Устройство для тревожной сигнализации

 

Изобретение относится к автоматике, в частности к тревожной сигнализации, и может быть использовано для защиты предметов, механических сейфов, автомашин. Изобретение позволяет повысить помехоустойчивость и расширить функциональные возможности устройства. Устройство содержит N основных и N дополнительных емкостных чувствительных элементов (ЧЭ) по количеству контролируемых объектов, причем дополнительный ЧЭ размещен по контуру соответствующего основного ЧЭ в зоне действия его краевого эффекта, а также коммутаторы, формирователь кода объекта, операционный усилитель, задающий элемент, делитель напряжения, частотный детектор, фильтр нижних частот, пороговый блок, блок индикации и пассивный элемент. 7 ил.

Изобретение относится к автоматике, в частности к тревожной сигнализации, и может быть использовано для защиты предметов, механических сейфов, автомашин.

Известно устройство для защиты объектов, содержащее чувствительные элементы (ЧЭ) по количеству контролируемых объектов, подключенные через коммутатор к входу генератора, преобразователь кода, блок тревожной сигнализации и блок индикации [1]. В этом устройстве коммутатор на определенный промежуток времени подключает поочередно ЧЭ к контуру генератора. Если в зоне действия какого-либо ЧЭ появляется нарушитель, то частота генератора изменяется, а сигнал поступает на блок тревожной сигнализации, который преобразует изменение частоты в изменение амплитуды, осуществляет аналоговую фильтрацию и фиксирует сигнал пороговым устройством.

Недостатком известного устройства является низкая помехоустойчивость, которая выражается в срабатывании устройства при приближении постороннего объекта к ЧЭ, что является нежелательным, например, при охране витрин магазинов, где приближение к ним покупателей неизбежно. Этот недостаток обусловлен наличием краевого эффекта емкости ЧЭ. Кроме того, при значительном удалении ЧЭ от генератора на емкость ЧЭ оказывает влияние емкость соединительных проводов, что приводит к снижению чувствительности устройства, а режим непрерывной генерации снижает скрытность работы устройства.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является устройство для тревожной сигнализации, в котором перечисленные недостатки устраняются введением дополнительного емкостного ЧЭ, размещенного по контуру соответствующего основного емкостного ЧЭ, а также введением в устройство операционного усилителя, второго коммутатора, задающего элемента, делителя напряжения [2].

Недостатками известного устройства являются низкая помехоустойчивость, которая выражается в неодинаковом изменении емкостей основного и дополнительного ЧЭ относительно "земли" при изменении внешних факторов, например при мытье полов, приводящем к ложным срабатываниям устройства, а также ограниченные функциональные возможности при охране объектов больших размеров вследствие необходимости создания большой площади основного и дополнительного ЧЭ.

Изобретение позволяет повысить помехоустойчивость и расширить функциональные возможности устройства.

В заявляемое устройство для тревожной сигнализации, содержащее основные и дополнительные емкостные ЧЭ по количеству контролируемых объектов, выходы которых соединены соответственно с информационными входами первого и второго коммутаторов, формирователь кода объекта, выход которого подключен к управляющим входам коммутаторов, операционный усилитель, первый вход которого подключен к выходу первого коммутатора, а второй вход - к выходу второго коммутатора, при этом выход операционного усилителя подключен через задающий элемент к своему первому входу, уделитель напряжения, первый выход которого подключен к второму входу операционного усилителя, второй выход соединен с выходом операционного усилителя, а третий выход соединен с шиной нулевого потенциала, последовательно включенные частотный детектор, фильтр нижних частот, пороговый блок, блок индикации, причем вход частотного детектора соединен с выходом операционного усилителя, а дополнительный ЧЭ размещен по контуру соответствующего основного емкостного ЧЭ в зоне действия его краевого эффекта, введен пассивный элемент, соединенный с шиной нулевого потенциала и размещенный между соответствующими основным и дополнительным ЧЭ.

На фиг. 1 приведена схема заявляемого устройства; на фиг.2 приведен пример реализации ЧЭ с объемной зоной обнаружения; на фиг.3 и 4 - пример реализации ЧЭ на фольгированном диэлектрике; на фиг.5 - пример охраны металлических объектов; на фиг.6 и 7 - пример охраны неметаллических предметов с помощью маркера.

Устройство для тревожной сигнализации содержит N основных ЧЭ - С1 и N дополнительных ЧЭ - С2, первый коммутатор 3 (в качестве которого может быть использован мультиплексор серии 564), второй коммутатор 4, операционный усилитель 5, делитель 6 напряжения, выполненный на резисторах R7, R8, задающий элемент R9, формирователь 10 кода объекта, частотный детектор 11, фильтр 12 нижних частот, пороговый блок 13, блок 14 индикации, генератор 15 прямоугольных импульсов, счетчик 16. Основные ЧЭ - С1 соединены с входами коммутатора 3, вход управления которого соединен с формирователем 10 кода и входом управления коммутатора 4, к входам которого подключены дополнительные ЧЭ - С2. Выходы коммутатора 3 подключены к первому входу усилителя 5, а выходы коммутатора 4 - к второму входу усилителя 5. Первый вход усилителя 5 соединен через задающий элемент R9 с его выходом, второй вход - с первым выходом делителя 6 напряжения, второй вывод которого соединен с выходом операционного усилителя, а третий вывод - с шиной нулевого потенциала. Выход усилителя 5 соединен с последовательно соединенными частотным детектором 11, фильтром 12 нижних частот, пороговым блоком 13, блоком 14 индикации. Формирователь 10 кода объекта содержит последовательно соединенные генератор 15 импульсов и счетчик 16, выходы которого являются выходами формирователя кода объекта.

Устройство работает следующим образом.

Коммутаторы 3, 4 в зависимости от кода на выходе преобразователя производят синхронное подключение ЧЭ С1 и С2 к соответствующим входам усилителя 5 на время, определенное частотой генератора 15, при этом значение С1 определяется расстоянием между основным ЧЭ и введенным пассивным элементом, а также длиной периметра основного ЧЭ, значение С2 определяется расстоянием между дополнительным ЧЭ и пассивным элементом. Фиг.2 подтверждает, что С1<С'1 и С2<С'2. Усилитель 5 с элементами R7, R8, R9, C1 образуют генератор импульсов, элементы усилителя 5 R7, R8 образуют триггер Шмитта с порогом срабатывания, заданным усилителем R7, R8, C2, значение которого определяется выражением V_ср= (1) В выражении (1) принято, что между R7 и С2 существует параллельное соединение (Алексеенко А.Г., Коломбет Е.А., Стародуб Г.И. Применение прецизионных ИС. М.: Советское радио, 1980).

Для работы устройства необходимо наличие на выходе усилителя 5 треугольных импульсов, что осуществляется выбором значения периода следования импульсов из условия T (2) где U_{вых.макс} - значение напряжения насыщения усилителя; tg - значение скорости нарастания выходного напряжения усилителя. Рассмотрим реакцию генератора треугольных импульсов на выходе усилителя 5 при приращении одной из емкостей С1, С2.

Увеличение емкости С1 приводит к увеличению постоянной времени С1, R9, что приводит к увеличению периода следования импульсов Т и к увеличению их выходного уровня.

Увеличение емкости С2 приводит к уменьшению порога срабатывания триггера Шмитта согласно выражению (1), что уменьшает период следования импульсов Т и приводит к уменьшению их уровня. Отсюда можно заключить, что увеличение емкости С1, С2 оказывает противоположное влияние на уровень выходного сигнала усилителя 5, что соответствует дифференциальному включению основного и дополнительных ЧЭ.

Емкость С1 основного ЧЭ (фиг.2) образована электродом, выполненным из токопроводного материала, и пассивным элементом. На фиг.2 "охраняемый объект" размещен вблизи основного ЧЭ или непосредственно на нем. Вокруг основного ЧЭ и пассивного элемента образуется электрическое поле, которое является объемной зоной обнаружения устройства.

Для исключения краевого эффекта основного ЧЭ на необходимом расстоянии от него размещен дополнительный ЧЭ меньшей площадью с емкостью С2, образованной электродом из токопроводящего материала и пассивным элементом. Приближение постороннего объекта к дополнительному ЧЭ вызывает увеличение емкости С2, что приводит к уменьшению уровня усилителя 5 по сравнению с исходным. Проникновение нарушителя в зону основного ЧЭ вызывает увеличение С1, а так как основной ЧЭ выполнен большей площадью по сравнению с дополнительным, изменение емкости С1> С2, что ведет к увеличению уровня на выходе усилителя 5 по сравнению с исходным.

Сигнал с выхода усилителя 5 (фиг.1) поступает на последовательно соединенные частотный детектор 11, фильтр 12 нижних частот с частотой среза, определяемой действиями нарушителя ЧЭ, пороговый блок 13, блок 14 индикации, сигнализирующий о действии нарушителя на охраняемый объект.

Практически было установлено, что, выполняя условие (2) и меняя постоянную времени R9C1 с помощью задающего элемента R9, можно добиться такого состояния усилителя 5, при котором генерация импульсов на его выходе будет наблюдаться только при действии нарушителя на чувствительные элементы С1, С2.

Если первым входом операционного усилителя является инвертирующий вход, а вторым - неинвертирующий, то при действии нарушителя на чувствительный элемент происходит срыв генерации импульсов на выходе усилителя 5.

Отсутствие генерации на выходе усилителя 5 объясняется высоким порогом cрабатывания триггера Шмитта, заданным в соответствии с выражением (1), и значением постоянной времени С1R9, при котором напряжение на выходе усилителя 5 не достигает значения порога.

Если первым входом усилителя 5 является неинвертирующий вход, а вторым - инвертирующий, то при действии нарушителя на выходе усилителя возникает генерация импульсов. Данная зависимость возможна за счет выполнения условия С2>С1.

Емкости С1 и С2 (фиг. 2) в процессе эксплуатации могут изменяться вследствие изменения внешних условий, что приводит к ложным срабатываниям устройства. Введения пассивного элемента образует емкости С1 и С2 по значению С'1>>С1 и С'2>>С2, что исключает действие емкостей С1, С2 на работу устройства.

Расположение основного, дополнительного и пассивного элементов на фольгированном диэлектрике позволяет обеспечить охрану объектов любых размеров.

Охрана металлических предметов показана на фиг.5, где С_о - емкость предмета относительно земли, С_н - емкость, вносимая нарушителем. В исходном состоянии С2>С1, при прикладывании диэлектрика к металлической поверхности данное соотношение нарушается С1>С2 вследствие большей площади основного ЧЭ по сравнению с дополнительным ЧЭ, т.е. отсоединение диэлектрика от металлической поверхности вызывает сигнал тревоги.

Заявленное устройство позволяет производить охрану неметаллических предметов с помощью металлического маркера, имеющего размеры контура пассивного элемента и прикрепленного на охраняемый объект (фиг.6 и 7). Маркер прижимается к диэлектрику, при этом С1>С2. Сдвиг маркера в любую сторону приводит к уменьшению емкости С1 и увеличению емкости С2. Выполнение условия С2>С1 приводит к срабатыванию устройства.

Данный метод позволяет точно определять конфигурацию маркера, что может быть использовано в устройствах ограниченного доступа на охраняемый объект или кодовых замках.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТРЕВОЖНОЙ СИГНАЛИЗАЦИИ, содержащее основные и дополнительные емкостные чувствительные элементы по количеству контролируемых объектов, выходы которых соединены соответственно с информационными входами первого и второго коммутаторов, формирователь кода объекта, выход которого подключен к управляющим входам коммутаторов, операционный усилитель, первый вход которого подключен к выходу первого коммутатора, а второй вход - к выходу второго коммутатора, выход операционного усилителя подключен через задающий элемент к своему первому входу, делитель напряжения, первый вывод которого подключен к второму входу операционного усилителя, второй вывод - к выходу операционного усилителя, а третий вывод - к шине нулевого потенциала, последовательно включенные частотный детектор, фильтр нижних частот, пороговый блок, блок индикации, вход частотного детектора подключен к выходу операционного усилителя, дополнительный емкостный чувствительный элемент размещен по контуру соответствующего основного емкостного чувствительного элемента в зоне действия его краевого эффекта, отличающееся тем, что в устройство введен пассивный элемент, соединенный с шиной нулевого потенциала и размещенный между соответствующими основным и дополнительным емкостными чувствительными элементами.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7