Устройство для оповещения о паводке или селе

 

Изобретение относится к сигнальной аппаратуре, предупреждающей население об опасности стихийного бедствия. Цель изобретения повышение надежности путем передачи и приема на пункте оповещения данных о географических координатах возникновения паводка или селя. Устройство содержит радиопередатчик, мультивибратор, первый, второй и третий датчики уровня, первый, второй и третий чувствительные элементы, первое, второе и третье реле, первые, вторые, третьи и четвертые контакты, четвертое реле, резистор, первый, второй и третий источники питания, генератор модулирующего кода, задающий генератор, телеграфный ключ, фазовый манипулятор, усилитель мощности, передающую антенну, радиоприемник, приемную антенну, смеситель, блок поиска, гетеродин, усилитель промежуточной частоты, обнаружитель, первый и второй измерители ширины спектра, удвоитель частоты, блок сравнения, пороговый блок, первый ключ, линию задержки, звуковой сигнализатор, делитель частоты на два, узкополосный фильтр, фазовый детектор, блок регистрации, второй ключ и измеритель частоты. 2 ил.

Изобретение относится к сигнальной аппаратуре, предупреждающей население об опасности стихийного бедствия.

Известны устройства для оповещения о паводке или селе [1] Из известных устройств наиболее близким к предлагаемому является устройство для оповещения о паводке или селе [2] Оно формирует сигнал тревоги о возникновении паводка или селя, который передается по радиоканалу на приемный пункт оповещения. Причем на пункте оповещения редких звуковых сигналов примерно через интервал в 10 с сигнализирует о начале паводка и достижении уровня в створе первого расчетного значения. Прием частых звуковых сигналов, следующих друг за другом примерно через интервал в 1 с, сигнализирует о достижении уровня паводка в створе второго расчетного значения. Прием непрерывного звукового сигнала предупреждает о катастрофе. Однако известное устройство не позволяет передавать на пункт оповещения данные о географических координатах возникновения паводка, что снижает надежность оповещения населения о грозном стихийном бедствии.

Целью изобретения является повышение надежности путем передачи и приема на пункте оповещения данных о географических координатах возникновения паводка или селя.

Достигается это тем, что устройство снабжено генератором модулирующего кода, фазовым манипулятором и радиоприемником, состоящим из последовательно включенных приемной антенны, смесителя, второй вход которого через последовательно включенные блок поиска и гетеродин соединен с выходом порогового блока, усилителя промежуточной частоты, удвоителя частоты, второго измерителя ширины спектра, блока сравнения, второй вход которого через первый измеритель ширины спектра соединен с выходом усилителя промежуточной частоты, порогового блока, первого ключа, второй вход которого соединен с выходом усилителя промежуточной частоты, фазового детектора, второй вход которого через последовательно включенные делитель частоты на два и узкополосный фильтр соединен с выходом удвоителя частоты, и блока регистрации, последовательно подключенных к выходу гетеродина, второго ключа, второй вход которого соединен с выходом порогового блока, и измерителя частоты, к выходу порогового блока подключен звуковой сигнализатор, причем между выходом телеграфного ключа и входом усилителя мощности включен фазовый манипулятор, второй вход которого соединен с выходом генератора модулирующего кода, радиоприемник размещен на пункте оповещения.

На фиг. 1 представлена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг.2 а-ж временные диаграммы, поясняющие принцип работы устройства.

Устройство для оповещения о паводке или селе содержит радиопередатчик 1, мультивибратор 2, первый 3, второй 4 и третий 5 датчики уровня с первым 6, вторым 7 и третьим 8 чувствительными элементами, первое 9, второе 10 и третье 11 реле, первые 12, вторые 13, третьи 14, четвертые 15 и пятые 17 нормально открытые контакты, выходное реле 16 мультивибратора 2, резистор 18, первый 19, второй 20 и третий 21 источники питания, задающий генератор 22, генератор 23 модулирующего кода, фазовый манипулятор 24, усилитель 25 мощности, передающую антенну 26, радиоприемник 27, приемную антенну 28, смеситель 29, блок 30 поиска, гетеродин 31, усилитель 32 промежуточной частоты, обнаружитель 33, первый 34 и второй 36 измерители ширины спектра, удвоитель 35 частоты, блок 37 сравнения, пороговый блок 38, ключ 39, линия задержки 40, звуковой сигнализатор 41, делитель 42 частоты на два, узкополосный фильтр 43, фазовый детектор 44, блок 45 регистрации, второй ключ 46 и измеритель 47 частоты, телеграфный ключ 48. Причем к выходу задающего генеpатора 22 последовательно подключены телеграфный ключ 48, фазовый манипулятор 24, второй вход которого соединен с выходом генератора 23 модулирующего кода, усилитель 25 мощности и передающая антенна 26. Параллельно телеграфному ключу 48 включены нормально-открытые контакты 14 и 17. Источник 20 питания подключен к радиопередатчику 1 и мультивибратору 2 через нормально открытые контакты 12. Источник 19 питания подключен к радиопередатчику 1 и мультивибратору 2 через нормально открытые контакты 15. Параллельно резистору 18 подключены нормально открытые контакты 13. К источнику 21 питания подключены датчики 3, 4 и 5 уровня, каждый из которых состоит из последовательно включенных реле 9 (10, 11) и чувствительного элемента 6 (7, 8). K приемной антенне 28 последовательно подключены смеситель 29, второй вход которого через гетеродин 31 соединен с выходом блока 30 поиска, усилитель 32 промежуточной частоты, удвоитель 35 частоты, измеритель 36 ширины спектра, блок 37 сравнения, второй вход которого соединен через измеритель 34 ширины спектра с выходом усилителя 32 промежуточной частоты, пороговый блок 38, второй вход которого через линию задержки 40 соединен с выходом ключа 39, второй вход которого соединен с выходом усилителя 32 промежуточной частоты, фазовый детектор 44, второй вход которого через последовательно включенные делитель 42 частоты на два и узкополосный фильтр 43 соединен с выходом удвоителя 35 частоты, и блок 45 регистрации. К выходу порогового блока 38 подключен звуковой сигнализатор 41. К выходу гетеродина 31 последовательно подключены ключ 46, второй вход которого соединен с выходом порогового блока 38, и измеритель 47 частоты.

Принцип оповещения о паводке или селе основан на использовании сложного фазоманипулированного (ФМн) сигнала, который излучается радиопередатчиком, принимается и селектируется радиоприемником, детектируется и используется для включения звукового сигнализатора. Причем характер звуковых сигналов свидетельствует об уровне паводка или селя, а зарегистрированный код свидетельствует о географических координатах возникновения паводка или селя. При этом радиопередатчики устанавливаются в паводко- опасных и селеопасных районах, а радиоприемник на пункте оповещения. Использование сложного ФМн-сигнала позволяет применять новый вид селекции структурную селекцию, которая обеспечивает более высокую помехоустойчивость и надежность выделения указанного сигнала среди других сигналов и помех, действующих в той же полосе частот и в те же промежутки времени.

Устройство работает следующим образом. При заполнении чувствительного элемента 6 датчика 3 уровня водой цепь реле 9 замыкается на землю, реле 9 срабатывает и замыкает контакты 12, через которые питание подается на радиопередатчик 1 и мультивибратор 2. При этом мультивибратор 2 работает в несимметричном режиме. Контакты 17 реле 16 мультивибратора 2 периодически через равные промежутки времени, например, 10 с замыкают цепь телеграфного ключа 23₂, радиопередатчика 1 который и посылает в пространство радиосигналы через тот же интервал времени.

После включения радиопередатчика 1 высокочастотное колебание (фиг.2а) u₁(t) U_c ˙cos(ω_ct+ϕ_c),0≅t≅ T_c, где U_c, ω_c,ϕ_c амплитуда, несущая частота и начальная фаза высокочастотного колебания; с выхода задающего генератора 22 через телеграфный ключ 48 поступает на первый вход фазового манипулятора 24, на второй вход которого подается модулирующий код М(t) (фиг.2б) с выхода генератора 23 модулирующего кода. В результате фазовой манипуляции на выходе фазового манипулятора 24 образуется фазоманипулированный (ФМн) сигнал (фиг. 2в) u₂(t) U_c ˙cos[ω_ct+ϕ_к(t)+ϕ_c] 0 ≅t≅ Т_с, где ϕ_к(t)=0, π} -манипулируемая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с модулирующим кодом М(t), причем ϕ_к (t) const при К τ_э < t < (K + 1) τ_э и может изменяться скачком при t= K τ_э т.е. на границах между элементарными посылками (К=0,1,2,N-1); τ_n, N длительность и количество элементарных посылок, из которых составлен сигнал длительностью Т_с (Т_с N ˙τ_э). Этот сигнал после усиления в усилителе 25 мощности излучается передающей антенной 26 в эфир.

ФМн сигнал u₂(t) улавливается приемной антенной 28 и поступает на первый вход смесителя 29, на второй вход которого подается напряжение линейно-изменяющейся частоты гетеродина 31 u_г(t) U_г ˙cos(ω_гt+πγt²+ϕ_г), 0 ≅t≅ T_п, где U_г, ω_г,ϕ_г амплитуда, начальная частота и начальная фаза напряжения гетеродина; γ скорость изменения частоты гетеродина (скорость перестройки); D_f диапазон просматриваемых частот;
Т_п период перестройки. На выходе смесителя 29 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 32 выделяется напряжение промежуточной частоты
u_пр1(t) U_пр ˙cos[ω_прt+ϕ_к(t)-
-πγt²+ϕ_пр] 0 ≅t≅ T_c, где U_пр= K₁U_cU_г,
К₁ коэффициент передачи смесителя;
ω_пр=ω_c-ω_г промежуточная частота;
ϕ_пр= ϕ_c-ϕ_г; которое поступает на вход обнаружителя 33, состоящего из измерителей 34 и 36 ширины спектра, удвоителя 35 частоты, блока 37 сравнения, порогового блока 38 и ключа 39.

На выходе удвоителя 35 частоты образуется напряжение
u₃ (t) U_пр ˙cos(2ω_прt-2πγt²+
+2ϕ_пр),0≅t≅T_c. Так как 2 ϕ_к (t)0, 2 π} то в указанном напряжении манипуляция фазы уже отсутствует.

Ширина спектра Δ f₂ второй гармоники определяется длительностью Т_с сигнала Δf₂ , тогда как ширина спектра Δ f_c ФМн-сигнала определяется длительностью τ_э его элементарных посылок (Δ f_c Δf_c ), т.е. ширина спектра Δ f₂ второй гармоники сигнала в N раз меньше ширины спектра Δ f_c входного сигнала:
≈ N Следовательно, при удвоении частоты ФМн-сигнала его спектр "сворачивается" в N раз. Это и позволяет обнаружить ФМн-сигнал среди шумов даже тогда, когда его мощность на выходе радиоприемника 27 меньше мощности шумов.

Ширина спектра Δ f_c входного ФМн-сигнала измеряется с помощью измерителя 34, а ширина спектра Δ f₂ второй гармоники сигнала измеряется с помощью измерителя 36. Напряжение U₁ и U₂, пропорциональные Δ f_c и Δ f₂ соответственно, с выходов измерителей 34 и 36 ширины спектра поступают на два входа блока 37 сравнения. Так как U₁ >> U₂ то на выходе блока 37 сравнения образуется положительное напряжение, которое превышает пороговый уровень U_пор в пороговом блоке 38. Пороговое напряжение U_пор выбирается таким, чтобы его не превышали случайные помехи. При превышении порогового уровня U_пор в пороговом блоке 38 формируется постоянное напряжение, которое поступает на управляющий вход блока 30 поиска, выключая его, на вход линии 40 задержки, на вход звукового сигнализатора 41 и на управляющие входы ключей 39 и 46, открывая их. Ключи 39 и 46 в исходном состоянии всегда закрыты.

С этого момента времени процесс поиска ФМн-сигналов в заданном диапазоне частот D_f прекращается на время анализа и регистрации обнаруженного ФМн-сигнала, которое определяется временем задержки τ_злинии задержки 40. При этом звуковой сигнализатор 41 подает звуковые сигналы с интервалом в 10 сек (Т_и 10 с), что свидетельствует о начале паводка и достижении уровня в створе первого расчетного значения.

Блок 30 поиска служит для "просмотра" заданного диапазона частот D_fи поиcка в нем ФМн-сигналов, соответствующих определенным паводкоопасным и селеопасным районам. В качестве блока 30 поиска может быть использован генератор пилообразного напряжения.

При прекращении перестройки гетеродина 31 усилителем 32 промежуточной частоты выделяется следующее напряжение (фиг.2г).

u_пр2 (t) U_пр ˙cos[ω_прt+ϕ_к(t)+ϕ_пр]
0 ≅t≅ T_c, которое через открытый ключ 39 поступает на первый вход фазового детектора 44.

На выходе удвоителя 35 частоты в этом случае образуется гармоническое напряжение (фиг.2д)
u₄ (t) U_пр ˙cos(2ω_прt+2ϕ_пр),
0 ≅t≅ T_c; которое поступает на вход делителя 42 частоты на два, и на выходе которого образуется гармоническое напряжение (фиг.2е)
u₅ (t) U_пр ˙cos(ω_прt+ϕ_пр), 0 ≅t≅ T_c. Это напряжение выделяется узкополосным фильтром 43, используется в качестве опорного и поступает на второй вход фазового детектора 44, на выходе которого образуется напряжение (фиг. 2ж)
u_н (t) U_н ˙cosϕ_к (t), 0 ≅t≅ T_c, где U_н K₂·U²_пр
К₂ коэффициент передачи фазового детектора; соответствующее по форме модулирующему коду М(t) (фиг.2б). Указанное напряжение регистрируется блоком 45 регистрации. Данное напряжение содержит в цифровой форме данные о географических координатах, где возник паводок или сель.

Одновременно напряжение гетеродина 31 через открытый ключ 46 поступает на вход измерителя 47 частоты, где измеряется частота радиодатчика, установленного в месте образования паводка или селя.

Для повышения достоверности приема сложного ФМн-сигнала последний дублируется несколько раз с интервалом в 10 секунд (Т_п 10 с). Это обеспечивается соответствующим выбором времени задержки τ_з линии задержки 40. По истечении этого времени напряжение с выхода линии задержки 40 поступает на вход сброса порогового блока 38 и сбрасывает его содержимое на нулевое значение. При этом звуковой сигнализатор 41 прекращает свою работу, а ключи 39 и 46 закрываются, т. е. переводятся в свое исходное состояние. С этого момента времени процесс просмотра заданного диапазона частот D_f и поиск ФМн-сигналов продолжается. При попадании очередного ФМн-сигнала в полосу пропускания Δ f_прадиоприемника 27 работа устройства происходит аналогичным образом.

При дальнейшем поднятии воды в створе и заполнении чувствительного элемента 7 датчика 4 уровня срабатывает реле 10 и его контакты 13 замыкаются и включают в схему мультивибратора 2 резистор 18. Включение резистора 18 в схему мультивибратора 2 переводит его работу в симметричный режим, реле 16 мультивибратора 2 срабатывает через равные интервалы времени, например в 1 секунду, и его контакты 17 замыкают цепь телеграфного ключа 48 радиопередатчика 1 через тот же интервал времени (Т_и 1 с).

При достижении уровня паводка или селя третьего значения заталивается чувствительный элемент 8 датчика 5, реле 11 срабатывает, его контактная пара 14 закрывает цепь телеграфного ключа 48 радиопередатчика 1, а контактная пара 15 подключает к аппарату резервный источник 19 питания. При замкнутой накоротко цепи телеграфного ключа радиопередатчик 1 посылает в пространство непрерывный звуковой сигнал.

При спаде уровня воды или селя звуковые сигналы будут передаваться радиопередатчиком 1 в обратном порядке.

Таким образом, предлагаемое устройство по сравнению с прототипом обеспечивает передачу на пункт оповещения не только звуковых сигналов, по характеру которых судят об уровне паводка или селя, но и данные о географических их координатах возникновения паводка или селя, чем повышается надежность оповещения населения о грозном стихийном бедствии. Это достигается использованием сложного фазоманипулированного (ФМн) сигнала, который излучается радиопередатчиком, принимается и селектируется радиоприемником, детектируется и используется для определения географических координат места возникновения паводка или селя. При этом радиопередатчики устанавливаются в паводкоопасных и селеопасных районах, а радиоприемник устанавливается на пункте оповещения.

Использование сложного ФМн-сигнала позволяет применять новый вид селекции структурную селекцию, которая обеспечивает более высокую помехоустойчивость и надежность выделения указанного сигнала среди других сигналов и помех, действующих в той же полосе частот и в те же промежутки времени.

Признаками определения географических координат возникновения паводка или селя служат частота и цифровой код, передаваемый с помощью ФМн-сигнала.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПОВЕЩЕНИЯ О ПАВОДКЕ ИЛИ СЕЛЕ, содержащее три датчика уровня, в каждом из которых чувствительный элемент подключен к одному выводу реле, другие выводы реле объединены и подключены к первому источнику питания, мультивибратор, выход которого подключен к радиопередатчику, подключенному к второму источнику питания через замыкающий контакт реле первого датчика уровня, замыкающий контакт реле второго датчика уровня включен последовательно с резистором в одно из плеч мультивибратора, замыкающие контакты реле третьего датчика уровня подключены соответственно в цепь телеграфного ключа радиопередатчика и третьего источника питания, замыкающие контакты реле мультивибратора подключены параллельно замыкающему контакту реле третьего датчика уровня и телеграфному ключу радиопередатчика, отличающееся тем, что в него введены генератор модулирующего кода, фазовый манипулятор, усилитель мощности, задающий генератор и радиоприемник, состоящий из последовательно соединенных приемной антенны, смесителя, второй вход которого через последовательно соединенные гетеродин и блок поиска подключен к выходу порогового блока, который соединен с одними из входов первого и второго ключей, выход второго ключа соединен с входом измерителя частоты, другой вход второго ключа соединен с выходом гетеродина, выход смесителя подключен через усилитель промежуточной частоты к входам первого измерителя ширины спектра, удвоителя частоты и другому входу первого ключа, выход первого измерителя ширины спектра через блок сравнения подключен к входу порогового блока, второй вход которого соединен с выходом линии задержки, вход которой и вход звукового сигнализатора соединены с выходом порогового блока, выход первого ключа соединен с первым входом фазового детектора, выход которого подключен к блоку регистрации, выход удвоителя частоты через второй измеритель ширины спектра соединен с вторым входом блока сравнения и через делитель частоты на два с входом узкополосного фильтра, выход которого подключен к второму входу фазового детектора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2