ИНДУКТИВНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОХРАННОЙ СИГНАЛИЗАЦИИ Российский патент 1994 года по МПК G08B13/26 

Изобретение относится к охранной сигнализации и может быть использовано при разработке устройств для охраны грузов, перевозимых авиационным, железнодорожным и автомобильным транспортом, и для охраны временных гаражей (из брезента, полиэтилена и т.п.).

Известен магнитный детектор (патент США N 4074249, кл. G 08 B 13/26 (НКИ 340-280), 1978), содержащий магнитометрическую рамку, включенную в частотно-задающую цепь генератора переменного напряжения, выход которого подключен через последовательно соединенные полосовой усилитель и пороговый элемент к входу генератора сигнала тревоги.

При попадании объекта с ферромагнитной массой в зону чувствительности магнитометрической рамки изменяются ее индуктивность и частота напряжения на выходе генератора, при этом напряжение на выходе полосового усилителя достигает порогового уровня и включается генератор сигнала тревоги.

Недостатками данного устройства являются возможность обнаружения только намагниченных объектов (с ферромагнитными массами); невысокая помехоустойчивость, обусловленная тем, что напряжение на выходе магнитометрической рамки изменяется и при воздействии широкополосной помехи, частотный диапазон которой попадает в полосу усилителя.

Известна система обнаружения металлических предметов (патент США N 3764860, кл. G 08 B 13/26 (НКИ 317-146), 1973), содержащая генератор переменного напряжения, соединенный с излучающей катушкой, последовательно соединенные приемная катушка, полосовой усилитель, фильтр верхних частот, пороговый элемент и генератор сигнала тревоги. Излучающая катушка формирует в пространстве электромагнитное поле, которое пересекает витки приемной катушки и наводит в ней ЭДС. Выходное напряжение приемной катушки усиливается в полосовом усилителе и поступает в фильтр верхних частот, который не пропускает медленные изменения напряжения. При отсутствии в зоне чувствительности приемной катушки металлического предмета сигнал с выхода фильтра верхних частот не достигает порогового уровня порогового элемента, при этом генератор тревоги не включается. При попадании металлического предмета в зону чувствительности приемной катушки изменяется напряжение на ее выходе, появляется выброс напряжения на выходе фильтра верхних частот. При превышении сигналом на выходе фильтра верхних частот порогового уровня порогового элемента включается генератор сигнала тревоги.

Недостатком данного устройства является невысокая помехоустойчивость, обусловленная тем, что при появлении широкополосной электромагнитной помехи (от промышленной электросети или РЛС) сигнал на выходе фильтра верхних частот может достичь порогового уровня, при этом происходит ложное срабатывание и включается генератор сигнала тревоги.

Наиболее близким техническим решением к предложению по технической сути является устройство для охранной сигнализации (авт. св. СССР N 1433276, кл. G 08 B 13/26, 1986), содержащее излучающую катушку, приемную катушку, генератор переменного напряжения, усилитель, синхронный детектор, две дифференцирующие цепи, усилитель постоянного тока, элемент И, элемент ИЛИ, усилитель-ограничитель, три формирователя импульсов, два дешифратора, триггер, элемент задержки и исполнительный блок.

Недостатками данного устройства являются невысокая помехоустойчивость, обусловленная возможностью ложного срабатывания при появлении электромагнитной помехи (от промышленной электросети или РЛС), частота которой совпадает с частотой генератора переменного напряжения; невысокая тактическая надежность вследствие низкой вероятности регистрации смещения груза и пролома стенки транспортного средства (авиационного, железнодорожного, автомобильного и т.д.).

Техническим результатом предлагаемого устройства является повышение тактической надежности за счет увеличения его помехоустойчивости и вероятности регистрации смещения груза и попытки пролома стенки транспортного средства.

В устройство, содержащее излучающую катушку, размещенную внутри ее первую приемную катушку, первый усилитель, первый синхронный детектор, триггер, элемент задержки, исполнительный блок и генератор переменного напряжения, подключенный к излучающей катушке и к опорному входу первого синхронного детектора, причем выход первой приемной катушки соединен с входом первого усилителя, выход которого подключен к информационному входу первого синхронного детектора, введены второй усилитель, второй синхронный детектор, блок разности, блок выделения модуля, управляемый блок интегрирования и вторая приемная катушка, размещенная внутри излучающей катушки, смещенная симметрично с первой приемной катушкой относительно ее продольной оси и подключенная выходом к входу второго усилителя, выход которого соединен с информационным входом второго синхронного детектора, подключенного опорным входом к выходу генератора переменного напряжения и выходом к первому входу блока разности и к первому информационному входу управляемого блока интегрирования, при этом выход первого синхронного детектора соединен с вторым входом блока разности и с вторым информационным входом управляемого блока интегрирования, выход которого подключен к входу исполнительного блока, выход блока разности соединен с входом блока модуля, подключенного выходом к единичному входу триггера, единичный выход которого подсоединен к первому управляющему входу управляемого блока интегрирования и через элемент задержки к обнуляющему входу триггера, нулевой выход которого соединен с вторым управляющим входом управляемого блока интегрирования , подключенного третьим управляющим входом к обнуляющему входу триггера.

Существенным отличием предлагаемого технического решения является введение второго усилителя, второго синхронного детектора, блока разности, блока модуля, триггера, управляемого блока интегрирования и второй приемной катушки, что позволяет повысить помехоустойчивость, а следовательно, тактическую надежность устройства, т.е. предложенное техническое решение обладает промышленной применимостью.

Анализ технических решений аналогичного назначения показал, что в них отсутствует предлагаемое сочетание существенных признаков (блоков и связей между ними), т.е. предложение обладает новизной.

На чертеже представлена функциональная схема индуктивного устройства для охранной сигнализации, содержащего генератор 1 переменного напряжения, излучающую катушку 2, приемные катушки 3 и 4, усилители 5 и 6, синхронные детекторы 7 и 8, блок 9 разности, блок 10 выделения модуля, триггер 11, элемент 12 задержки, управляемый блок 13 интегрирования и исполнительный блок 14. Излучающая катушка 2 размещается вдоль стен транспортного средства (например, обычно на высоте ≈0,5-0,7 м от пола и потолка в зависимости от типа транспортного средства). Приемные катушки 3, 4 размещаются внутри излучающей катушки 2. При размещении внутри транспортного средства охраняемого контейнера 15 приемные катушки 3 и 4 размещены симметрично относительно него. Генератор 1 подключается выходом к излучающей катушке 2 и к опорным входам синхронных детекторов 7 и 8. Выход приемной катушки 3 подключен через усилитель 5 к информационному входу синхронного детектора 7, выход которого соединен с одним из информационных входов управляемого блока 13 интегрирования и с одним из входов блока 9 разности. Выход приемной катушки 4 подсоединен через усилитель 6 к информационному входу синхронного детектора 8, выход которого соединен с другим информационным входом управляемого блока 13 интегрирования и с другим входом блока 9 разности, подключенного выходом к входу блока 10 выделения модуля. Выход блока 10 выделения модуля соединен с единичным входом триггера 11, единичный выход которого подсоединен к первому управляющему входу управляемого блока 13 интегрирования и к входу элемента 12 задержки, подключенного выходом к обнуляющему входу триггера 11. Нулевой выход триггера 11 соединен с вторым управляющим входом управляемого блока 13 интегрирования, подключенного третьим управляющим входом к обнуляющему входу триггера 11 и выходом к входу исполнительного блока 14.

Блок 10 выделения модуля содержит, например, пороговый элемент 16 положительной полярности, пороговый элемент 17 отрицательной полярности, инвертор 18 и элемент ИЛИ 19. Пороговый элемент 16, вход которого соединен с входом порогового элемента 17 и является входом блока 10, подключен выходом к первому входу элемента ИЛИ 19. Выход порогового элемента 17 подсоединен через инвертор 18 к второму входу элемента ИЛИ 19, выход которого является выходом блока 10. Блок 10 выделяет абсолютную величину (модуль) напряжения при положительной и отрицательной его полярности.

Управляемый блок 13 интегрирования содержит ключи 20 и 21, накопители 22 и 23, элемент 24 разности, ключ 25, элемент 26 модуля и пороговый элемент 27, выход которого является выходом управляемого блока 13 интегрирования. Блок 10 модуля и элемент 26 модуля могут быть выполнены также и по другой схеме, например в виде двухтактного диодного выпрямителя. Блок 20, информационный вход которого является одним из информационных входов управляемого блока 13 интегрирования, подключен через накопитель 22 к одному входу элемента 24 разности. Ключ 21, информационный вход которого является другим информационным входом управляемого блока 13 интегрирования, подсоединен через накопитель 23 к другому входу элемента 24 разности. Выход элемента 24 разности подключен через последовательно соединенные ключ 25 и элемент 26 модуля к входу порогового элемента 27. Управляющие входы ключей 20 и 21 соединены между собой и являются первым управляющим входом управляемого блока 13 интегрирования. Обнуляющие входы накопителей 22 и 23 соединены между собой и являются вторым управляющим входом управляемого блока 13 интегрирования.

Элемент 26 модуля по своему схемному исполнению аналогичен блоку 10 (только без элемента ИЛИ на выходе), сигнал на выходе которого появляется при превышении разности сигналов на входах блока 9 разности порогового уровня независимо от знака разности. Пороговые элементы 16 и 17 представляют собой ненасыщенные транзисторные ключи на транзисторах противоположной полярности (р-n-p и n-p-n). Элемент 12 задержки представляет собой таймер, формирующий временной интервал анализа сигналов. Исполнительный блок 14 представляет собой, например, последовательно соединенные одновибратор и звуковой сигнализатор (сирена). Катушки 2, 3 и 4 могут выполняться многовитковыми или в виде многопроводного электрокабеля (более 10 жил) с последовательно соединяемыми проводниками (конец первого с началом второго и т. д.). Катушки 3 и 4 имеют одинаковое число витков (или выполнены в виде кабелей с одинаковым числом жил). Блок 9 разности и элемент 24 разности выполнены в виде вычитающих (дифференциальных) операционных усилителей (см., например, Алексенко А. Г. Микросхемотехника, М.: Радио и связь, 1982, с. 326, табл. 10.1).

Индуктивное устройство для охранной сигнализации работает следующим образом.

Излучающая катушка 2, запитываемая от генератора 1 переменного напряжения, формирует электромагнитное поле заданной частоты, которое наводит ЭДС в приемных катушках 3 и 4. Напряжения с выходов приемных катушек 3 и 4 усиливаются соответственно в усилителях 5 и 6, детектируется в синхронных детекторах 7 и 8, управляемых напряжением с выхода генератора 1. Напряжения с выходов синхронных детекторов 7 и 8 поступают на соответствующие входы блока 9 разности, в котором осуществляется сравнение их текущих (мгновенных) значений.

При появлении напряжения на выходе блока 9 разности и превышении им порогового уровня порогового элемента 16 (или 17) переключается триггер 11, сигналом с прямого выхода которого открываются ключи 20 и 21 управляемого блока 13 интегрирования. Напряжения с выходов синхронных детекторов 7 и 8 через открытые ключи 20 и 21 поступают соответственно на информационные входы накопителей 22 и 23.

Через интервал времени, задаваемый элементом 12 задержки с учетом средних скоростей движения человека или пролома стены, открывается ключ 25 и обнуляется триггер 11. При этом напряжения с выходов накопителей 22 и 23 сравниваются в элементе 24 разности, разностный сигнал с выхода которого через открытый ключ 25 поступает в элемент 26 модуля, где вычисляется абсолютное значение напряжения сигнала, и сравнивается с пороговым уровнем в пороговом элементе 27.

В случае симметричного размещения приемных катушек 3 и 4 относительно стены транспортного средства и размещенного внутри его охраняемого контейнера 15 и отсутствия внутри транспортного средства человека (с металлическими предметами) напряжения на выходах синхронных детекторов 7 и 8 близки по амплитуде, при этом напряжение на выходе блока 9 разности не достигает порогового уровня пороговых элементов 16 и 17 и триггер 11 не переключается, ключ 25 не открывается и исполнительный блок 14 не включается.

При наличии случайного разового выброса напряжения на выходе синхронного детектора 7 (или 8), например, при грозовом разряде или электромагнитной помехе появляется разностный сигнал на выходе блока 9 разности, при этом переключается триггер 11, сигналом с единичного выхода которого открываются ключи 20 и 21 управляемого блока 13 интегрирования на интервал времени, задаваемый элементом 12 задержки. Через открытые ключи 20 и 21 напряжения с выходов синхронных детекторов 7 и 8 суммируются в накопителях 22 и 23. Но поскольку сигналы на выходах синхронных детекторов 7 и 8 близки по величине (не считая случайного выброса от помехи), поскольку помеха практически одновременно и одинаково воздействует на катушки 3 и 4, то напряжение на выходе элемента 24 разности не достигает порогового уровня порогового элемента 27, с которым сравнивается через ключ 25, открывшийся с некоторой задержкой после переключения триггера 11, при этом исполнительный блок 14 не включается.

При попытке несанкционированного попадания человека в охраняемое транспортное средство (через дверь или путем пролома его стены) сигналы на выходах синхронных детекторов 7 и 8 значительно отличаются вследствие существенного изменения индуктивной связи между излучающей катушкой 2 и приемной катушкой 3 (или 4). При этом появляется сигнал на выходе блока 9 разности, под действием которого триггер 11 переключается. Сигналом с единичного выхода триггера 11 открываются ключи 20 и 21. Сигналы с выходов синхронных детекторов 7 и 8 через открытые ключи 20 и 21 суммируются в накопителях 22 и 23, выходные напряжения которых сравниваются в элементе 24 разности.

Через интервал времени, задаваемый элементом 12 задержки, отпирается ключ 25, при этом напряжение с выхода элемента 24 разности сравнивается с пороговым уровнем в пороговом элементе 27, при превышении которого включается исполнительный блок 14. Одновременно сигналом с выхода элемента 12 задержки обнуляется триггер 11, сигналом с нулевого выхода которого обнуляются накопители 22 и 23, при этом запираются ключи 20 и 21, сигнал управления на которые поступает с одиночного выхода триггера 11.

Если разница в индуктивной связи излучающей катушки 2 с приемными катушками 3 и 4 не изменяется, то устройство продолжает работать аналогично.

Устройство выдает сигнал тревоги и при сдвиге контейнера 15, перевозимого внутри охраняемого транспортного средства, поскольку в этом случае также нарушается равновесие между индуктивными связями излучающей катушки 2 и приемными катушками 3 и 4.

Таким образом, предлагаемое техническое решение обеспечивает повышение тактической надежности, поскольку улучшается помехоустойчивость за счет исключения ложных срабатываний от случайных (разовых) выбросов сигналов и формируется сигнал тревоги при появлении человека с ферромагнитным предметом внутри охраняемого транспортного средства, при попытке пролома его стены и при смещении груза.

На предприятии-заявителе изготовлен опытный макет устройства, испытания которого показали, что его помехоустойчивость повышена на 50-60%, при этом надежно регистрируются ( ≈0,95) попытки пролома стены охраняемого транспортного средства и смещение груза с ферромагнитной массой.

Область применения - для охраны грузов, перевозимых авиационным, железнодорожным и автомобильным транспортом, и для охраны временных гаражей (из брезента, полиэтилена и т.п.). Техническим результатом устройства является повышение технической надежности за счет увеличения его помехоустойчивости и вероятности регистрации смещения груза и попытки пролома стенки транспортного средства. Сущность изобретения - в устройство, содержащее излучающую катушку 2, размещенную внутри ее приемную катушку 3, усилитель 5, синхронный детектор 7, триггер 11, элемент 12 задержки, исполнительный блок 14 и генератор 1 переменного напряжения, введены усилитель 6, синхронный детектор 8, блок 9 разности, блок 10 выделения модуля, управляемый блок 13 интегрирования и приемная катушка 4. 1 ил.

ИНДУКТИВНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОХРАННОЙ СИГНАЛИЗАЦИИ, содержащее излучающую катушку, размещенную в ней первую приемную катушку, первый усилитель, первый синхронный детектор, триггер, элемент задержки, исполнительный блок и генератор переменного напряжения, подключенный выходом к излучающей катушке и к опорному входу первого синхронного детектора, выход первой приемной катушки соединен с входом первого усилителя, выход которого подключен к информационному входу первого синхронного детектора, отличающееся тем, что в него введены второй усилитель, второй синхронный детектор, блок разности, блок выделения модуля, управляемый блок интегрирования и вторая приемная катушка, размещенная в излучающей катушке, смещенная симметрично с первой приемной катушкой относительно ее продольной оси и подключенная выходом к входу второго усилителя, выход которого соединен с информационным входом второго синхронного детектора, подключенного опорным входом к выходу генератора переменного напряжения и выходом к первому входу блока разности и к первому информационному входу управляемого блока интегрирования, выход первого синхронного детектора соединен с вторым входом блока разности и вторым информационным входом управляемого блока интегрирования, выход которого подключен к входу исполнительного блока, выход блока разности соединен с входом блока выделения модуля, подключенного выходом к единичному входу триггера, единичный выход которого подсоединен к первому управляющему входу управляемого блока интегрирования и через элемент задержки к обнуляющему входу триггера, нулевой выход которого соединен с вторым управляющим входом управляемого блока интегрирования, подключенного третьим управляющим входом к обнуляющему входу триггера.