Устройство для охранной сигнализации

 

Устройство относится к области технических средств охраны и может быть использовано для обнаружения объектов, движущихся в контролируемом пространстве. Техническим результатом устройства является практически безинерционная компенсация среднего уровня принятого сигнала и снижение мощности излучаемого сигнала, за счет чего данное устройство обеспечивает охрану пространств, в пределах которых или вблизи них расположены на местности крупные предметы. Устройство экологически безопасно. Оно совместимо с работающими вблизи с ним устройствами. Это позволяет расширить его область применения. Технический результат достигается тем, что в устройство, содержащее блок выработки сигнала тревоги, модулирующий генератор, амплитудный модулятор, генератор изучаемого сигнала, излучатель, селектор принимаемого сигнала, преобразователь сигнала, видеоусилитель, коммутационный (синхронны) фильтр, введены полосовой фильтр, два вычитателя, компаратор, блок выбоки-хранения, сумматор и блок формирования и импульсов. 3 ил.

Изобретение относится к области технических средств охраны и может быть использовано, в частности, для обнаружения объектов, движущихся в контролируемом пространстве.

Известно устройство, предназначенное для той же цели (Теоретические основы радиолокации. /Под ред. В. Е.Дулевича, изд. 2-е. - М.: Сов. Радио, 1978, с. 226) и содержащее антенну, блок индикации (оконечный блок) и последовательно соединенные синхронизатор, передатчик, антенный переключатель и приемник, выход которого подключен к сигнальному входу блока индикации, управляющий вход которого соединен с выходом синхронизатора, другой выход антенного переключателя связан с входом антенны.

Недостатком данного устройства является ограниченная область применения из-за наличия зоны нечувствительности вблизи антенны.

Известно другое устройство, свободное от указанного недостатка (Коган И. М. Ближняя радиолокация (теоретические основы). - М.: Сов. радио, 1973, с. 13), которое содержит последовательно соединенные приемную антенну, детектор, видеоусилитель, накопитель импульсов и выходное устройство и последовательно соединенные импульсный модулятор и передающую антенну.

Недостатком этого устройства является низкая устойчивость к мешающему действию сигналов.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является устройство, описанное в патенте США N 4010459, кл. G 08 B 13/24, НКИ 340-258, 1977, содержащее передатчик, выполненный в виде последовательно соединенных модулирующего генератора, амплитудного модулятора, генератора излучаемого сигнала в виде высокочастотного генератора и излучатель в виде передающей антенны, приемник, состоящий из последовательно соединенных селектора принимаемого сигнала в виде приемной антенны, преобразователя сигнала в виде высокочастотного детектора, видеоусилителя, коммутационного (синхронного) фильтра, управляющий вход которого соединен с выходом модулирующего генератора, и блок выработки сигнала тревоги, подключенный к выходу коммутационного фильтра.

Недостатком этого устройства является то, что оно не может надежно работать с высокой чувствительностью при малом энергопотреблении в условиях наличия в охраняемом пространстве или вне его близко расположенных крупных местных предметов. Отражения от таких предметов вызывают перегрузку видеоусилителя (при малом энергопотреблении имеющего малый динамический диапазон) и как следствие подавление слабой по сравнению с этими отражениями составляющей принимаемого сигнала, обусловленной присутствием обнаруживаемого нарушителя. При работе в этих условиях с пониженной чувствительностью область применения устройства также ограничена, так как в этом случае оно излучает сигнал значительной мощности и поэтому может создавать опасность ухудшения совместимости работы с другими, рядом расположенными устройствами, а также экологическую опасность для окружающей данное устройство среды.

Техническим результатом предлагаемого устройства является практически безинерционная компенсация среднего уровня принятого сигнала и снижение мощности излучаемого сигнала, за счет чего данное устройство обеспечивает охрану пространств, в пределах которых или вблизи них расположены крупные местные предметы, не представляет экологической опасности для окружающей среды, улучшается совместимость его работы с рядом расположенными устройствами, и как следствие расширяется область применения.

Указанный технический результат достигается тем, что в устройство для охранной сигнализации, содержащее блок выработки сигнала тревоги, последовательно соединенные модулирующий генератор, амплитудный модулятор, генератор излучаемого сигнала и излучатель, последовательно соединенные селектор принимаемого сигнала и преобразователь сигнала, последовательно соединенные видеоусилитель и коммутационный (синхронный) фильтр, управляющий вход которого подключен к выходу модулирующего генератора, введены полосовой фильтр, два вычитателя, компаратор, блок выборки-хранения, сумматор и блок формирования импульсов, выход которого подключен к первому входу сумматора, второй вход которого соединен с первым входом блока выработки сигнала тревоги и выходом компаратора, вход которого подключен к первому выходу коммутационного (синхронного) фильтра, второй выход которого соединен с первым входом одного вычитателя и входом полосового фильтра, выход которого подключен к второму входу блока выработки сигнала тревоги, входу блока формирования импульсов и второму входу одного вычитателя, выход которого соединен с первым входом блока выборки-хранения, выход которого подключен к первому входу другого вычитателя, выход которого соединен с входом видеоусилителя, второй и третий входы другого вычитателя подключены соответственно к выходу модулирующего генератора и выходу преобразователя сигнала, выход сумматора соединен с вторым входом блока выборки-хранения.

На фиг. представлена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - схема развертывания его в пределах охраняемого пространства; на фиг. 3 - эпюры сигналов на выходах блоков устройства.

В состав устройства фиг. 1) входят: излучатель 1, выполненный, например, в виде передающей антенны; генератор излучаемого сигнала 2, выполненный, например, в виде высокочастотного генератора, выполненного, например, в виде транзисторного автогенератора, управляющий вход которого является входом питания, одновременно он является входом блока 2, выход транзисторного автогенератора является выходом блока 2, который подключен к входу излучателя 1; амплитудный модулятор 3, выполненный, например, в виде усилителя мощности, выход амплитудного модулятора 3 подключен к входу генератора излучаемого сигнала 2; модулирующий генератор 4, выполненный, например, в виде импульсного генератора, выход модулирующего генератора 4 подключен к входу амплитудного модулятора 3; полосовой фильтр 5; селектор принимаемого сигнала 6, выполненный, например, в виде приемной антенны; преобразователь сигнала 7, выполненный, например, в виде высокочастотного амплитудного детектора, вход преобразователя сигнала 7 подключен к выходу селектора принимаемого сигнала 6; вычитатели 8, 9, вычитатель 8 выполнен, например, в виде операционного усилителя с единичным усилением, инвертирующий вход которого является первым входом вычитателя 8, а неинвертирующий вход является его третьим входом, вход питания данного операционного усилителя является вторым входом вычитателя 8, выход операционного усилителя, на основе которого, например, выполнен блок 8, является выходом вычитателя 8, второй вход вычитателя 8 подключен к входу амплитудного модулятора 3 и выходу модулирующего генератора 4, третий вход вычитателя 8 соединен с выходом преобразователя сигнала 7, вычитатель 9 выполнен, например, в виде операционного усилителя с единичным усилением, неинвертирующий вход которого является первым входом вычитателя 9, а инвертирующий его вход является вторым входом блока 9, выход данного операционного усилителя является выходом вычитателя 9, первый вход вычитателя 9 подключен к входу полосового фильтра 5, второй вход вычитателя 9 соединен с выходом полосового фильтра 5; видеоусилитель 10, вход которого подключен к выходу вычитателя 8; коммутационный (синхронный) фильтр 11, выполненный, например, в виде последовательно соединенных коммутатора и фильтра низких частот, сигнальный вход коммутатора является информационным входом блока 11, управляющий вход коммутатора является управляющим входом блока 11, выход коммутатора является первым выходом блока 11, выход фильтра низких частот является вторым выходом коммутационного (синхронного) фильтра 11, который подключен к входу полосового фильтра 5 и первому входу вычитателя 9, информационный вход блока 11 соединен с выходом видеоусилителя 10, управляющий вход коммутационного (синхронного) фильтра 11 подключен к входу амплитудного модулятора 3, выходу модулирующего генератора 4 и входу вычитателя 8; блок выработки сигнала тревоги 12, выполненный, например, в виде последовательно соединенных усилителя информативных частот, одного компаратора, счетчика импульсов и ждущего генератора импульсов, например, в виде одновибратора, последовательно соединенных интегрирующего фильтра, другого компаратора и светового индикатора, вход интегрирующего фильтра является первым входом блока 12, вход усилителя информативных частот является вторым входом блока выработки сигнала тревоги 12, который подключен к выходу полосового фильтра 5 и входу вычитателя 9; блок формирования импульсов 13 (патент США N 3760400, кл. G 08 B 13/24, НКИ 340-258A, 1973), в виде последовательно соединенных ограничивающего усилителя высокого усиления, дифференциатора и усилителя положительных импульсов, выход которого является выходом блока формирования импульсов 13, вход ограничивающего усилителя высокого усиления является входом блока 13, который подключен к выходу полосового фильтра 5, входу вычитателя 9 и входу блока выработки сигнала тревоги 12; сумматор 14, первый вход которого подключен к выходу блока формирования импульсов 13, второй вход сумматора 14 соединен с входом блока выработки сигнала тревоги 12; блок выборки-хранения 15, выполненный, например, в виде последовательно соединенных резистора, ключа и емкости, выход ключа является выходом блока выборки-хранения 15, вход резистора является первым (сигнальным) входом блока 15, управляющий вход ключа является вторым (управляющим) входом блока выборки-хранения 15, который подключен к выходу сумматора 14, первый вход блока выборки-хранения 15 соединен с выходом вычитателя 9, выход блока 15 подключен к входу вычитателя 8; компаратор 16, вход которого подключен к выходу коммутационного (синхронного) фильтра 11, выход компаратора 16 соединен с входом блока выработки сигнала тревоги 12 и входом сумматора 14.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается наличием введенных новых блоков, к которым относятся полосовой фильтр, два вычитателя, компаратор, блок выборки-хранения, сумматор и блок формирования импульсов, и введенных связей. Следовательно, заявляемое устройство соответствует критерию изобретения "новизна". Сравнение заявляемого технического решения с другими техническими решениями показывает, что введенные блоки широко применяются для реализации технических функций, определяемых названием каждого из этих блоков. Однако сравнение заявляемого технического решения с прототипом и другими техническими решениями в данной области техники не позволяет выявить предложенные отличительные признаки по совокупности введенных блоков и связей, обеспечивающих получение нового технического результата и отличающих заявленное техническое решение от прототипа. Это свидетельствует о соответствии изобретения критерию "изобретательский уровень".

Предложенное устройство разворачивается в охраняемом пространстве, например, так, как показано на фиг. 2, где пунктирной линией обозначена внешняя граница охраняемой зоны для случая отсутствия в ней мешающих местных предметов.

Работает предлагаемое устройство следующим образом.

После включения устройства на выходе модулирующего генератора формируется последовательность видеоимпульсов (фиг. 3а). В амплитудном модуляторе 3 эти видеоимпульсы усиливаются по мощности и, поступая на вход генератора излучаемого сигнала 2, вызывают формирование (для рассматриваемого примера исполнения блока 3) радиосигнала (фиг. 3б), который излучается излучателем 1 в охраняемое пространство. Одновременно выходные видеоимпульсы модулирующего генератора 4 поступают на вход вычитателя 8 и управляющий вход коммутационного (синхронного) фильтра 11, подготавливая их к обработке принимаемого сигнала. Сигнал, излученный излучателем 1, преодолев охраняемое пространство, улавливается селектором принимаемого сигнала 6. Сигнал с выхода селектора принимаемого сигнала 6 поступает на вход преобразователя сигнала 7, в котором (для рассматриваемого примера исполнения блока 7) осуществляется его амплитудное детектирование. В результате на выходе преобразователя сигнала 7 формируется последовательность видеоимпульсов, по форме совпадающая с выходным сигналом модулирующего генератора 4. Амплитуда выходных видеоимпульсов блока 7 (фиг. 3в) обусловлена величиной расстояния, которое преодолевает излучаемый сигнал, распространяясь от излучателя 1 к селектору принимаемого сигнала 6, и размерами отражающей поверхности мешающего местного предмета. Чем больше эти размеры, тем больше амплитуда сигнала на выходе преобразователя сигнала 7. Период повторения и длительность импульсов выходного сигнала модулирующего генератора 4 устанавливаются в соответствии с размерами охраняемого пространства такими, чтобы выходные видеоимпульсы блока 7 (фиг. 3в), обусловленные сигналом излучателя 1, практически совпадали по времени появления с поступлением выходных видеоимпульсов блока 4 в приемную часть устройства. В связи с этим видеоимпульсы с выхода преобразователя 7 с неизмененной длительностью поступают через вычитатель 8, видеоусилитель 10, коммутационный (синхронный) фильтр 11 на вход компаратора 16. Если амплитуда сигнала на входе видеоусилителя 10 такова, что имеется опасность ограничения его по амплитуде блоком 10, то компаратор 16 срабатывает и через сумматор 14 вводит блок выборки-хранения 15 в режим выборки. Сигнал с выхода коммутационного (синхронного) фильтра 11 через вычитатель 9 поступает на сигнальный вход блока выборки-хранения 15. Под влиянием этого сигнала на выходе блока выборки-хранения 15 формируется компенсирующий сигнал. Под действием этого сигнала, поступающего на вход вычитателя 8, сигнал на выходе блока 8 и соответственно на выходе видеоусилителя 10 уменьшается до безопасной для работы устройства величины. Поэтому компаратор 16 возвращается в исходное состояние, а блок выборки-хранения 15 переходит в режим хранения, обеспечивая удержание выходного сигнала видеоусилителя 10 на безопасном уровне. В результате длительность переходного процесса после включения устройства незначительна.

В дежурном режиме работы устройства, когда в охраняемом пространстве отсутствует обнаруживаемый объект, в приемной части включенного устройства осуществляется автоматическое поддерживание входного сигнала видеоусилителя 10 на безопасном для работы устройства уровне. Для этого выходной сигнал коммутационного (синхронного) фильтра 11 анализируется полосовым фильтром 5. На его выходе при практическом отсутствии отклонения от среднего постоянного уровня выходного сигнала блока 11 формируется равное нулю мгновенное значение. В этот момент, соответствующий и отсутствию собственного шума на выходе блока 5 (фиг. 3г), блок формирования импульсов 13 вырабатывает импульс, который через сумматор 14 поступает на управляющий вход блока выборки-хранения 15, вводя его в режим выборки. Под влиянием этого сигнала с выхода коммутационного (синхронного) фильтра 11, поступающего через вычитатель 9 на сигнальный вход блока 15, на выходе блока выборки-хранения 15 формируется компенсирующий сигнал (фиг. 3д). Под действием этого сигнала поддерживается на безопасном для работы устройства уровне выходной сигнал видеоусилителя 10.

При появлении движущегося обнаруживаемого нарушителя в охраняемом пространстве сигнал, излученный блоком 1, приобретает амплитудную модуляцию. Это приводит к появлению амплитудной модуляции выходного сигнала преобразователя сигнала 7. Так как в это время на входе вычитателя 8 продолжает действовать компенсирующий сигнал блока 15, то на выходе вычитателя 8 и соответственно на выходе видеоусилителя 10 (фиг. 3е) появляются знакопеременные видеоимпульсы. Под их влиянием на выходе коммутационного (синхронного) фильтра 11 и полосового фильтра 5 (фиг. 3ж) возникает низкочастотный сигнал, уровень которого анализируется блоком выработки сигнала тревоги 12. При превышении этим сигналом порогового уровня U_пор.1 блока 12 (фиг. 3ж) данный блок формирует компаратором импульсы (фиг. 3з). Эти импульсы накапливаются в блоке 12 (счетчиком - для рассматриваемого примера исполнения блока 12). Если в результате накопления данных импульсов формируется сигнал, по величине превышающий другой пороговый уровень U_пор.2 этого блока (фиг. 3и), то блок выработки сигнала тревоги 12 срабатывает и формирует сигнал тревоги, например, в виде одиночного видеоимпульса (фиг. 3к). Этим сигналом предлагаемое устройство фиксирует факт обнаружения присутствия нарушителя в охраняемом пространстве.

Преимуществом предлагаемого устройства является то, что, если нарушитель при своем движении попадает в зону действия сигнала, отраженного от мешающего местного предмета, и тем самым обусловит значительное увеличение уровня амплитудной модуляции сигнала на выходе видеоусилителя 10, несмотря на возможное срабатывание компаратора 16, информационная амплитудная модуляция в устройстве не подавляется. Причина в том, что сигнал амплитудной модуляции не попадает на вход блока выборки-хранения 15, так как вычитается вычитателем 9 из выходного сигнала коммутационного (синхронного) фильтра 11. Вычитаемый сигнал формируется на выходе полосового фильтра 5.

Преимуществом данного устройства является также то, что (при наличии накопителя импульсов в блоке выработки сигнала тревоги 12) оно устойчиво к внезапному появлению мощного постороннего сигнала, по форме близкого к излучаемому блоком 1. Под влиянием этого мешающего сигнала срабатывает компаратор 16, обеспечивая возможность подавления влияния мешающего сигнала выходным сигналом блока выборки-хранения 15 и сохранения работоспособности устройства. При этом при однократном появлении такого сигнала блок 12 не вырабатывает ложный сигнал тревоги под действием возросшего выходного сигнала полосового фильтра 5. Однако блок выработки сигнала тревоги 12 формирует под действием выходного сигнала компаратора 16 сигнал неисправности (для рассматриваемого примера исполнения блока 12 - включением светового индикатора), который информирует о изменении в неблагоприятном направлении условий работы устройства.

Таким образом, благодаря введению блоков и связей, осуществляющих практически безинерционную компенсацию среднего уровня амплитуды принятого сигнала, создана возможность обеспечения работоспособности заявляемого устройства охранной сигнализации с высокой чувствительностью при малом энергопотреблении с уменьшенной мощностью излучаемого сигнала при охране с помощью этого устройства и таких пространств, в пределах которых или вблизи них расположены крупные местные предметы, что не может осуществить устройство-прототип, т. е. обеспечено расширение области применения предлагаемого устройства; кроме того, так как заявляемое устройство в данных условиях может работать с существенно меньшей мощностью излучаемого сигнала, чем устройство-прототип, то при применении заявляемого устройства обеспечивается лучшая совместимость его работы с другими, рядом расположенными устройствами, обеспечивается экологическая безопасность для окружающей среды и в связи с этим также расширение области применения изобретения.

Формула изобретения

Устройство для охранной сигнализации, содержащее блок выработки сигнала тревоги, последовательно соединенные модулирующий генератор, амплитудный модулятор, генератор излучаемого сигнала и излучатель, последовательно соединенные селектор принимаемого сигнала и преобразователь сигнала, последовательно соединенные видеоусилитель и коммутационный (синхронный) фильтр, управляющий вход которого подключен к выходу модулирующего генератора, отличающееся тем, что в него введены полосовой фильтр, два вычитателя, компаратор, блок выборки-хранения, сумматор и блок формирования импульсов, выход которого подключен к первому входу сумматора, второй вход которого соединен с первым входом блока выработки сигнала тревоги и выходом компаратора, вход которого подключен к первому выходу коммутационного (синхронного) фильтра, второй выход которого соединен с первым входом одного вычитателя и входом полосового фильтра, выход которого подключен к второму входу блока выработки сигнала тревоги, входу блока формирования импульсов и второму входу одного вычитателя, выход которого соединен с первым входом блока выборки-хранения, выход которого подключен к первому входу другого вычитателя, выход которого соединен с входом видеоусилителя, второй и третий входы другого вычитателя подключены соответственно к выходу модулирующего генератора и выходу преобразователя сигнала, выход сумматора соединен с вторым входом блока выборки-хранения.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3