СПОСОБ ДИСТАНЦИОННОГО ОБНАРУЖЕНИЯ СОХРАННОСТИ ЭЛЕКТРОННОЙ ПЛОМБЫ-ЗАПОРА, ЭЛЕКТРОННАЯ ПЛОМБА-ЗАПОР И УСТРОЙСТВО ДИСТАНЦИОННОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЕЕ СОХРАННОСТИ Российский патент 1999 года по МПК G10K11/18 G09F3/03 

Предлагаемое изобретение предназначено для обеспечения дистанционного контроля наличия и состояния современных запорно-пломбировочных устройств, используемых в качестве блокирования и пломбирования грузовых помещений подвижного состава железных дорог, в частности грузовых помещений подвижного состава железных дорог, в частности грузовых помещений вагонов, эксплуатируемых на магистральных железных дорогах.

Известно устройство для пломбирования дверей грузовых вагонов, содержащее регистрируемый дистанционно источник радиоактивного излучения, (см, GB 2147265).

Известна система и электромеханическое устройство для запирания и отпирания дверей контейнера, содержащая электронный блок, установленный на двери внутри контейнера, имеющий специальный запорный штифт, с одной стороны вставляемый в гнездо блока, а с другой стороны механически связанный (например, цепью) с соответствующей рукояткой замка двери. Штифт, удерживаемый электронным блоком, ограничивает передвижение рукоятки замка двери контейнера и исключает ее открывание. Ключом на панели, расположенной на наружной стороне двери контейнера, набирается заданный код, в результате чего штифт деблокируется и после вынимания из гнезда электронного блока не препятствует открыванию двери контейнера, см. US 4161870.

Известна пломба-запор, устанавливаемая на контейнере, имеющая электронное устройство для идентификации состояния ее закрытия, включающее в себя источник питания и электрические контурные цепи, реагирующие на сверкающий сигнал, см. EP 269317.

Известна пломба-запор, оснащенная ярлыком, круглые метки на котором являются средством передачи информации, см. US 4811977.

Известна система пломбирования, не поддающаяся фальсификации, в которой используется свинцовая основа с включениями и считывающее устройство (например, рентгеновский прибор), чувствительное к наличию включений различных веществ, см. FR 2126794.

Все указанные известные аналоги не позволяют обеспечить автоматического обнаружения неисправности устройства при повреждении навески пломбы-запора, не обладают удобством в эксплуатации, требуют специальной, не всегда доступной технологии их изготовления.

Известен способ электронной защиты пломбы-запора, включающий нанесение на нее метки, по целостности которой судят о сохранности пломбы запора, и устройство определения сохранности электронной пломбы-запора, содержащее электронный блок и средство индикации, см. EP 0082763, которые являются прототипом предлагаемых "Способа..." и "Устройства...".

Прототипом предлагаемой пломбы-запора является пломба-запор "Лавр", описанная в RU 2053570 и содержащая корпус с головкой, запирающий и фиксирующий элементы.

Указанные прототипы обладают теми же недостатками, что присущи отмеченным выше аналогам, кроме того ни один из них не позволяет обеспечить дистанционное обнаружение сохранности пломбы-запора, используемой для запирания вагонов железнодорожного транспорта и других объектов.

Все три предлагаемые изобретения связаны между собой единым изобретательским замыслом, заключающимся в создании электронной системы пломбирования и дистанционного контроля наличия и состояния запорно-пломбировочных устройств на подвижном составе, и при эксплуатации позволяют обеспечить сокращение простоев составов поездов под коммерческими операциями, более высокую степень обеспечения сохранности перевозимых грузов, сокращение времени на проведение и повышение качества осмотра состояния запорно-пломбировочных устройств на грузовых вагонах в пунктах коммерческого осмотра, перехода вагонов с дороги на дорогу и передачи вагонов с подъездных путей промышленных предприятий на станции примыкания. При этом обеспечивается повышение удобства эксплуатации и упрощение технологии изготовления предлагаемых изобретений.

Сущность предлагаемых изобретений выражается в виде следующей совокупности существенных признаков, достаточной для достижения обеспечения технического результата:
- способ электронной защиты пломбы-запора включает нанесение на нее метки и определение сохранности пломбы-запора по целостности метки, определяемой с использованием устройства определения сохранности пломбы-запора, при этом метка выполнена в виде электрического колебательного контура, определение сохранности пломбы-запора производят дистанционно, целостность метки определяют по наличию сигнала на выходе устройства определения сохранности пломбы-запора, обусловленного электромагнитным воздействием катушек индуктивности колебательного контура метки и приемопередающей антенны устройства определения сохранности пломбы-запора, кроме того, метку наносят на пломбу путем размещения ее в слое изоляционного материала с повышенной устойчивостью к климатическим воздействиям,
- устройство определения сохранности электронной пломбы-запора содержит электронный блок и средство индикации, электронный блок снабжен приемопередающей антенной системой, состоящей из двух установленных с возможностью электромагнитного взаимодействия двух пространственно разнесенных пар катушек индуктивности, включенных по дифференциально-мостовой схеме, при этом электронный блок включает последовательно соединенные генератор опорной частоты, делитель опорной частоты с фиксированным коэффициентом деления, аналоговый интегратор, генератор частотно-модулированного сигнала и усилитель мощности, выход которого соединен с одной парой катушек индуктивности антенной системы, а вторая пара катушек индуктивности, связанная с первой парой, соединена со входом амплитудного детектора с регулируемым коэффициентом передачи, выход которого соединен со входом первого малошумящего видеоусилителя, выход которого соединен с общим входом двух коммутируемых полосовых фильтров, выделяющих поочередно первую и вторую гармоники продетектированного сигнала, управляющие входы которых соединены с выходом делителя опорной частоты, а общий выход соединен со входом второго видеоусилителя, выход которого соединен со входом детектора огибающей, выход которого соединен со входами первого и второго аналоговых коммутаторов, управляющий вход каждого из которых соединен с выходом делителя опорной частоты, при этом выходы аналоговых коммутаторов соединены со входами вычитателя и сумматора, при этом выход сумматора через первый аналоговый интегратор соединен со входом амплитудного детектора с регулируемым коэффициентом передачи, а вход вычитателя - с блоком индикации, причем блок индикации включает пороговое устройство и по крайней мере один индикатор, кроме того, блок индикации содержит звуковой и световой индикаторы, встроенный имитатор резонансной метки, при этом антенная система включает электромеханическое реле подключения метки, блок питания, включающий стабилизатор напряжения, выходы которого соединены со входами питания генератора тактовой частоты и генератора частотно-модулированного сигнала, каскадов видеоусилителя, коммутирующего фильтра, сумматора и блока вычитания, а также пороговое устройство, выполненное с возможностью отключения устройства при понижении напряжения ниже заданного, генератор частотно-модулированного сигнала модулирует сигнал по частоте в диапазоне 10 МГц сигналом 1024 Гц треугольной формы, устройство также снабжено корпусом, в котором размещена приемопередающая антенная система, корпус снабжен заглушкой, выполненной из изоляционного материала с тонкой перегородкой, вблизи которой расположена первая пара катушек антенной системы, и с посадочным местом под головку электронной пломбы, а также крышкой, в которой расположен по крайней мере один световой индикатор, корпус приемопередающей антенной системы снабжен ручкой, в которой размещены переключатель и звуковой индикатор, электронный блок размещен в отдельном корпусе, связанном электрическим кабелем с приемопередающей антенной системой.

- пломба-запор содержит корпус с головкой, фиксирующий и запирающий элементы и снабжена пассивной резонансной меткой в виде колебательного контура, размещенной в головке пломбы-запора, при этом резонансная метка находится внутри изоляционного материала, устойчивого к климатическим воздействиям.

Сущность предлагаемых изобретений поясняется с помощью графических материалов, где на фиг. 1 показана блок-схема устройства дистанционного обнаружения сохранности пломбы-запора, на фиг. 2 показан общий вид устройства дистанционного обнаружения сохранности пломбы-запора, на фиг. 3 показана электронная пломба-запор, на фиг. 4 - узел 1 на фиг. 2, на фиг. 5 показана антенная система.

Устройство дистанционного обнаружения сохранности пломбы-запора содержит электронный блок, включающий приемопередающую антенную систему, состоящую из двух пространственно пространственных пар катушек индуктивности 1, включенных по дифференциально-мостовой схеме, при этом электронный блок включает последовательно соединенный генератор опорной частоты 2, делитель опорной частоты 3 с фиксированным коэффициентом деления, аналоговый интегратор 4, генератор частотно-модулированного сигнала 5 и усилитель мощности 6 (не показан), выход которого соединен с одной парой катушек индуктивности 1 антенной системы, а вторая пара катушек индуктивности 1 связана с первой парой, соединена со входом амплитудного детектора 7 с регулируемым коэффициентом передачи, выход которого соединен со входом первого малошумящего видеоусилителя 8, выход которого соединен с общим входом двух коммутируемых полосовых фильтров 9, выделяющих поочередно первую и вторую гармоники продетектированного сигнала, управляющие входы которых соединены с выходом делителя опорной частоты 3, а общий выход соединен со входом второго видеоусилителя 10, выход которого соединен со входом детектора огибающей 11, выход которого соединен со входами первого и второго аналоговых коммутаторов 12, управляющий вход каждого из которых соединен с выходом делителя опорной частоты 3, при этом выходы аналоговых коммутаторов 12 соединены со входами вычитателя 13 и сумматора 14 через первый и второй аналоговые интеграторы 15, при этом выход сумматора соединен со входом амплитудного детектора 7 с регулируемым коэффициентом передачи, а выход вычитателя 13 - с блоком индикации, который включает пороговое устройство 16 и по крайней мере один индикатор, например звуковой индикатор 17, и световой индикатор 18. Устройство включает также встроенный имитатор 19 резонансной метки, блок питания 20, включающий стабилизатор напряжения, выходы которого соединены со входами питания генератора опорной частоты 2 и генераторы частотно-модулированного сигнала 5, видеоусилителей 8 и 10, аналоговых коммутаторов 12, сумматора 14 и вычитателя 13, а также пороговое устройство 22, выполненное с возможностью отключения устройства при понижении напряжения ниже заданного. Генератор 5 частотно-модулированного сигнала модулирует сигнал по частоте в диапазоне 10 МГц сигналом 1024 Гц треугольной форсы. Устройство включает корпус 23, в котором размещена приемопередающая антенная система и который снабжен заглушкой 24, выполненной из изоляционного материала с тонкой перегородкой 25, вблизи которой расположена первая пара катушек 1 антенной системы, и с посадочным местом 26 под головку 27 электронной пломбы 28. Устройство снабжено крышкой 29, в которой расположен по крайней мере один световой индикатор 30, а корпус 23 приемопередающей системы снабжен ручкой 31, в которой размещены переключатель 32 и звуковой индикатор 33. Электронный блок размещен в отдельном корпусе 34, связанном электрическим кабелем 35 с приемопередающей антенной системой.

Электронная пломба-запор 28 содержит корпус 36 с головкой 27, фиксирующий 37, запирающий 38 элементы и снабжена пассивной резонансной меткой 39 в виде колебательного контура, размещенной в головке 27 пломбы-запора 28. Пассивная резонансная метка 39 предварительно может размещаться внутри изоляционного материала 40, стойкого к климатическим воздействиям.

При реализации способа электронной защиты пломбы-запоры, например, типа "Лавр", широко используемой в настоящее время, на нее наносят метку, выполненную в виде электрического колебательного контура 39, и определяют сохранность пломбы-запора по целостности этой метки дистанционно по наличию сигнала на выходе устройства определения ее сохранности, обусловленного электромагнитным взаимодействием катушек индуктивности 1 колебательного контура метки и приемопередающей антенны устройства определяется сохранность пломбы-запора. Для обеспечения сохранности метки 39 ее размещают внутри слоя изоляционного материала 40, закрепляемого на головке 27 пломбы-запора 28.

Работа устройства определения сохранности электронной пломбы-запора осуществляется следующим образом. Генератор 2 опорной частоты вырабатывает стабилизированный кварцевым резонатором периодический сигнал с частотой 32768 Гц, который поступает на вход делителя 3 опорной частоты. После деления на 32, пройдя через аналоговый интегратор 4, он поступает на вход генератора 5 частотно-модулированного сигнала. В обнаружителе используется частотная модуляция несущего колебания в диапазоне 10 МГц сигналом 1024 Гц треугольной формы. С выхода усилителя мощности 6 сигнал поступает на выход устройства и излучается первой парой катушек 1 антенны. Отраженный сигнал, принятый приемной второй парой катушек 1 поступает на амплитудный детектор 7 с регулируемым коэффициентом передачи приемного устройства электронного блока устройства контроля и сигнализации, где происходит его детектирование. Выделенный сигнал усиливается первым малошумящим усилителем. Компоненты сигналы 1024 и 2048 Гц выделяются поочередно коммутируемыми полосовыми фильтрами 9 и затем вновь усиливаются еще одним каскадом видеоусилителя 10. Далее сигнал поступает на детектор огибающей 11, выделяющий абсолютную величину сигнала и разделяется на два канала при помощи аналоговых коммутаторов 12, работающих синхронно с коммутируемыми фильтрами. Период коммутации, равный 31, 25 мсек задается генератором 2 опорной частоты и делителем 3. Таким образом осуществляется временное разделение процессов обработки сигналов 1-ой и 2-ой гармоник модулирующего сигналов. Это позволяет с помощью одних и тех же активных элементов схемы обрабатывать два сигнала и получать одинаковый температурный дрейф параметров трактов обработки обеих гармоник. Следовательно, на выходе аналоговых коммутаторов 10 имеется дискрезированный по времени сигнал, пропорциональный составляющим первой и второй гармоник поднесущей частоты генератора 5 зондирующего сигнала. Информация о наличии сигналов метки 39 в отраженном сигнале содержится в отношении этих составляющих. Изменение коэффициента передачи тракта от облучающих катушек 1 к приемным, вызванное, например, попаданием в зону облучения металлической поверхности, вызывает увеличение общего сигнала, в том числе и второй гармоники поднесущей частоты, однако при этом также увеличивается составляющая первой гармоники. И только наличие метки 39 в зоне облучения вызывает вместе с увеличением общего сигнала пропорциональный рост второй гармоники поднесущей частоты - происходит смещение максимума спектра отраженного сигнала в область второй гармоники. Двухканальный сигнал с выходов аналоговых коммутаторов поступает на сумматор 4 и вычитатель 13. Информация о сумме амплитуд сигналов, снимаемая с выхода сумматора "+", используется для управления схемой автоматической регулировки усиления в приемном устройстве, что позволяет расширить динамический диапазон приемного устройства до 60 - 70 дБ. Информация о разности сигналов, снимаемая с выхода вычитателя "-", необходима для принятия решения о наличии метки 39, и сигнал с него поступает на блок индикации, включающий в себя также и пороговое устройство 16. Электронный блок содержит в своем составе также блок питания 20, обеспечивающий стабилизированным питанием необходимые элементы для обеспечения широкого температурного диапазона работы устройства. Построение обнаружителя электронного блока по разностной схеме позволяет уменьшить вероятность срабатывания от помех, а применение схемы с временным разделением каналов (т.е. практически обработку гармоник сигнала в одном тракте) - уменьшить относительный дрейф частот обработки сигнала, что обеспечило широкий температурный рабочий диапазон устройства.

Антенная система содержит две пространственно разнесенные пары катушек индуктивности 1 (L1 - L2, L3 - L4), звуковой 17 и световой 18 индикаторы, электромеханическое реле (P) подключения имитатора 19 резонансной метки, выключатели (B1 и B2). Основным узлом антенной системы является дифференциальная антенна, выполненная в виде двух пространственно разнесенных пар катушек индуктивности 1 (L1, L2 и L3, L4), которые при этом сильно связаны. За счет встречного включения катушек 1 при протекании тока по катушкам L1 - L3, в случае полной симметрии, напряжение на катушках L2 - L4 не наводится. Этим достигается развязка мощного передатчика и приемного устройства. При появлении вблизи одной из пар L1 - L2 или L3 - L4 связанного с ними колебательного контура, симметрия схемы нарушается и на приемных катушках 1 появляется напряжение, подаваемое на вход приемного устройства. С целью уменьшения синфазных помех катушки 1 индуктивности запитаны через симметрирующие устройства СУ, выполненные на основе "трансформаторов на длинных линиях" (ТДЛ). Выключатель B1 замыкает цепь питания электронного блока, выключатель B2 служит для подключения колебательного имитатора 19 контурной метки. Выключатели конструктивно управляются одной ручкой 31. Сначала подключается питание электронного блока, затем, при дальнейшем перемещении ручки 31 происходит отключение (через контакты реле) имитатора 19 контура метки.

Контроль целостности электронной пломбы-затвора осуществляется следующим образом. Подносят антенну к головке пломбы-запора, установив его защитную втулку в гнезде ловителя антенны. Расстояние между пластиковой плоскостью электронной метки и плоскостью антенны должно быть минимальным. Нажимают на ручку управления прибором, переводя его в крайнее положение. Если пломба-запор не вскрывалась, прибором вырабатываются сигналы, аналогичные сигналам, возникающим при тестировании прибора. Если пломба-запор повреждена, никаких сигналов не вырабатывается. Не снимая антенны с пломбы-запора может быть произведено тестирование, для чего необходимо отпустить рычаг управления прибором до положения "тест", отпустить рычаг управления прибором. Ы

Изобретение используется для обеспечения дистанционного наличия и состояния современных запорно-пломбировочных устройств, используемых в качестве блокирования и пломбирования подвижного состава железных дорог, и позволяет обеспечить высокую степень сохранности перевозимых грузов и высокую степень удобства эксплуатации за счет нанесения на пломбу-запор метки и определения ее сохранности по целостности этой метки, которая выполнена в виде колебательного контура. Определение сохранности пломбы-запора производят дистанционно, целостность метки определяют по наличию сигнала на выходе устройства определения сохранности пломбы-запора, обусловленного электромагнитным взаимодействием катушек индуктивности колебательного контура метки и приемопередающей антенны устройства определения сохранности пломбы-запора. Метку на пломбу-запор наносят, размещая ее в слое изоляционного материала, обладающего стойкостью к климатическим воздействиям. 3 с. и 10 з.п.ф-лы, 5 ил.

1. Способ электронной защиты пломбы-запора, включающий нанесение на нее метки и определение сохранности пломбы-запора по целостности метки, определяемой с использованием устройства определения сохранности пломбы-запора, отличающийся тем, что метка выполнена в виде электрического колебательного контура, определение сохранности пломбы-запора производят дистанционно, при этом целостность метки определяют по наличию сигнала на выходе устройства определения сохранности пломбы-запора, обусловленного электромагнитным воздействием катушек индуктивности колебательного контура метки и приемопередающей антенны устройства определения сохранности пломбы-запора. 2. Устройство определения сохранности электронной пломбы-запора, содержащее электронный блок и средство индикации, отличающееся тем, что электронный блок снабжен приемопередающей антенной системой, состоящей из двух установленных с возможностью электромагнитного взаимодействия двух пространственно разнесенных пар катушек индуктивности, включенных по дифференциально-мостовой схеме, при этом электронный блок включает последовательно соединенные генератор опорной частоты, делитель опорной частоты с фиксированным коэффициентом деления, аналоговый интегратор, генератор частотно-модулированного сигнала и усилитель мощности, выход которого соединен с одной парой катушек индуктивности антенной системы, а вторая пара катушек индуктивности, связанная с первой парой, соединена со входом амплитудного детектора с регулируемым коэффициентом передачи, выход которого соединен со входом первого малошумящего видеоусилителя, выход которого соединен с общим входом двух коммутируемых полосовых фильтров, выделяющих поочередно первую и вторую гармоники продетектированного сигнала, управляющие входы которых соединены с выходом делителя опорной частоты, а общий выход соединен со входом второго видеоусилителя, выход которого соединен со входом детектора огибающей, выход которого соединен со входами первого и второго аналоговых коммутаторов, управляющий вход каждого из которых соединен с выходом делителя опорной частоты, при этом выходы аналоговых коммутаторов соединены со входами вычитателя и сумматора через первый и второй аналоговые интеграторы, при этом выход сумматора соединен со входом амплитудного детектора с регулируемым коэффициентом передачи, а вход вычитателя - с блоком индикации, причем блок индикации включает пороговое устройство и по крайней мере один индикатор. 3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что блок индикации содержит звуковой и световой индикатор. 4. Устройство по п.2 или 3, отличающееся тем, что содержит встроенный иммитатор резонансной метки, при этом антенная система включает электромеханическое реле подключения метки. 5. Устройство по любому из пп.2 - 4, отличающееся тем, что содержит блок питания, включающий стабилизатор напряжения, выходы которого соединены со входами питания генератора опорной частоты и генератора частотно-модулированного сигнала, видеоусилителей, аналоговых коммутаторов, сумматора и вычитателя, а также пороговое устройство, выполненное с возможностью отключения устройства при понижении напряжения ниже заданного. 6. Устройство по любому из пп.2 - 5, отличающееся тем, что генератор частотно-модулированного сигнала модулируют сигнал по частоте в диапазоне 10 Мгц сигналом 1024 Гц треугольной формы. 7. Устройство по любому из пп.2 - 6, отличающееся тем, что снабжено корпусом, в котором размещена приемопередающая антенная система. 8. Устройство по любому из пп. 2 - 7, отличающееся тем, что корпус снабжен заглушкой, выполненной из изоляционного материала с тонкой перегородкой, вблизи которой расположена первая пара катушек антенной системы, и с посадочным местом под головку электронной пломбы. 9. Устройство по любому из пп.2 - 8, отличающееся тем, что снабжено крышкой, в которой расположен по крайней мере один световой индикатор. 10. Устройство по любому из пп.2 - 9, отличающееся тем, что корпус приемо-передающей антенной системы снабжен ручкой, в которой размещены переключатель и звуковой индикатор. 11. Устройство по любому из пп.2 - 10, отличающееся тем, что электронный блок размещен в отдельном корпусе, связанным электрическим кабелем с приемопередающей антенной системой. 12. Пломба-запор, содержащая корпус с головкой, фиксирующий и запирающий элементы, отличающаяся тем, что снабжена пассивной резонансной меткой в виде колебательного контура, размещенной в головке пломбы-запора. 13. Пломба-запор по п.12, отличающаяся тем, что резонансная метка находится внутри изоляционного материала, устойчивого к климатическим воздействиям.