Способ индикации разрушения пластин и оболочек из диэлектрических материалов

 

Изобретение относится к технике охранной сигнализации и может быть использовано в системах охранной сигнализации жилых, служебных помещений, автомобилей и др. объектов, имеющих в составе конструкции элементы из диэлектрических материалов, разрушение которых может привести к несанкционированному доступу внутрь охраняемого объекта. Предлагаемый способ может найти применение там, где необходима индикация разрушения сосудов из диэлектрических материалов, например в химической промышленности при оборудовании лабораторий и т.п. Задачей настоящего изобретения является разработка надежного и достоверного способа индикации разрушения, в частности пластин и оболочек из диэлектрических материалов, с возможностью применения его в технике охранной сигнализации. Поставленная задача решается предлагаемым способом индикации разрушения пластин и оболочек из диэлектрических материалов, основанном на регистрации электромагнитного излучения. Генерируемого материалом в диапазоне радиоволн, с последующей индикацией факта разрушения, при этом регистрацию электромагнитного излучения осуществляют на частотах толщинного резонанса пластин и оболочек на ультразвуковых сдвиговых и продольных колебаниях, возникающих при разрушении. Предложенный способ полностью отвечает всем требованиям, предъявляемым к способам охранной сигнализации, а именно использование способа позволит обеспечить максимальную вероятность обнаружения, минимальную среднюю частоту ложных тревог, минимальную уязвимость применяемых устройств.

Изобретение относится к технике охранной сигнализации и может быть использовано в системах охранной сигнализации жилых, служебных помещений, автомобилей и др. объектов, имеющих в составе конструкции элементы из диэлектрических материалов, разрушение которых может привести к несанкционированному доступу внутрь охраняемого объекта. Предлагаемый способ может найти применение там, где необходима индикация разрушения сосудов из диэлектрических материалов, например в химической промышленности при оборудовании лабораторий и т.п.

Поиск, проведенный по отечественным и зарубежным источникам информации, показал, что в технике известны различные способы индикации разрушения пластин и оболочек из диэлектрических материалов, причем в охранной сигнализации наиболее часто встречаются способы индикации разрушения стеклянных пластин.

Существующие способы индикации разрушения пластин и оболочек из диэлектрических материалов (в частности стеклянных) можно классифицировать: 1) по типу физических полей, измерение параметров которых используется для индикации оптические, инфракрасные, ультразвуковые, радиоволновые, акустические, магниторезистивные, электромагнитные, электрорезистивные; 2) по типу контакта с оконным остеклением контактные и бесконтактные; 3)по способу формирования физического поля активные и пассивные.

Наибольшее количество публикаций посвящено ультразвуковым активным и пассивным контактным способам (см, например, заявку Японии N 58-38836 по кл. G 08 B 13/00, заявку Японии N 57-35513 по кл. G 08 B 13/04). Для указанных способов характерны высокая помехоустойчивость и надежность, но это достигается ценой усложнения системы сигнализации в целом.

Большое число способов предполагают использование контактных электромагнитных датчиков (см. например, заявку ФРГ N 03.121.705 по кл. G 08 B 13/04). Эти способы основаны на регистрации вибрации остекления в момент его разрушения с помощью замыкания или размыкания контактов. Способы просты и надежны, однако их недостатком является низкая помехоустойчивость.

Предлагаемый способ построен на использовании эффекта электромагнитной эмиссии при разрушении диэлектриков. Этот эффект описан в литературе (см. журнал "Физика твердого тела" 1980, т.22, выпуск 5, стр. 1531-1533, "Журнал технической физики", 1984, т.54, выпуск 2, стр. 336-341). Однако из доступных заявителю источников информации неизвестно применение способов, основанных на указанном эффекте, в охранной сигнализации.

Поэтому за прототип выбран способ контроля процесса разрушения текстильных волокнистых материалов по а.с. N 1304561 по кл. G 01 N 33/36, 3/00 как наиболее близкий по совокупности существенных признаков к предлагаемому способу. Способ основан на деформации материала и регистрации электромагнитного излучения, генерируемого материалом в диапазоне радиоволн в виде частоты импульсов, при этом в процессе многоразовых циклических нагрузок определяют амплитудно-временные характеристики, а о динамике и степени разрушения материала судят по величине и скорости нарастания амплитуды во времени.

Недостатком данного способа является отсутствие надежного критерия, позволяющего определить и произвести индикацию момента начала разрушения материала, т.е. регистрируется широкий спектр частот при помощи относительно дорогого и сложного оборудования, из которого без соответствующей обработки, также представляющей некоторые сложности, невозможно выделить характеристики для надежной и достоверной индикации момента начала разрушения материала. Следовательно, этот способ невозможно использовать для надежной и достоверной индикации разрушения, в частности, пластин и оболочек из диэлектрических материалов, тем более применить в охранной сигнализации, где фундаментальными требованиями являются: максимальная вероятность обнаружения, минимальная средняя частота ложных тревог, минимальная уязвимость применяемых устройств.

Задачей настоящего изобретения является разработка надежного способа индикации разрушения, в частности, пластин и оболочек из диэлектрических материалов с возможностью применения его в технике охранной сигнализации.

Поставленная задача решается предлагаемым способом индикации разрушения пластин и оболочек из диэлектрических материалов, основанном на регистрации электромагнитного излучения, генерируемого материалом в диапазоне радиоволн, с последующей индикацией факта разрушения, при этом регистрацию электромагнитного излучения осуществляют на частотах толщинного резонанса пластин и оболочек на ультразвуковых сдвиговых и продольных колебаниях, возникающих при разрушении.

Сущность предлагаемого способа заключается в следующем. Проведенными исследованиями установлено, что при разрушении диэлектрический материал генерирует широкий спектр сигналов электромагнитной эмиссии, причем установлено что единственной характеристикой, которую можно использовать для последующей надежной и достоверной индикации факта разрушения пластины или оболочки (материала характеризуемого толщиной) являются сигналы электромагнитной эмиссии на частотах толщинного резонанса пластин и оболочек на ультразвуковых сдвиговых и продольных колебаниях, возникающих при разрушении. Частоты толщинного резонанса пластин и оболочек на сдвиговых и продольных колебаниях, возникающие при разрушении, строго индивидуальны для каждого материала и зависят от его толщины и физико-механических характеристик, то есть способ отвечает и второму требованию, предъявляемому к способам охранной сигнализации, а именно становится практически невозможной ложная индикация факта разрушения пластин и оболочек. Для регистрации этой характеристики нет необходимости использовать сложное оборудование, достаточно применения дипольной антенны, настроенной на соответствующую частоту, при этом антенна, устанавливаемая на некотором расстоянии от пластины (оболочки), может быть замаскирована, т.е. обеспечена минимальная уязвимость используемых в способе устройств.

Предложенный способ индикации пластин и оболочек из диэлектрических материалов отличается от способа, описанного в прототипе, тем, что регистрацию электромагнитного излучения осуществляют на частотах толщинного резонанса пластин и оболочек на ультразвуковых сдвиговых и продольных колебаниях, возникающих при разрушении. При всем многообразии способов, построенных на физическом эффекте электромагнитной эмиссии материалов, способа с такой совокупностью существенных признаков неизвестно, также неизвестно использование указанного эффекта в способах охранной сигнализации, что позволяет считать данное предложение обладающим новизной.

В результате реализации предлагаемого способа появляется возможность без применения сложной аппаратуры надежно и достоверно производить индикацию момента разрушения, в частности, пластин и оболочек из диэлектрических материалов, т.е. исчезает необходимость регистрации всего спектра сигналов электромагнитной эмиссии с последующей его обработкой. Необходимо регистрировать заранее определенный, характерный только для данного материала сигнал, а именно частоту толщинного резонанса на ультразвуковых сдвиговых и продольных колебаниях, возникающую при разрушении, после чего произвести индикацию любым известным способом. Это особенно важно для преимущественной области использования в технике охранной сигнализации. Как показано выше, предлагаемый способ очень хорошо отвечает всем трем фундаментальным понятиям, характеризующим способы охранной сигнализации. С другой стороны, как видно из анализа уровня техники, все существующие способы либо хорошо отвечают указанным понятиям, но требуют применения сложных устройств, либо наоборот. Предлагаемый способ устраняет это противоречие. Такое решение прямо из существующего уровня техники не вытекает и не было очевидным для специалистов, что позволяет говорить о наличии у данного решения изобретательского уровня.

Пример конкретного выполнения.

Регистрация электромагнитного излучения и индикация факта разрушения проводилась с помощью регистратора быстропротекающих процессов DL-912, спектроанализатора TF-2370 и дипольной широкополосной антенны во время разрушения стеклянного полотна толщиной 4 мм.

Важно отметить, что изменение площади разрушаемых образцов стекла не приводит к изменению частот максимумов спектрограммы, соответствующих частотам толщинного резонанса на сдвиговых и продольных ультразвуковых колебаниях.

При интерпретации спектрограмм необходимо иметь в виду, что скорости распространения волн сдвиговых и продольных колебаний на краях разлома пластины несколько меньше, чем вдали от этого края.

Осуществление данного способа не вызовет затруднений, так как устройства для его осуществления известны и могут быть использованы при соответствующей оптимизации из технических характеристик. Необходимость использования способа, отвечающего современным требованиям, в частности в технике охранной сигнализации, не вызывает сомнений, следовательно изобретение обладает промышленной применимостью.

Формула изобретения

Способ индикации разрушения пластин и оболочек из диэлектрических материалов, основанный на регистрации электромагнитного излучения, генерируемого материалом в диапазоне радиоволн, с последующей индикацией факта разрушения, отличающийся тем, что электромагнитное излучение регистрируют на частотах толщинного резонанса пластин и оболочек на ультразвуковых сдвиговых и продольных колебаниях, возникающих при разрушении.