СПОСОБ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ НЕСАНКЦИОНИРОВАННОГО ПРОНИКНОВЕНИЯ НА ОХРАНЯЕМЫЙ ОБЪЕКТ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1997 года по МПК G08B13/22 G08B15/00 

Изобретение относится к системам охраны и предназначено для защиты зданий, отдельных помещений внутри зданий или отдельных объектов, например, металлических шкафов, сейфов, хранилищ, перегородок, решеток и т.д. от несанкционированного проникновения нарушителя и, в частности, от кражи со взломом.

Изобретение предназначено для активного препятствия попыткам проникновения в/на охраняемые объекты. Эффект охраны достигается за счет электризации незаземленных токопроводящих или имеющих токопроводящее покрытие элементов охраняемых объектов высоковольтными импульсами от специальных источников электропитания, что вынуждает злоумышленника без специальных средств защиты отказаться от своего намерения проникнуть в/на охраняемый объект.

В зависимости от места применения и важности охраняемого объекта изобретение может использоваться самостоятельно или совместно с системами охранной (тревожной) сигнализации, включающей различного типа датчики, например, акустические, световые, радиоволновые и др.

Известны способ и устройство для защиты закрытых помещений от несанкционированного проникновения, заключающиеся в том, что при срабатывании тревожной сигнализации нарушитель подвергается ограниченному по месту и времени воздействию на него оглушающего или анестезирующего средства, которое лишает его возможности действовать до прибытия полиции, принявшей сигнал тревоги [1]
Такая система охраны препятствует действиям нарушителя, который уже проник на объект. Она может эксплуатироваться только при постоянной связи с контрольным пунктом полиции, требует ее незамедлительного прибытия на место происшествия, что может оказаться затруднительным при большом количестве охраняемых объектов.

Основным недостатком этой системы является возможность нанесения ущерба здоровья, причем не только нарушителя, но и персонала при случайном ее срабатывании. Другим недостатком является необходимость обеспечения длительного хранения и периодического восполнения расходных материалов, вызывающих блокирующее действие.

Для защиты от вторжения в охраняемую зону широко известны электризуемые ограждения, которые включают изгороди (оголенные провода изолированные от опор), питаемые от генератора высоковольтных импульсов. При установке протяженного электризуемого заграждения, составляющего сотни и более метров охраняемого периметра, решаются одновременно две противоречивые задачи; первая исключить зазоры между заграждением и замлей, через которые можно проникнуть в охраняемый периметр не касаясь электризуемых элементов; вторая снизить до минимума утечки тока с заграждения на землю через растительность, влажную поверхность и т.п. Сопротивление утечек (между электризуемыми элементами и землей) в зависимости от времени года, влажности, наличия растительности и протяженности заграждения может быть в несколько раз меньше, чем сопротивление тела человека. Поэтому мощность (жесткость внешней характеристики) генератора высоковольтных импульсов выбирается в несколько раз выше, чем необходимо для поражающего воздействия на человека, тем более, что при большой протяженности заграждения допускается возможность одновременного касания несколькими злоумышленниками. Использование таких ограждений в городских условиях необязательно, что вынуждает к созданию зоны отчуждения и применению дополнительной защиты (например, сетки), защищающей находящиеся под напряжением провода от случайного касания [2]
Материальные затраты и неудобства в связи с необходимостью создания зоны отчуждения и сооружения дополнительного механического препятствия являются основными недостатками такого технического решения, часто неопределенными в конкретных задачах.

Основным направлением развития источников питания электризуемых объектов является повышение экономичности расхода электроэнергии при снижении их массы и габаритов и сохранении требуемого эффекта физиологического воздействия. Как правило, это обеспечивалось за счет сокращения длительности импульсов, упрощения их формы и снижения частоты следования. В связи с этим, в современных установках в зависимости от режима питания используется частота от одного до двадцати герц, что далеко от оптимального диапазона. Длительность и амплитуда импульсов выбирается из условия обеспечения надежного воздействия при одновременном касании к проволокам изгороди, подключенным к разным полюсам источника питания.

Использование земли в качестве обратного провода обычно предусматривается в так называемых однополюсных и комбинированных схемах питания электризуемых изгородей. В однополюсных схемах один из полюсов источника высоковольтных импульсов подключается к проволокам изгороди, связанным электрически между собой, а второй полюс подключается к рабочему заземлителю. В комбинированных схемах электрически связаны между собой, например, четные проволоки и подключены к одному полюсу источника, а нечетные к заземленному второму. Однако, очень часто (сухой песок, скальный грунт, снежный покров, мерзлота, обувь с толстой непромокаемой подошвой и т.п.) воздействие по цепи "электризуемая изгородь объект воздействия земля" не проходит, что существенно снижает эффективность средства охраны. Использовать известные способы питания в помещениях, где контакта с землей нет, практически бесполезно и небезопасно. При случайном одновременном касании к заземленным элементам (металлические трубы отопления, газо- и водоснабжения и т.п.) и электризуемым возможно поражение человека через фибрилляцию сердечной мышцы или при судорожном неуправляемом сокращении мышц прикованные к токопроводящим элементам и поражению по вторичным признакам (шок, удушье, спазм и т.п.).

После пробоя изоляционных покровов интенсивность импульсного электрического воздействия должна быть существенно снижена до уровня безопасного для жизни человека. Обеспечивается такой эффект чаще всего известным способом использования высоковольтного источника с круто падающей внешней характеристикой за счет большого внутреннего сопротивления.

Наиболее близким к предложенному решению являются способ и устройство для защиты охраняемой зоны от вторжений.

Устройство содержит электризуемую ограду, снабженную по меньшей мере одним проводом (электризуемым токопроводящим элементом), образующим контур, на который подаются с заданными временными интервалами высоковольтные импульсы от первичного источника электропитания через высоковольтный трансформатор, и генератор импульсов, включающий силовой конденсатор, управляемый ключ и клеммы питания. При контакте злоумышленника с электризуемыми элементами заграждения проводами, находящимися под напряжением, он подвергается электрическому удару. Это устройство подразумевает использование непосредственно контакта с землей с тем, что злоумышленник "подключается" своим телом между электризуемым проводом и землей [3] Эффект электрического воздействия будет определяться амплитудно-временными и энергетическими характеристиками высоковольтных импульсов, изоляционными свойствами одежды и обуви злоумышленника, а также качеством земли. Под качеством земли как обратного провода понимается наличие и толщина снежного покрова, льда, сухого песка и т.п. а также характеристики рабочего заземлителя источника питания.

Существующие средства электризуемых заграждений, предназначенных для охраны протяженных объектов, громоздки и имеют мощность, которую необходимо поддерживать из-за наличия утечек (по изоляторам опор, растительности и т.п. ) на грунт и по межпроволочной изоляции. В связи с этим практически отсутствует гарантия безопасности обслуживающего персонала и посторонних лиц при случайных проникновениях к электризуемому заграждению. Поэтому указанные средства не могут быть использованы для решения поставленной нами задачи: обеспечить прекращение попытки проникновения злоумышленника в/на охраняемый объект за счет предупреждающего болевого удара, не причиняющего, однако, непоправимого ущерба здоровью человека.

Амплитудно-временные и энергетические характеристики высоковольтных импульсов тока должны обеспечивать эффективное воздействие по однопроводной схеме при отсутствии надежного контакта с пробой традиционных изоляционных покровов (обычная одежда, обувь, перчатки) злоумышленника; непереносимость болевых ощущений; возможность самостоятельно освободиться от контакта с электризуемыми элементами охраняемого объекта; безопасность по критерию отсутствия фибрилляции сердечной мышцы. При этом средство охраны должно быть компактно, надежно в эксплуатации, экономично и не быть критичным к качеству земли как обратного провода.

Изобретение решает задачу расширения арсенала технических средств, предназначенных для защиты объектов от кражи со взломом.

Технический результат выражается в следующем. Предлагаемый способ обеспечивает быстрый перезаряд емкости тела злоумышленника (по однопроводной схеме) импульсами даже в том случае, когда человек не имеет непосредственного контакта с заземленными элементами, что обеспечивает болевой эффект. Устройство, выполненное по однопроводной схеме, формирует высоковольтные импульсы с амплитудно-временными и энергетическими характеристиками, обеспечивающими перезаряд емкости тела человека и достаточными для дистанционного воздействия на организм злоумышленника. Кроме того, импульсное электрическое воздействие может происходит по одной из трех схем, определяющих протекание тока по цепи: рука тело человека окружающее пространство; рука ноги; рука рука.

Требуемый технический результат достигается тем, что, в способе предотвращения несанкционированного проникновения в/на охраняемый объект, заключающемся в импульсном электрическом воздействии на организм злоумышленника при контакте его с электризуемым элементом, электрическое воздействие осуществляется путем перезаряда емкости тела человека по однопроводной схеме высоковольтными импульсами, содержащими по меньшей мере две знакопеременные полуволны, при этом воздействие обеспечивается при отсутствии непосредственного контакта злоумышленника с землей и/или заземленными токопроводящими элементами. Кроме того, импульсы воздействия генерируются источником с круто падающей внешней характеристикой. Импульс воздействия может содержать четное количество полуволн, при этом их амплитуды одинаковы. Импульс воздействия может содержать нечетное количество полуволн, при это их амплитуды уменьшаются от 10 20 кВ на первой, до 1 2 кВ на последней полуволне.

В охранном устройстве, содержащем электризуемые незаземленные токопроводящие элементы, подключенные к первичному источнику электропитания через высоковольтный трансформатор, и генератор импульсов, включающий силовой конденсатор, управляемый ключ, и клеммы питания, электризуемыми элементами служат токопроводящие элементы объекта, касание которых неизбежно при попытке проникновения, причем токопроводящие элементы подключены к свободному выводу вторичной обмотки высоковольтного трансформатора, обмотки которого соединен последовательно согласно, начало первичной обмотки трансформатора подключено к первому выходному полюсу генератора импульсов, точка электрического соединения конца первичной и начала вторичной обмоток трансформатора подключена ко второму выходному полюсу генератора импульсов, подключенному к заземленному выводу первичного источника питания, в одну шину генератора импульсов последовательно от второй выходной клеммы до второй входной клеммы включены в проводящем направлении управляемый ключ, диод и зарядный резистор, причем точка соединения ключа и диода связана электрически через неполярный конденсатор с другой шиной генератора, при этом схема снабжена электронным времязадающим устройством, которое подключено катодом к одной шине в точке соединения диода и зарядного резистора, анодом к другой шине, управляющим выводом к управляющему выводу ключа, а первичным источником питания служит энергосеть. Кроме того, времязадающее устройство может быть выполнено в виде соединенных последовательно резистора, первого динистора в проводящем направлении и конденсатора, подключенных между анодом и катодом, а точка соединения первого динистора и конденсатора подключена через соединенные последовательно второй динистор в проводящем направлении, и токоограничивающий резистор к управляющему выводу. Времязадающее устройство может быть выполнено в виде подключенных между анодом и катодом последовательно соединенных резистора и цепи из соединенных параллельно диода в проводящем направлении, динистора в непроводящем направлении, а также соединенных последовательно конденсатора и второго резистора, причем точка соединения конденсатора и второго резистора подключена через токоограничивающий резистор к управляющему выводу. Времязадающее устройство может быть выполнено в виде подключенных между анодом и катодом последовательно соединенных диода в непроводящем направлении и резистора, причем точка их соединения подключена через токоограничивающий резистор к управляющему выводу. Управляемый ключ охранного устройства может быть выполнен из соединенных параллельно встречно диода и тиристора, анод которого служит анодом ключа. Управляемый ключ охранного устройства может быть выполнен в виде симистора, анод которого служит анодом ключа. Включение в работу осуществляется замыкателем, управляемым от тревожной сигнализации, подключающим входные клеммы генератора импульсов к первичному источнику питания, один из выводов которого заземлен. Охранное устройство снабжено вторым высоковольтным трансформатором, идентичным первому, причем их первичные обмотки подключены к выходным клеммам генератора импульсов параллельно встречно, а свободный вывод второго высоковольтного трансформатора подключен к незаземленным токопроводящим или имеющим токопроводящее покрытие элементам охраняемого объекта, изолированным от токопроводящих элементов, подключенных к свободному выводу первого высоковольтного трансформатора.

На фиг. 1 представлена принципиальная электрическая схема охранного устройства; на фиг. 2 принципиальные электрические схемы времязадающего устройства, выполненные в соответствии с различными пунктами формулы изобретения (а по п. 6, б по п. 7, в по п. 8); на фиг. 3 - принципиальные электрические схемы управляемого ключа, выполненные в соответствии с различными пунктами формулы изобретения (а по п. 9, б по п. 10); на фиг. 4 диаграммы токов и напряжений в основных элементах охранного устройства по п. 6 формулы изобретения; на фиг. 5 диаграммы токов и напряжений в основных элементах охранного устройства по п. 7 формулы изобретения; на фиг. 6 диаграммы токов и напряжений в основных элементах охранного устройства по п. 8 формулы изобретения.

Охранное устройство для предотвращения несанкционированного проникновения в/на охраняемый объект содержит первичный источник 1 электропитания, в качестве которого используется энергосеть, высоковольтный трансформатор 2 с круто падающей внешней характеристикой, высоковольтный вывод 3 вторичной обмотки которого подключен к токопроводящим или имеющим токопроводящее покрытие элементам охраняемого объекта (на схеме не показан). Обмотки трансформатора 2 соединены последовательно согласно, начало первичной обмотки подключено к первой выходной клемме 4 генератора импульсов 5, который включает управляемый электронный ключ 6, энергонакапливающий элемент, в качестве которого используется неполярный конденсатор 7, и шины генератора 5, соединяющие электрически соответствующие входные 8 и 9 клеммы с выходными 4 и 10. В одну шину генератора 5 последовательно от выходной клеммы 10 до входной клеммы 9 в проводящем направлении включены ключ 6, диод 11 и зарядный резистор 12, точка соединения катода 13 ключа 6 с анодом диода 11 связана через конденсатор 7 с другой шиной генератора 5, к которой подключены также анод 14 времязадающего устройства 15, катод 16 которого подключен к точке соединения катода диода 11 и резистора 12, управляющие выводы времязадающего устройства 15 и управляемого ключа 6 соединены электрически, входные клеммы 8 и 9 генератора 5 подключены к первичному источнику 1 электропитания через замыкатель 17, управляемый автоматически при срабатывании тревожной сигнализации 18. При необходимости может быть установлен второй высоковольтный трансформатор 19, идентичный первому 2, который подключают к выходным клеммам 4 и 10 генератора 5 параллельно встречно трансформатору 2, высоковольтные выводы 3 и 20 трансформаторов 2 и 19 подключены к токопроводящим элементам охраняемого объекта, изолированным друг от друга.

В качестве высоковольтных трансформаторов использованы трансформаторы с разомкнутым сердечником и высокоомной вторичной обмоткой. Напряжение на входе таких трансформаторов зависит существенно от нагрузки (круто падающая внешняя характеристика) и даже нагрузка в 1000 Ом сопротивление тела человека приводит к снижению амплитуды импульсов напряжения с десятков киловольт до сотен вольт. Это явление обеспечивает достаточное напряжение для пробоя одежды и воздушного промежутка до 15 25 мм, которое резко снижается до безопасного для жизни, но практически непереносимого уровня по болевому воздействию после подключения тела человека.

Времязадающее устройство 15 может быть выполнено в виде соединенных последовательно резистора 21, первого динистора 22 в проводящем направлении и конденсатора 23, подключенных между анодом и катодом, а точка соединения динистора 22 и конденсатора 23 подключена через соединенные последовательно второй динистор 24 в проводящем направлении, и токоограничивающий резистор 25 к управляющему выводу. Времязадающее устройство 15 может быть выполнено в виде подключенных между анодом и катодом последовательно соединенных резистора 21 и цепи из соединенных параллельно диода 26 в проводящем направлении, динистора 22 в непроводящем направлении, а также соединенных последовательно конденсатора 23 и второго резистора 27, причем точка соединения конденсатора 23 и резистора 27 подключена через резистор 25 к управляющему выводу. Времязадающее устройство 15 может быть выполнено в виде подключенных между анодом и катодом последовательно соединенных диода 26 в непроводящем направлении и резистора 21, причем точка их соединения подключена через резистор 25 к управляющему выводу.

Управляемый ключ 6 охранного устройства может быть выполнен из соединенных параллельно встречно диода 28 и тиристора 29, анод которого служит анодом ключа 6. Управляемый ключ 6 охранного устройства может быть выполнен в виде симистора 30, анод которого служит анодом ключа 6.

В качестве электризуемых элементов охраняемых объектов используются такие их токопроводящие части, касание которых неизбежно при попытке вскрытия, взлома или других действий злоумышленника. К ним относятся: замковые устройства, ручки дверей и окон, корпуса сейфов, защитные решетки, перегородки и т.п.

Охранное устройство работает следующим образом. При срабатывании тревожной сигнализации 18, "обнаружившей" злоумышленника в зоне охраняемого объекта, замыкается замыкатель 17, подключая первичный источник 1 (однофазная энергосеть 220 В, 50 Гц) к входным клеммам 8 и 9 генератора 5. Положительная полуволна напряжения, пропускаемая диодом 11 заряжает конденсатор 7 для напряжения U7 (около 300 В) с постоянной времени RC, определяемой сопротивлением зарядного резистора 12 и емкостью конденсатора 7. Одновременно, под воздействием положительной или отрицательной полуволны (в зависимости от схемы устройства 15) формируется импульс напряжения на управляющем выводе времязадающего устройства 15.

Этот импульс, поступая на управляемый вывод ключа 6 открывает его. Конденсатор 7 разряжается в колебательном режиме через нагрузку; первичную обмотку(ки) трансформатора(ров) 2 (2 и 19) подключенную(ные) к клеммам 4 и 10. В этом процессе конденсатор 7 за время перезаряда на обратную полярность формирует положительную полуволну тока (Фиг. 4 6, диаграмма 129) в нагрузке, протекающую через открытый тиристор 29 ключа 6 (Фиг. 3а) или открытый симистор 30 (Фиг. 3б). Практически равная по амплитуде положительной, отрицательная полуволна тока (Фиг. 4 6, диаграмма 128) в нагрузке формируется за счет перезаряда конденсатора 7 (через диод 28 или открытый симистор 30) на первоначальную полярность с некоторой потерей амплитуды. Декремент затухания амплитуд полуволн тока определяется в основном емкостью конденсатора 7 и характеристиками нагрузки. В паузе между срабатываниями ключа 6 (50 раз в секунду) конденсатор 7 заряжен до уровня несколько ниже максимального и готов к дозаряду от первичного источника 1. Если длительность управляющего импульса не превышает длительности процесса перезаряда конденсатора 7 на первоначальную полярность (исполнение времязадающего устройство по схемам Фиг. 2а и 2б), то тиристор 29 ключа 6 запирается током обратного направления, а симистор 30 при первом переходе тока через нулевое значение после окончания управляющего импульса. Если длительность управляющего импульса превышает длительность процесса перезаряда конденсатора 7 на первоначальную полярность (исполнение времязадающего устройства по схеме Фиг. 2в), то тиристор 29 ключа 6 будет запер первой же полуволной тока обратного направления, а симистор 30 при первом переходе тока через нулевое значение после окончания управляющего импульса. Во вторичной(ных) обмотке(ках) трансформатора(ров) 2 и 19 индуктируются знакопеременные высоковольтные импульсы, аналогичные по форме и длительности полуволнам тока перезаряда конденсатора 7. Включение трансформаторов 2 и 19 обеспечивает в каждый момент времени напряжение на высоковольтных выводах 3 и 20 соответственно в противофазе. Это означает, что, при амплитуде напряжения на каждом выводе 20 кВ по отношению к потенциалу земли, разность потенциалов между выводами 3 и 20 составит 40 кВ. Положительная полуволна напряжения (фиг. 4 6, диаграмма U12) приложена к аноду времязадающего устройства, однако ток, ограниченный резистором 21, будет протекать только в устройствах по пп.6 и 7 формулы изобретения, причем импульс управления будет формироваться только в устройстве по п. 6. После достижения напряжения уровня срабатывания динистора 22 начнется заряд конденсатора 23 с постоянной времени R21*C23 до уровня срабатывания динистора 24 (Фиг. 4, диаграмма U23). Сработавший динистор 24 разрядит энергию конденсатора 23 через резистор 25 на управляющую цепь ключа 6 и запустит его. Для устойчивого отпирания ключа 6 и формирования двухполярного импульса в нагрузке достаточно длительности импульса управления в десятки микросекунд. Времязадающее устройство по п. 6 недостаточно устойчиво в работе при сильных колебаниях (десятки вольт) напряжения энергосети. В устройстве по п. 7 этот недостаток отсутствует даже при снижении напряжения до 100 вольт. Здесь положительная полуволна напряжения пропускается через диод 26, шунтирующий динистор 22 и конденсатор 23, а отрицательная заряжает конденсатор 23 с постоянной времени R21*C23 (сопротивлением резистора 27 можно пренебречь) до напряжения срабатывания динистора 22 (фиг.5, диаграмма U23). Сработавший динистор 22 разрядит энергию конденсатора 23 через резистор 27 и динистор 22, сформировав импульс требуемой длительности и амплитуды, который через резистор 25 откроет ключ 6. Это времязадающее устройство выполнено из несколько большего количества элементов и потребляет энергию в обеих полуволнах питающего напряжения, однако оно наименее чувствительно к колебаниям напряжений питающей сети.

Устройство по п.8 формулы изобретения потребляет энергию только отрицательной полуволны (фиг.6, диаграмма U25) и позволяет регулировкой резистора 25 выбрать количество полуволн тока в нагрузке. Устойчивость работы устройства по п.8 высокая, однако, количество полуволн тока в нагрузке будет снижаться при существенном снижении напряжения первичного источника. Устройство по п. 8 формулы изобретения имеет сравнительно низкий уровень остаточного напряжения на конденсаторе 7 после многократных циклов его перезаряда, что ведет к заметному повышению расхода энергии первичного источника 1. Однако оно самое простое и достаточно эффективно при средней стабильности питающей сети. Экспериментально установлено, что прибавка физиологического эффекта оказалась менее заметной, чем увеличение расхода электроэнергии.

В конкретном исполнении устройства на объекте охраны могут быть реализованы одна или две из перечисленных выше схем воздействия тока на организм злоумышленника. Как правило, это сочетание первой схемы со второй или с третьей. При этом происходит чаще всего контакт с объектом охраны по первому (предупреждающему и щадящему по силе) типу воздействия. Продолжение попыток проникновения может привести к воздействию существенно (в 2 3 раза) более сильному.

Это воздействие обеспечивает болезненное сокращение мышц, вынуждающее отказаться от следующих попыток или существенно увеличить время на реализацию замысла.

Интенсивность воздействия не достигает уровня, вызывающего приковывание злоумышленника к объекту за счет предельного судорожного сокращения мышц. Амплитуда воздействующего тока намного (более, чем в 20 раз) ниже уровня, вызывающего фибрилляцию сердечной мышцы человека, что исключает серьезную опасность для его жизни при эксплуатации устройства.

Известно, что надежный пробой изоляционных покровов человека (одежда, перчатки, кожа рук) обеспечивается при напряжении не менее 10 кВ, если в цепь воздействующего тока входит также обувь, то этот потенциал не должен быть ниже 20 кВ. При этом пробой изоляции происходит за время не более 2,0 мкс. Все испытали в быту такое воздействие при касании предметов заряженных статическим электричеством. Особенностью воздействия статического заряда в быту является ограниченность энергии удара. Считалось, что это обеспечивается за счет ограниченности накопленного заряда и большого внутреннего сопротивления источника. Однако, опытным путем было установлено, что повторные касания наэлектризованных объектов (стеклянные двери, корпуса автомобилей, синтетические покрытия столов и т.п.) через несколько минут приводили к аналогичным болезненным ударам тока.

Подобные эксперименты были воспроизведены в более чистом виде, когда касание производилось к выводу высоковольтного конденсатора, заряженного до 2 3 кВ. Первое касание вызывало эффект аналогичный удару статистического заряда. Повторное касание через 1 2 с практически не имело эффекта Такое же касание другого вывода конденсатора вызывало эффект несколько больший, чем первое. Эти эффекты наиболее полно объясняются с точки зрения электрофизики тем, что происходит заряд емкостной компоненты эквивалентной электрической схемы замещения тела человека при первом касании и перезаряд на другую полярность при касании другого вывода конденсатора. Стекание заряда с емкости тела человека происходит в зависимости от ряда факторов (влажность воздуха, изоляционные качества обуви, близость земли и т.п.) за десятки секунд. Поэтому повторные касания через единицы секунд не давали эффекта, а через несколько минут вызывали болезненный удар тока. Следовательно, энергия электрического удара при отсутствии канала пробоя изоляционных покровов на второй электрод источника определяется прежде всего значением емкости тела человека, а не показателями источника. Если на выходе (даже на одном выводе) источника питания получить знакопеременные высоковольтные импульсы, то прикосновение к нему вызове серию (по количеству импульсов) болезненных ударов током, перезаряжающим емкость тела человека, даже при отсутствии пробоя обуви на землю или второй вывод источника. Установлено, что этот эффект максимален при заземлении одного из выводов первичного источника питания.

Экспериментально, в ходе исследования физиологического действия высоковольтных импульсов тока различной длительности и амплитуды, было установлено что длительность их не должна быть меньше 50 мкс из-за резкого снижения физиологического эффекта и больше 200 мкс из-за существенного возрастания токоограничивающего действия малой (десятки пикофарад) емкости тела человека.

Ранее было установлено, что пачка из нескольких (3 10) импульсов физиологически эффективнее, чем один общей длительности за все импульсы пачки. Если это будут однополярные импульсы, то уже первый импульс пачки зарядит емкость тела человека, а последующие не окажут на него практического влияния. При частоте следования таких воздействий, близкой к 50 Гц, будет незаметен эффект и от последующих пачек.

Поэтому желательно генерировать пачки знакопеременных импульсов, которые обеспечат эффект электрического воздействия в процессе перезаряда емкости тела человека этими импульсами.

Пачка импульсов может называться импульсом с некоторым количеством одного или знакопеременных. Далее по тексту под импульсом будет пониматься совокупность знакопеременных полуволн.

Если в составе этих импульсов количество полуволн нечетное, а их амплитуда будет уменьшаться от 10 20 кВ на первой и до единиц кВ на последней, это обеспечит практически полный разряд емкости тела человека к моменту поступления следующего импульса.

Если количество полуволн будет четным, то их амплитуды могут быть одинаковыми, так как следующий импульс будет начинаться полуволной противоположной полярности по отношению к полярности последней полуволны предыдущего импульса. В этом случае емкость человека, заряженная последней полуволной предыдущего импульса начнет перезаряжаться на обратную полярность первой полуволной последующего.

Поскольку наиболее эффективно электрическое воздействие при частоте следования 50 70 имп/с, частота следования импульсов должна находиться в этих же пределах.

В известных устройствах электризации проволочных изгородей требования к форме и длительностям импульсов оговариваются редко. Обычно используют импульсы "вырезанные" из синусоидального напряжения сети 50 Гц в виде одного или двух полупериодов, или формируют косинусоидальные импульсы за счет исключения первой четверти (иногда и четвертой четверти) периода этого же напряжения. При формировании импульсов от первичного источника постоянного тока использовали чаще прямоугольные импульсы в том числе и знакопеременные, однако после того, как было установлено, что форма импульсов (одинаковой амплитуды и длительности) не сказывается существенно на физиологическом эффекте, то этому показателю особое внимание перестали уделять. Следует заметить, что получение знакопеременных импульсов существенно усложняет устройство источника питания, поэтому в последних разработках рекомендуют к использованию однополярные импульсы или их пачки. Реализация изобретения иллюстрируется следующими примерами, описывающими электрическое воздействие на организм человека по одной из трех схем, определяющих протекание большей части тока по цепи: прикасающаяся конечность (рука) тело человека окружающее пространство; рука ноги; рука рука.

Пример 1.

В одном из помещений офиса находится стальной шкаф или сейф с ценными бумагами или оборудованием. Тревожная сигнализация 18 обеспечивает оповещение подразделения охраны, которое может прибыть на объект за время 4 5 мин. Как правило, злоумышленники рассчитывают свои действия на время не более 3 4 мин с момента проникновения на объект. Этого времени хватает на целенаправленные действия по вскрытию (взлому) запора шкафа и хищения. Если этот шкаф или сейф будут подключены к высоковольтному выводу 3 трансформатора 2, то после срабатывания тревожной сигнализации незаземленные токопроводящие или имеющие токопроводящее покрытие элементы объекта будет электризоваться высоковольтными импульсами следующими с частотой 50 Гц. При попытке прикоснуться к объекту уже на расстоянии 15 25 мм между ним и рукой злоумышленника (однопроводная система воздействия) возникает дуговой разряд, ярко светящийся в сумерках или в полной темноте, сопровождающийся характерным треском высоковольтного пробоя воздушного промежутка. Через человека ток перезаряда емкости его тела высоковольтными импульсами, причем амплитуда их напряжения снижается с 10 20 кВ до сотен Вольт, что исключает опасность для здоровья. При этом в пальцах злоумышленника в месте входа дугового разряда возникают болезненные ощущения, сравнимые с уколами иглы, а мышцы руки вплоть до плеча испытывают неприятные судорожные сокращения, граничащие с неуправляемыми. Как правило, в результате этого комплексного воздействия возникает устойчивая рефлекторная реакция отдергивания с резким снижением мотивации продолжения действий. В большинстве случаев следует отказ от намерений, либо начинается поиск возможностей снизить эффект за счет использования дополнительных изоляционных материалов (одеваются перчатки, используются элементы одежды, платок, шарф и т.п.), или начинается поиск возможностей отключить источник электроэнергии. Следует заметить, что дополнительная изоляция чаще всего приводит к увеличению эффекта воздействия, так как электрический пробой начинает происходить при более высоком напряжении, чем для кожи рук. В любом из перечисленных случаев с высокой вероятностью будет достигнут охранный эффект: отказ от намерений или существенное увеличение времени на их исполнение.

Пример 2.

Если в этом же помещении имеется второй объект охраны, не связанный гальванически с первым, то он может быть подключен к выходу 20 трансформатора 19. Эффект воздействия от попыток прикосновения к нему будет идентичен изложенному в Примере 1, а при одновременном касании этих объектов одним человеком воздействие (по цепи рука-рука) после пробоя кожных покровов будет существенно (в 2 3 раза) более сильным.

По этой же схеме и с тем же эффектом могут быть подключены раздельно дверной замок и не связанная с ним гальванически дверная ручка.

Пример 3.

В полностью деревянных строениях целесообразно устроить на полу вблизи от охраняемого объекта проводящие или полупроводящие покрытия (сетка, фольга, краска и т.п.), защищенные слоем изоляции, подключив их к высоковольтному выводу одного из трансформаторов устройства охраны. Другой трансформатор высоковольтным выводом подключен к охраняемому объекту. Такое электризуемое покрытие не будет ощущаться злоумышленником, наступившим на него, так как в цепи воздействия окажутся включенными последовательно сопротивления двух подошв обуви и изоляционная защита покрытия. При попытке прикосновения к объекту охраны, злоумышленник окажется под воздействием двойного потенциала, который вызовет пробой подошв (их сопротивление теперь будет включено параллельно в цепь электрического воздействия) обуви и защитной изоляции электризуемого покрытия. Эффект воздействия будет близок к описанному в Примере 2 для одновременного касания двух объектов, подключенных к разным трансформаторам.

Предложенное устройство охраны отвечает следующим основным требованиям: электризация токопроводящих элементов осуществляется высоковольтными импульсами тока, амплитудно-временные характеристики которых обеспечивают эффективное воздействие по однопроводной схеме при отсутствии надежного контакта с землей, пробиваются изоляционные покровы злоумышленника, вызываются сильные болевые ощущения, обеспечивается возможность самостоятельно освободиться от контакта с электризуемым элементом и безопасность по критерию отсутствия фибрилляции сердечной мышцы.

Изобретение относится к способу предотвращения несанкционированного проникновения в/на охраняемый объект и охраняемому устройству. Техническим результатом является обеспечение возможности быстрого перезаряда емкости тела злоумышленника, даже когда человек не имеет непосредственного контакта с заземленными элементами. Способ заключается в импульсном электрическом воздействии на организм злоумышленника при попытке контакта его с электризуемым элементом объекта путем перезаряда емкости тела человека по однопроводной схеме высоковольтными импульсами, содержащими по меньшей мере две знакопеременные полуволны, при этом воздействие обеспечивается при отсутствии непосредственного контакта злоумышленника с землей и/или заземленными токопроводящими элементами. Охранное устройство содержит первичный источник питания (энергосеть), к которому через высоковольтный трансформатор с круто падающей внешней характеристикой подключены электризуемые незаземленные токопроводящие элементы объекта (металлические или имеющие токопроводящее покрытие), контакт с которыми неизбежен при попытке проникновения на объект, электронное времязадающее устройство и управляемый ключ. 2 с. и 10 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Способ предотвращения несанкционированного проникновения на охраняемый объект, заключающийся в импульсном электрическом воздействии на организм злоумышленника при контакте его с электризуемым элементом объекта охраны, отличающийся тем, что электрическое воздействие осуществляют путем перезаряда емкости тела человека по однопроводной схеме высоковольтными импульсами, содержащими по меньшей мере две знакопеременные полуволны, при этом воздействие обеспечивают при отсутствии непосредственного контакта злоумышленника с землей и/или заземленными токопроводящими элементами. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что высоковольтные импульсы генерируют источником тока с крутопадающей внешней характеристикой. 3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что высоковольтный импульс содержит четкое количество полуволн, при этом их амплитуды одинаковы. 4. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что импульс воздействия содержит нечетное количество полуволн, при этом их амплитуды уменьшаются от 10 20 кВ на первой до 1 2 кВ на последней полуволне. 5. Охранное устройство, содержащее электризуемые токопроводящие элементы, подключенные к первичному источнику электропитания через высоковольтный трансформатор и генератор импульсов, включающий силовой конденсатор, управляемый ключ и клеммы питания, отличающееся тем, что электризуемыми токопроводящими элементами служат элементы объекта, касание которых неизбежно при попытке проникновения, причем токопроводящие элементы подключены к свободному выводу вторичной обмотки высоковольтного трансформатора, обмотки которого соединены последовательно согласно, начало первичной обмотки трансформатора подключено к первому выходному полюсу генератора импульсов, точка электрического соединения конца первичной и начала вторичной обмоток трансформатора подключена к второму выходному полюсу генератора импульсов, подключенному к заземленному выводу первичного источника питания, в одну шину генератора импульсов последовательно от выходной клеммы до входной включены в прямом направлении управляемый ключ, диод и зарядный резистор, причем точка соединения ключа и диода связана электрически через силовой конденсатор с другой шиной генератора, при этом схема снабжена электронным времязадающим устройством, которое подключено катодом к точке соединения диода и зарядного резистора в одной шине, анодом к другой шине, управляющим выводом к управляемому выводу ключа, а первичным источником питания служит энергосеть. 6. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что времязадающее устройство выполнено в виде соединенных последовательно резистора, первого динистора и конденсатора, подключенных между анодом и катодом, а точка соединения первого динистора и конденсатора подключена через соединенные последовательно второй динистор и токоограничивающий резистор к управляющему выводу. 7. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что времязадающее устройство выполнено в виде подключенных между анодом и катодом последовательно соединенных резистора и цепи из соединенных параллельно диода в прямом направлении, динистора в непроводящем направлении, а также соединенных последовательно конденсатора и второго резистора, причем точка соединения конденсатора и второго резистора подключена через токоограничивающий резистор к управляющему выводу. 8. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что времязадающее устройство выполнено в виде подключенных между анодом и катодом последовательно соединенных диода в непроводящем направлении и резистора, причем точка их соединения подключена через токоограничивающий резистор к управляющему выводу. 9. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что управляемый ключ выполнен из соединенных параллельно встречно диода и тиристора, анод которого служит анодом ключа. 10. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что управляемый ключ выполнен в виде симистора, анод которого служит анодом ключа. 11. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что введен замыкатель с возможностью управления от системы тревожной сигнализации, предназначенный для соединения входных клемм генератора импульсов с первичным источником питания. 12. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что оно снабжено вторым высоковольтным трансформатором, идентичным первому, причем их первичные обмотки подключены к выходным клеммам генератора импульсов параллельно встречно, а свободный вывод второго высоковольтного трансформатора подключен к незаземленным токопроводящим элементам охраняемого объекта, изолированным от токопроводящих элементов, подключенных к свободному выводу первого высоковольтного трансформатора.