Устройство охранной сигнализации

 

Устройство относится к акустическим средствам охранной сигнализации, срабатывающим при изменении объема охраняемого пространства и может использоваться для охраны жилых и нежилых помещений, салонов транспортных средств. Устройство содержит чувствительный элемент, например микрофон, фильтр нижних частот, усилитель звуковой частоты, делитель напряжения, состоящий из последовательно соединенных первого и второго регулируемого резисторов, компаратор, интегрирующую цепь, триггер Шмитта, инвертор и цепь отрицательной обратной связи. Чувствительный элемент через последовательно соединенные фильтр нижних частот и усилитель звуковой частоты подключен к первому входу компаратора и к делителю напряжения, включенному между выходом усилителя звуковой частоты и общей шиной. Выход компаратора через последовательно соединенные интегрирующую цепь, триггер Шмитта и инвертор подключен к входу цепи отрицательной обратной связи. Второй вход компаратора подключен к отводу второго регулируемого резистора делителя напряжения и к выходу цепи отрицательной обратной связи. Выходной сигнал инвертора является выходным сигналом устройства. Решение расширяет функциональные возможности устройства за счет повышения его чувствительности, что позволяет охранять помещения с закрытыми внутренними дверями, и повышения избирательности отбраковки электрического сигнала по амплитуде, что позволяет исключать срабатывание устройства, в случае нахождения в контролируемом объеме животных и людей при использовании последними подсобных помещений. 2 ил.

Устройство относится к акустическим средствам охранной сигнализации, а именно к устройствам сигнализации, срабатывающим при изменении объема охраняемого пространства. Такими устройствами могут охраняться как жилые помещения квартиры, офисы, дачные дома, так и нежилые, например склады, а также транспортные средства салоны и фургоны автомобилей, железнодорожные вагоны. Кроме того, устройство может применяться для охраны стендов выставок.

Известны устройства охранной сигнализации, действие которых основано на регистрации колебаний инфразвуковых частот, возникающих вследствие увеличения охраняемого объема.

Так устройство ( заявка PCT N 90/11586, кл. G 08 B 13/16, 1991 )содержит чувствительный элемент датчик давления или микрофон, фильтр нижних частот и усилитель звуковой частоты, выход которого подключен к узлу тревоги триггерного типа.

При изменении объема контролируемого помещения возникающие колебания воздуха преобразуются чувствительным элементом в электрический сигнал, который отфильтровывается, усиливается и приводит к срабатыванию узла тревоги.

К недостаткам этого устройства следует отнести возможность ложных срабатываний от источников шумов, сейсмических явлений, а также невозможность охранять помещения с находящимися в них людьми и животными из-за создаваемых ими акустических помех.

Наиболее близким аналогом к патентуемому можно считать устройство охранной сигнализации ( заявка GB N 2231660A, кл. G 08 B 13/20, 1990), содержащее чувствительный элемент для преобразования колебаний воздуха в электрический сигнал, фильтр нижних частот с полосой пропускания 10 Гц, усилитель звуковой частоты, компаратор и цепь отрицательной обратной связи.

В этом устройстве электрический сигнал после чувствительного элемента отфильтровывается, усиливается, сравнивается с опорным напряжением в компараторе и поступает в цепь отрицательной обратной связи, изменяя значение опорного напряжения. В том случае, когда поступает сигнал определенной амплитуды и заданного диапазона частот, он будет продетектирован и приведет в действие узел тревоги. В устройстве предусматривается постоянная регулировка уровня опорного напряжения в целях согласования его с уровнем создаваемого фона шума.

Вместе с тем фильтрация сигнала в широком диапазоне частот и, следовательно, высокий уровень создаваемого фона шума не позволяет реализовать высокую чувствительность устройства, необходимую для охраны помещений, в которых закрыты внутренние двери. С другой стороны, предложенный способ согласования опорного напряжения с уровнем создаваемого фона шума не дает возможности использовать устройство для охраны помещений, в которых находятся люди и, следовательно, могут открываться двери в подсобные помещения, не вызывая тем самым срабатывания устройства.

Решение направлено на создание устройства охранной сигнализации с расширенными функциональными возможностями, позволяющими охранять помещения, в которых могут находиться животные и люди, причем использование последними подсобных помещений не приводит к срабатыванию устройства.

Технический результат, который обеспечивает устройство, состоит в повышении его чувствительности и избирательности благодаря особенностям обработки электрического сигнала по амплитуде и частоте.

Для достижения этого в устройство охранной сигнализации введены делитель напряжения, последовательно соединенные интегрирующая цепь, триггер Шмитта и инвертор, выход которого соединен с входом цепи отрицательной обратной связи, при этом делитель напряжения выполнен в виде последовательно соединенных первого и второго регулируемых резисторов и включен между выходом усилителя звуковой частоты и общей шиной, первый вход компаратора подключен к выходу усилителя звуковой частоты, второй вход компаратора подключен к отводу второго регулируемого резистора и к выходу цепи отрицательной обратной связи, выход компаратора подсоединен к входу интегрирующей цепи, а выход инвертора является выходом сигнала срабатывания устройства.

Решение основывается на следующих фактах: основные спектральные составляющие анализируемого процесса лежат в диапазоне 3-5 Гц; амплитуда спектральных составляющих шумов, таких как стуки, шаги, звуки разбирающейся посуды и т.п. в диапазоне 3-5 гц меньше амплитуды спектральных составляющих колебаний воздуха, вызванных открыванием дверей, окон, разбитием стекол в окнах; амплитуда колебаний воздуха тем больше, чем больше величина приращения объема, т.е. амплитуда колебаний воздуха, связанных с открыванием наружных дверей и окон больше амплитуды колебаний, вызванных открыванием внутренних дверей и мебели; инфразвуковые волны способны преодолевать такие преграды, как двери.

Сужение полосы пропускания сигнала до вышеуказанного диапазона позволяет поднять коэффициент усиления в полосе пропускания до 40 дб, что повышает чувствительность устройства, обеспечивая надежную охрану помещений с объемами до 450 м³ (если не предусматривается исключать срабатывание при пользовании подсобными помещениями, и внутри охраняемого пространства нет закрытых внутренних дверей).

Исключение срабатывания устройства при открывании-закрывании дверей подсобных помещений достигается особенностью обработки сигнала с помощью делителя напряжения и компаратора, заключающейся в том, что в компараторе амплитуда колебаний анализируемого сигнала сравнивается в пороговыми напряжениями, образованными из опорного, формируемого делителем напряжения. Компаратор срабатывает только в том случае, если амплитуда сигнала превышает значения порогов. Первый регулируемый резистор, изменяя сопротивление делителя напряжения, сужает диапазон регулирования значения опорного напряжения, вторым регулируемым резистором таким образом, чтобы исключить срабатывание устройства от шумов. Настройка второго регулируемого резистора позволяет изменить значение опорного напряжения так, чтобы устройство не реагировало на открывание дверей в подсобные помещения. Такое разделение регулировок дает возможность осуществлять настройку устройства пользователем.

Интегрирующая цепь, триггер Шмитта, инвертор и цепь отрицательной обратной связи, исключая на время, определенное постоянной времени интегрирующей цепи, срабатывание компаратора, обеспечивают надежную работу устройства, формируя выходные импульсы одинаковой длительности с крутыми фронтом и спадом. Постоянство длительности выходного сигнала устройства определяется постоянством времени разряда интегрирующей цепи и неизменностью величин порогов триггера Шмитта.

На фиг. 1 показана структурная схема патентуемого устройства; на фиг. 2 временные диаграммы, поясняющие работу устройства охранной сигнализации.

Устройство охранной сигнализации содержит чувствительный элемент 1 в виде микрофона для преобразования колебаний воздуха в электрический сигнал, который выполнен в виде микрофона, фильтр нижних частот 2, усилитель звуковой частоты 3, делитель напряжения 4, который выполнен в виде последовательно соединенных первого и второго регулируемых резисторов 5 и 6, компаратор 7, интегрирующую цепь 8, триггер Шмитта 9, инвертор 10 и цепь отрицательной обратной связи 11. Выход инвертора является выходом сигнала срабатывания устройства охранной сигнализации.

Устройство охранной сигнализации работает следующим образом.

Электрический сигнал чувствительного элемента 1 проходит через фильтр нижних частот 2 с частотой среза 5 Гц и усилитель звуковой частоты 3 с коэффициентом усиления 40 дб и нижней граничной частотой 3 Гц. Отфильтрованный и усиленный сигнал поступает на делитель напряжения 4, выполненный в виде последовательно соединенный первого регулируемого резистора 5 и второго регулируемого резистора 6 и включенный между выходом усилителя звуковой частоты и общей шиной, а также на первый вход компаратора 7. С отвода второго регулируемого резистора снимается опорное напряжение, подаваемое на второй вход компаратора. В отсутствии анализируемого сигнала напряжение на выходе усилителя и, соответственно, на первом входе компаратора равно половине напряжения питания (в дальнейшем при рассмотрении работы делителя напряжения и компаратора все величины напряжений рассматриваются относительно этого значения, так называемого "условного нуля"). Компаратор выполнен двухпороговым, верхний и нижний пороги формируются из опорного напряжения и одинаково смещены, соответственно, вверх и вниз относительно условного нуля на величину U_пор: U_в.пор. U_пор, U_н.пор. -U_пор, где U_в.пор. верхний порог компаратора, U_н.пор. нижний порог компаратора, что на временной диаграмме фиг. 2 соответствует участку 1.

При анализе поступившего сигнала (фиг. 2,а) мгновенное значение пороговых напряжений (фиг. 2,а) определяется выражениями
U_в.пор. U_пор U_c[2U_пор/U_п] U_н.пор. -U_в.пор.,
где
U_c мгновенное значение напряжения сигнала,
U_п напряжение питания, что на временной диаграмме ( фиг. 2 )соответствует участку 2.

Когда амплитуда мгновенного значения напряжения сигнала превысит амплитудное значение какого-либо из порогов (временная диаграмма фиг. 2, участок 3), выход компаратора становится активным (фиг. 2б), что обеспечивает заряд интегрирующей цепи 8 (фиг. 2,в). Когда напряжение на выходе интегрирующей цепи достигает порога включения триггера Шмитта 9, последний переходит в состояние "включен", его выходной сигнал (фиг. 2,г) через инвертор 10 (фиг. 2, д) и цепь отрицательной обратной связи 11 воздействует на пороги срабатывания компаратора так, что
U_в.пор. U_п/2, U_н.пор. -U_п/2,
при этом условие срабатывания компаратора не выполнимо при любой амплитуде анализируемого сигнала, выход компаратора становится неактивным, обеспечивая постоянство времени разряда интегрирующей цепи (временная диаграмма фиг. 2, участок 4). Когда напряжение на выходе интегрирующей цепи достигает порога выключения триггера Шмитта, последний переходит в состояние "выключен", его выходной сигнал через инвертор и цепь отрицательной обработки связи воздействует на пороги срабатывания компаратора, возвращая их к значениям, определенным формулой 2, устройство вновь готово к обработке сигнала (временная диаграмма фиг. 2, участок 5).

Сигнал с выхода инвертора 10 может подаваться на узел тревоги триггерного типа (на фиг. 1 не показан).

Достоинствами устройства являются высокая чувствительность, компактность, экологическая безопасность, возможность охранять помещения с закрытыми внутренними дверями и помещения с находящимися в них людьми и животными. Устройство обеспечивает надежную охрану помещения без установки традиционных средств охранной сигнализации, но при необходимости может применяться совместно с ними.

Формула изобретения

Устройство охранной сигнализации, содержащее последовательно соединенные чувствительный элемент для преобразования колебаний воздуха в электрический сигнал, фильтр нижних частот и усилитель звуковой частоты, компаратор и цепь отрицательной обратной связи, отличающееся тем, что в него введены делитель напряжения, последовательно соединенные интегрирующая цепь, триггер Шмитта и инвертор, выход которого соединен с входом цепи отрицательной обратной связи, при этом делитель напряжения выполнен в виде последовательно соединенных первого и второго регулирующих резисторов и включен между выходом усилителя звуковой частоты и общей шиной, первый вход компаратора подключен к выходу усилителя звуковой частоты, второй вход компаратора подключен к отводу второго регулируемого резистора и к выходу цепи отрицательной обратной связи, выход компаратора подсоединен к входу интегрирующей цепи, а выход инвертора является выходом сигнала срабатывания устройства охранной сигнализации.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2