Устройство для охранной сигнализации емкостного типа

Изобретение относится к устройствам для охранной сигнализации емкостного типа. Технический результат - исключение ложных срабатываний и упрощение обслуживания системы сигнализации с сигнализационным заграждением. Для этого в устройстве используется реактивный и активный каналы обработки сигнала. Устройство содержит генератор синусоидального напряжения, фазовращатель, измерительный мостовой трансформатор, усилитель, регулятор чувствительности, синхронные детекторы, усилители постоянного тока, фильтры верхних и нижних частот, выделитель модуля, сумматор, интегратор, пороговое устройство, формирователь выходного сигнала. 6 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к устройствам для охранной сигнализации, а именно к емкостным преобразователям для охранных систем с чувствительным элементом (ЧЭ), предназначенным для охраны периметров объектов с использованием ЧЭ в качестве механической преграды и одновременно в качестве сигнализационного заграждения (СЗ) при подключении к нему прибора, реагирующего на изменение электрической емкости заграждения.

Из уровня техники известны охранные системы с ЧЭ и емкостными преобразователями.

Из патента РФ №2106016 на изобретение известно устройство для охранной сигнализации, содержащее ЧЭ, усилитель, полосовой фильтр, детектор, пороговый элемент, генератор импульсов тревоги. Для повышения функциональной надежности устройства в него введены измерительный мост, дифференциальный усилитель, второй детектор, второй пороговый элемент.

Изобретение по патенту РФ №2284578 также предназначено для использования при построении систем охраны протяженных участков местности, периметров объектов. Устройство содержит генератор прямоугольного сигнала, две эталонные емкости, резисторы, устройство выборки-хранения, входной усилитель, рабочую емкость и блок сравнения.

Известное устройство для охранной сигнализации по патенту РФ №2012925 содержит два емкостных ЧЭ, два резистора, два диода, фильтр нижних частот, усилитель низкой частоты, шину нулевого потенциала и последовательно соединенные одновибратор и исполнительный блок, дополнительно введены фильтр верхних частот, инвертор и RS-триггер. При изменении емкостной связи одного из ЧЭ относительно земли изменяется соотношение между длительностями импульсов и пауз между импульсами на прямом выходе RS-триггера, при этом включается исполнительный блок.

Изобретение, раскрытое в а.с. СССР №1834547, также относится к технике охранной сигнализации и может быть использовано для обнаружения проникновения нарушителя на контролируемую территорию или в помещение. Устройство содержит датчик токового сигнала, дифференциальный интегратор тока, полосовой фильтр, амплитудный детектор, пороговый формирователь сигнала тревоги.

Известны зарубежные аналоги предложенного устройства для охранной сигнализации, раскрытые, например, в патентах США - US 6456198, US 6486681, US 3947835, патентах Великобритании - GB2192981, GB 2372363, GB 2137789, GB 1599847.

Общим недостатком известных устройств является недостаточная устойчивость к внешним воздействиям, таким как осадки, например, в виде дождя, снега и др., вызывающим изменение сопротивления изоляторов ЧЭ относительно земли, что является причиной ложных срабатываний охранной сигнализации. Кроме того, для исключения влияния атмосферных воздействий необходимо производить периодическую очистку изоляторов и ЧЭ от пыли, грязи, влаги, снега и проверку работоспособности устройства с перенастройкой, регулировкой чувствительности.

Задача, на решение которой направлено предложенное изобретение, заключается в создании устройства для охранной сигнализации емкостного типа, свободного от указанных недостатков, простого в изготовлении и обслуживании, обеспечивающего высокую помехозащищенность за счет устранения ложных срабатываний.

Для решения поставленной задачи предложено устройство охранной сигнализации емкостного типа, содержащее генератор синусоидального напряжения, подключенный к входу фазовращателя, обеспечивающего сдвиг на π/2 сигнала с выхода генератора синусоидального напряжения, и к измерительному мостовому трансформатору, подключаемому к чувствительному элементу, выполненному в виде изолированного сигнализационного заграждения из металлоконструкции. При этом вторичная обмотка измерительного мостового преобразователя подключена к усилителю, связанному с регулятором чувствительности, выход которого подключен к входу синхронного детектора реактивного канала и одновременно к входу синхронного детектора активного канала, подключенного также к выходу фазовращателя. При этом синхронный детектор реактивного канала подключен к генератору синусоидального напряжения, каждый из синхронных детекторов последовательно соединен с соответствующим усилителем постоянного тока, фильтром верхних частот, фильтром нижних частот, выделителем модуля, соответственно реактивного и активного каналов. Выходы выделителей модуля реактивного и активного каналов, предназначенных для преобразования переменных напряжений, выделенных синхронными детекторами, в напряжения заданной полярности - разной для реактивного и активного каналов, подключены к соответствующим входам сумматора, обеспечивающего компенсацию активной составляющей сигнала. Выход сумматора подключен к входу интегратора, обеспечивающего селекцию сигналов по длительности, в частности, пропускающего только сигнал определенной длительности, характерный для человека. Интегратор последовательно соединен с пороговым устройством, формирователем выходного сигнала, выходным устройством, обеспечивающим заданный вид выходного сигнала и связь с системой сбора и обработки информации (ССОИ). Соответственно ССОИ обеспечивает вывод сигнала о состоянии охраняемого периметра либо на пульт оператора (охранника), либо на сигнальное устройство.

Для контроля неисправности в устройство может быть дополнительно введен блок контроля неисправности, подключенный для контроля выходного напряжения к генератору синусоидального напряжения и к формирователю выходного сигнала. Также устройство может дополнительно содержать блок дистанционного контроля работоспособности, подключенный к измерительному мостовому трансформатору.

Как и у всех конструкций аналогичных устройств, второй выход генератора синусоидального напряжения подключается к очагу заземления.

Использование современной элементной базы позволяет выполнить усилители постоянного тока реактивного и активного каналов, фильтры верхних частот реактивного и активного каналов, фильтры нижних частот реактивного и активного каналов, выделители модуля реактивного и активного каналов, сумматор, интегратор, пороговое устройство, формирователь выходного сигнала и выходное устройство на одном микропроцессоре (или микросхеме) с аналогово-цифровым преобразователем, на который поступают сигналы с синхронных детекторов реактивного и активного каналов.

Предложенное устройство для охранной сигнализации выдает сигнал срабатывания при попытке преодоления СЗ, представляющего собой ЧЭ, в том числе с использованием и без использования подручных средств (лестниц, подставок), с касанием ЧЭ руками (в перчатках, рукавицах), а также при замыкании ЧЭ на землю.

Принцип действия предложенного устройства основан на регистрации изменения электрической емкости ЧЭ относительно земли.

Причиной ложных срабатываний является, в частности, возникновение паразитных сигналов вследствие утечки тока через изоляторы ЧЭ, вызванной влиянием внешних факторов. При воздействии на ЧЭ внешних атмосферных факторов значительно изменяется реактивная и активная емкостные составляющие сигнала в отличие от воздействия на ЧЭ человека, когда изменяется только реактивная составляющая. Соответственно, для исключения влияния внешних атмосферных факторов необходимо выделить и контролировать уровень активной составляющей в сигнале от ЧЭ. Для этого устройство имеет активный канал, позволяющий компенсировать сигналы, возникающие при воздействии на ЧЭ внешних факторов в виде дождя, мокрого снега и т.п. атмосферных явлений.

В результате дополнительного использования активного канала допустимое сопротивление ЧЭ может быть снижено до 1 кОм, что исключает необходимость периодической очистки изоляторов и ЧЭ от загрязнений, влаги, снега и т.п. за счет достаточности естественной очистки изоляторов и ЧЭ, например, посредством дождя, ветра. Кроме того, увеличивается временной промежуток по проверке работоспособности устройства с ЧЭ, необходимости настройки, регулировки чувствительности в зависимости от изменения внешних факторов.

На чертеже показана структурная схема варианта выполнения предложенного устройства для охранной сигнализации емкостного типа.

1 - блок дистанционного контроля работоспособности (ДК); 2 - измерительный мостовой дифференциальный трансформатор (ИМТ); 3 - усилитель; 4 - регулятор чувствительности (РЧ); 5 - синхронный детектор реактивного канала (СДР); 6 - усилитель постоянного тока реактивного канала (УПТР); 7 - фильтр верхних частот реактивного канала (ФВЧР); 8 - фильтр нижних частот реактивного канала (ФНЧР); 9 - выделитель модуля реактивного канала (BMP); 10 - генератор синусоидального напряжения; 11 - фазовращатель (ФВ); 12 - синхронный детектор активного канала (СДА); 13 - усилитель постоянного тока активного канала (УПТА); 14 - фильтр верхних частот активного канала (ФВЧА); 15 - фильтр нижних частот активного канала (ФНЧА); 16 - выделитель модуля активного канала (ВМА); 17 - сумматор (С); 18 - схема контроля неисправности (СКН); 19 - интегратор (ИН); 20 - пороговое устройство (ПУ); 21 - формирователь выходного сигнала (ФВС); 22 - выходное устройство (ВУ); 23 - вторичный источник питания (ВИП).

Работа устройства осуществляется следующим образом.

От генератора (10) рабочее напряжение порядка 5-100 кГц синусоидальной формы с амплитудой порядка 1-10 В поступает через плечи ИМТ (2) на ЧЭ, представляющего собой два (левый и правый) изолированных друг от друга фланга СЗ. С вторичной обмотки ИМТ (2) напряжение этой же частоты поступает на вход усилителя (3), а с его выхода через регулятор чувствительности (4) на синхронные детекторы реактивного (5) и активного (12) каналов.

Также опорные напряжения поступают с генератора (10) на СДР (5) и сдвинутые фазовращателем (11) на угол π/2 - на СДА (12).

Синхронные детекторы (5) и (12), управляемые сдвинутыми между собой фазовращателем (11) на π/2 сигналами с выхода генератора (10) несущей частоты, обеспечивают двухканальное выделение ортогональных составляющих полного вектора сигнала с выхода усилителя.

После детектирования СДР (5) и СДА (12) напряжение на их выходах повторяет огибающую переменного напряжения на выходе ИМТ (2) и является постоянным в статическом положении, т.е. когда емкости ЧЭ флангов СЗ не изменяются.

При изменении комплексного сопротивления ЧЭ относительно земли одного из флангов СЗ изменяются напряжения на выходе ИМТ (2) и на выходах СДР (5) и СДА (12). Эти напряжения усиливаются усилителями постоянного тока реактивного (6) и активного (13) каналов, фильтруются фильтрами верхних и нижних частот реактивного канала (7), (8) и активного (14), (15) и подаются на входы выделителей модулей реактивного (9) и активного (16) каналов.

Выделители модулей (9) и (16) предназначены для преобразования переменных напряжений, выделенных синхронными детекторами (5) и (12), в напряжения заданной/определенной полярности (разной для реактивного и активного каналов) с целью их суммирования сумматором (17).

С помощью сумматора (17) производится компенсация активной составляющей сигнала, обусловленной воздействием на СЗ дождя, мокрого снега и т.п. внешних факторов. На выходе сумматора имеется интегратор (19), позволяющий осуществить селекцию сигналов по длительности, пропуская только сигнал определенной длительности, характерный для человека при преодолении СЗ. С ИН (19) сигнал поступает на пороговое устройство (20). При достижении сигнала на его выходе определенной величины ПУ (20) срабатывает, запуская формирователь выходного сигнала (21), который выдает сигнал на выход, через выходное устройство (22), обеспечивающее определенный вид сигнала срабатывания.

Схема, как правило, питается от вторичного источника питания (23), обеспечивающего стабильные напряжения питания на выходе «+12 В» и «-12 В» при изменении напряжения питания первичной сети в пределах от 10 до 30 В. ВИП (23) включает в себя задающий генератор, стабилизированный преобразователь напряжения, выпрямители и схему управления.

Схема контроля неисправности (18) позволяет осуществлять дистанционный контроль работоспособности устройства с помощью сигналов «ДК» с (1). СКН (18) вырабатывает сигнал на выходе устройства при неисправности СЗ или генератора (10).

Пример параметров сигнала «ДК»:

а) амплитуда - от 10 до 30 В;

б) длительность - (2,4±0,4) с.

На сигнал «ДК» устройство отвечает выдачей сигнала срабатывания.

Предусмотрены следующие основные режимы работы устройства:

- дежурный;

- выдачи сигнала срабатывания;

- выдачи сигнала неисправности устройства или СЗ;

- дистанционного контроля «ДК»;

- пропадания напряжения питания или срабатывания контакта блокировки кожуха устройства.

СЗ, являющееся ЧЭ, состоит из стоек, к которым прикреплена колючая проволока, сетка, решетка или другая металлоконструкция. Стойки крепятся на цокольной части основного ограждения при помощи изоляторов.

К ЧЭ подключается предложенное устройство, размещенное в кожухе и связанное с пультом охраны.

К месту установки устройства подводится кабель сигнализации и питания от системы сбора и обработки информации (ССОИ).

Для контроля протяженных объектов, например, с периметром больше 300-500 м используют несколько предложенных устройств и ЧЭ, при этом соответствующие ЧЭ с устройствами изолируют от соседних. С целью исключения взаимного влияния предложенных устройств их установку производят с чередованием рабочих частот таким образом, чтобы на соседних участках были установлены емкостные преобразователи с различными рабочими частотами.

Предложенное устройство для охранной сигнализации емкостного типа позволяет обеспечить высокую помехозащищенность с исключением ложных срабатываний за счет использования контроля сигнала по активному и реактивному каналам.

СЗ при использовании предложенного устройства для охранной сигнализации емкостного типа устойчиво, в частности, к следующим помеховым факторам: посадка на СЗ и взлет птиц; движение автотранспорта рядом с СЗ; расположение лесного массива, отдельных деревьев около СЗ; прохождение линий электропередач рядом с СЗ; железнодорожный транспорт; сотовая связь, радиостанции; электромагнитные и акустические помехи от грозы.

Используя современную элементную базу, ЧЭ с предложенным устройством позволяет обеспечивать работоспособность и вероятность обнаружения не менее 95% при воздействии, в частности, следующей произвольной естественной комбинации помеховых факторов: солнечное излучение, дождь, снегопад, ветер, гололед, динамическое воздействие пыли и песка, роса и иней, температура окружающего воздуха от минус 60°С до плюс 60°С, повышенная относительная влажность воздуха до 98% при температуре 25°С.

1. Устройство для охранной сигнализации емкостного типа, содержащее генератор синусоидального напряжения, подключенный к входу фазовращателя, обеспечивающего сдвиг на π/2 сигнала с выхода генератора синусоидального напряжения, и к измерительному мостовому трансформатору, подключаемому к чувствительному элементу, выполненному в виде изолированного сигнализационного заграждения из металлоконструкции, при этом вторичная обмотка измерительного мостового преобразователя подключена к усилителю, связанному с регулятором чувствительности, выход которого подключен к входу синхронного детектора реактивного канала и одновременно к входу синхронного детектора активного канала, подключенного также к выходу фазовращателя, при этом синхронный детектор реактивного канала подключен к генератору синусоидального напряжения, каждый из синхронных детекторов последовательно соединен с соответствующим усилителем постоянного тока, фильтром верхних частот, фильтром нижних частот, выделителем модуля, соответственно реактивного и активного канала, выходы выделителей модуля реактивного и активного каналов, предназначенных для преобразования переменных напряжений, выделенных синхронными детекторами, в напряжения заданной полярности - разной для реактивного и активного каналов, подключены к соответствующим входам сумматора, обеспечивающего компенсацию активной составляющей сигнала, выход сумматора подключен к входу интегратора, обеспечивающего селекцию сигналов по длительности, в частности, пропускающего только сигнал определенной длительности, характерный для человека, интегратор последовательно соединен с пороговым устройством, формирователем выходного сигнала, выходным устройством, обеспечивающим заданный вид выходного сигнала и связь с системой сбора и обработки информации.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что содержит вторичный источник питания.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что дополнительно введен блок контроля неисправности, подключенный для контроля выходного напряжения к генератору синусоидального напряжения и к формирователю выходного сигнала.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что дополнительно содержит блок дистанционного контроля работоспособности, подключенный к измерительному мостовому трансформатору.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что генератор синусоидального напряжения работает на частоте 5-100 кГц.

6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что генератор синусоидального напряжения имеет дополнительный выход для подключения к очагу заземления.

7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что усилители постоянного тока реактивного и активного каналов, фильтры верхних частот реактивного и активного каналов, фильтры нижних частот реактивного и активного каналов, выделители модуля реактивного и активного каналов, сумматор, интегратор, пороговое устройство, формирователь выходного сигнала и выходное устройство выполнены в виде микропроцессора с аналого-цифровым преобразователем, на который поступают сигналы с синхронных детекторов реактивного и активного каналов.