с пультом 12 контроля и управления, к входу которого подключен источник 13 питания, а к выходу - передатчик 14.

Пороговое устройство 6 акустического канала (фиг. 2) выполнено на элементах 15-20, а пороговое устройство 7 сейсмического канала - на элементах 21-26. Формирователь 9 времени анализа выполнен на триггере 27 и элементах 28-30, на элементах 31-34 - селектор 8 шаговых импульсов, на триггере 35 реализован счетчик 10 импульсов.

Блок 11 сопряжения выполнен на элементах 36-46, диодный мост 39, входящий в схему, защищает ее от переполюсовки питания, обеспечивая любую полярность подключения линии связи. Проводной канал 47 связи представляет собой двухпроводную линию.

Пульт 12 контроля и управления выполнен на элементах 48-73, включает в себя генератор 74 сигналов "Тревога", усилитель 75 мощности, динамик 76, выключатели 77 и 78 питания и звука.

Работа обнаружителя заключается в следующем.

1. В дежурном режиме охраны уровни сейсмического и акустического сигналов, воспринимаемых акустическим микрофоном 1 и сейсмическим приемником 2, на выходах соответствующих усилителей 3 и 4 не превышают своих пороговых значений.

При этом на выходах пороговых устройств 6 и 7 устанавливаются сигналы "1", которые поступают на вход триггера 27 формирователя 9 времени анализа, счетчик 10 импульсов, селектор 8 шаговых импульсов и на катод диода 33.

На выходах триггеров 27 и 35 формирователя 9 времени анализа и счетчика 10 импульсов установятся уровни "1", а на выходе Q триггера 27 и входе D триггера 35- "0". При уровне "1" на входе блока 11 сопряжения все последующие части схемы нахо- дятся в дежурном режиме работы. Акустические сигналы с выхода усилителя 3 поступают через разделительный конденсатор 44 на первичную обмотку 41 трансформатора 40. С вторичных обмоток 42 и 43 трансформатора 40 акустический сигнал поступает через двухпроводную линию 47 связи на пульт 12 контроля и управления, входной частью которого являются первичные обмотки 49 и 50 трансформатора 48.

Постоянное напряжение с источника 13 питания через выключатель 77 питания, переход эмиттер-база транзистора 59, резисторы 58 и 53, обмотки 49 и 42, диодный мост 39, обмотки 43 и 50 последовательно поcтупает на все узлы обнаружителя.

Ток потребления в дежурном режиме не превышает заданного значения (1 мА), а падение напряжения на резисторе 53 меньше порога открывания транзистора 55 (0,6 В), поэтому он будет закрыт.

На входе инвертора 57 установится "0", на выходе - "1", на входах элемента И-НЕ 64 - "1", на выходе - "0". Транзисторные ключи 66 и 67 будут закрыты, питание на усилитель 75 мощности через ключ 66 подаваться не будет и индикатор "Тревога" 71 погашен. "0" на входе генератора 74 сигнал "Тревога" приведет к его блокировке, и на выходе установится "0", поступающий на первый вход усилителя 75 мощности. На второй вход усилителя 75 мощности поступает акустический сигнал с трансформатора 48 через вторичную обмотку 51 и регулятор 52 громкости звука.

При отсутствии питания с ключа 66 на усилитель 75 мощности акустические сигналы и сигнал "Тревога" в динамике 76 прослушиваться не будут.

2. Появление в охраняемой зоне человека (режим "Тревога") приводит к возникновению сейсмического сигнала, восприни- маемого сейсмоприемником 2. Уровень сигнала на выходе усилителя 4 при этом превысит пороговое значение U_n2, и на выходе порогового устройства 7 сейсмического канала появятся импульсы от каждого шага человека.

При наличии в сигнале более чем N импульсов, следующих с периодом Т, превышающим временной интервал Т_мин, и поступающих за время, меньшее времени анализа Т_а (Т_а>NT), на выходе блока 5 логической обработки сформируется сигнал "Тревога".

По первому сигналу, превышающему U_n2, включается формирователь 9 времени анализа, и на выходах и Q триггера 27 установятся соответственно уровни "0" и "1", включающие триггер 35 по входу R.

Длительность времени анализа Т_а определяется параметрами элементов 28 и 30 формирователя 9, с выхода Q триггера 27 которого сигнал "1" поступает на вход селектора 8 шаговых импульсов и через заданное время, определяемое параметрами элементов 32 и 34, на входе D триггера 35 устанавливается сигнал разрешения счета.

Если период между поступающими импульсами Т находится внутри временного интервала Т_мин-Т_макс= Т_а/N - это сигнал от воздействия человека, если вне его преде-лов - это помеховый сигнал (например, от транспорта, ударов по земле и т. п.). Помеховые сигналы могут быть вызваны акустическими шумами (от самолетов, ветра и т.п.). Однако при этом происходит срабатывание порогового устройства 6 акустического канала, на коллекторе транзистора 16 установится сигнал "0", поступающий на второй вход селектора 8 шаговых импульсов через диод 33. Это приведет к формированию сигнала запрета счета по входу D триггера 35, что снижает вероятность ложных срабатываний от помех.

Если за время анализа на вход С триггера 35 поступит более двух импульсов (при N= 2) с заданным временным интервалом, и при этом отсутствует сигнал запрета с выхода селектора 8 и с выхода порогового устройства 6, то на выходе триггера 35 сформируется сигнал "0", соответствующий сигналу "Тревога". Этот сигнал откроет один из диодов - 37 или 38 в зависимости от полярности подключения линии связи, это вызовет увеличение тока потребления в 2 раза в течение нескольких секунд. Трансформатор 40 сформирует симметричный сигнал в двухпроводной линии 47, поступающий на пульт 12 контроля и управления.

При поступлении на пульт 12 сигнала "Тревога" с первичных обмоток 49 и 50 трансформатора 48 на резисторе 53 увеличится падение напряжения. Это приведет к открыванию транзистора 55, при этом на его коллекторе кратковременно установится сигнал "1". На выходе инвертора 57 установится "0", на выходе элемента И-НЕ 64 - "1" длительностью, определяемой параметрами элементов 62 и 63. Поступающий с выхода И-НЕ 64 сигнал "1" включит генератор 74, на вход усилителя 75 мощности поступят сигналы "Тревога", откроются ключи 66 и 67, загорится светодиод 71 и включится динамик 76.

Необходимый уровень прослушивания сигналов акустической обстановки устанавливается регулятором 52 громкости.

По окончании импульса "1" на выходе элемента И-НЕ 64 закроются ключи 66 и 67, выключится генератор 74 сигналов "Тревога", отключится питание усилителя 75 мощности, и погаснет светодиод 71 "Тревога". Устройство автоматически перейдет в дежурный режим охраны.

Сигнал "Тревога" также сформируется при обрыве линии 47 связи, в этом случае закроется транзистор 59 и на обоих входах элемента И-НЕ 64 установятся "0", а на выходе - "1".

Аналогично при коротком замыкании (вследствие повышения тока), увеличится падение напряжения на резисторе 53, откроется транзистор 55, на коллекторе которого установится кратковременно "1", которая сформирует на выходе элемента И-НЕ 64 импульс "1".

В дежурном режиме охраны в любой момент времени выключателем 78 "Звук" можно включить прослушивание акустической обстановки на объекте охраны. Постоянное включение питания через выключатель 78 усилителя 75 мощности вызовет быструю разрядку источника 13 питания и прекращение работы устройства.

При необходимости организации передачи информации на большие расстояния (более 1 км) в устройстве предусмотрена возможность работы через радиоканал. Однако в дежурном режиме питание на передатчик 14 не будет подаваться. Передатчик 14 включается только при переходе устройства в режим "Тревога".

В качестве передатчика 14 могут быть использованы общеизвестные передатчики отечественного производства такие, как "Ангстрем-ОА", "Айва-А" или японского - "AR-280".

Таким образом, в обоих вариантах использования предлагаемого устройства питание на основные энергоемкие блоки (например передатчик 14, усилитель 75 мощности) подается не постоянно, а только при наличии сигнала "Тревога", что более чем на порядок снижает энергопотребление, увеличивает время непрерывной работоспособности обнаружителя и повышает скрытность работы сейсмоакустического обнаружителя.

Формула изобретения

1. СЕЙСМОАКУСТИЧЕСКИЙ ОБНАРУЖИТЕЛЬ, содержащий акустический микрофон, подключенный к входу усилителя акустического канала, и сейсмоприемник, подключенный к входу усилителя сейсмического канала, источник питания и передатчик, отличающийся тем, что в обнаружитель введены блок логической обработки, блок сопряжения и пульт контроля и управления, причем блок логической обработки выполнен в виде двух пороговых устройств, вход одного из которых подключен к выходу усилителя акустического канала, а выход - к первому входу селектора шаговых импульсов, выход которого подключен к D-входу счетчика, вход другого порогового устройства подключен к выходу усилителя сейсмического канала, выход другого порогового устройства подключен к входу формирователя времени анализа и к входу C-счетчика импульсов, выход формирователя времени анализа подключен к R-входу счетчика импульсов и второму входу селектора шаговых импульсов, причем выходы счетчика импульсов и усилителя акустического канала подключены к соответствующими входам блока сопряжения, выход питания которого подключен к входам питания усилителей акустического и сейсмического каналов и блока логической обработки, выход блока сопряжения через двухпроводную линию связи соединен с пультом контроля и управления, к входу которого подключен источник питания, а к выходу - передатчик.

2. Обнаружитель по п.1, отличающийся тем, что блок сопряжения выполнен в виде диодного моста, к одной из диагоналей которого подключены первые выводы двух вторичных обмоток трансформатора и в эти же точки - соответственно аноды двух диодов, катоды которых объединены и подключены к входному резистору, который является первым входом блока сопряжения, между анодами диодов включен конденсатор, первичная обмотка трансформатора является вторым входом блока сопряжения, а вторые выводы вторичных обмоток трансформатора являются выходом блока сопряжения, выводы второй диагонали моста предназначены для питания блока логической обработки и усилителей акустического и сейсмического каналов.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2