ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННОЕ УСТРОЙСТВО СИГНАЛИЗАЦИИ И КОНТРОЛЯ Российский патент 1999 года по МПК G08B13/18 

Изобретение относится к устройствам сигнализации и контроля для защиты периметров охраняемых объектов и предназначено для обнаружения проникновения нарушителей на охраняемую территорию и контроля перемещения технологических объектов (машин и т.п.).

Известно двухлучевое устройство для охранной сигнализации (авторское свидетельство СССР N 369604, опубликовано 08.11.73), в котором при пересечении нарушителем первого луча отключается от питания излучатель второго луча, направленного встречно первому лучу. Отсутствие второго луча фиксируется сигналом тревоги.

Применение такого устройства предусматривает охрану одной стороны периметра, а в случае, когда периметр - многоугольник, эксплуатация устройства требует дополнительных линий связи и систем управления. Устройство может работать только на непрерывном, а не импульсивном излучении, что экономически не выгодно.

Известно многолучевое оптико-электронное устройство охранной сигнализации (авторское свидетельство СССР N 726549, опубликовано 05.04.80), содержащее на передней стороне генератор импульсов, распределитель каналов, соединенный через формирователь кода синхронизации с линией синхронизации и излучателями, оптически связанными с приемно-усилительными трактами на приемной стороне, включение которых осуществляется одновременно с соответствующими излучателями по закону, заданному формирователем кода синхронизации через линию синхронизации и дешифратор.

Недостатком такого устройства является наличие на одной охраняемой стороне двух стационарных колонок, в которых размещены сложные узлы, обеспечивающие передачу и дешифрование сигналов синхронизации, необходимость прокладки линий связи к каждой охраняемой стороне, если устройство используется для охраны периметра. Высокая надежность такого устройства достигнута за счет удорожания конструкции.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является оптико-электронное устройство охранной сигнализации (авторское свидетельство СССР N 830453, опубликовано 15.05.81), содержащее блок питания и контроля, связанный по одной линии связи с блоком излучения, а по другой - с блоком фотоприемника, и линию синхронизации для обеспечения работы нескольких устройств. В блок питания и контроля входят задающий генератор, преобразователь импульсов, ограничитель, два формирователя импульсов, блок управления, синхронный детектор, усилитель, исполнительный узел, работающие следующим образом.

Меандр задающего генератора поступает на преобразователь однополярных импульсов в двухполярные, передние и задние фронты которых используются для временного разделения каналов. Разделенные четыре последовательности импульсов получаются на четырех выходах преобразователя и поступают на переключатели, а с них на два формирователя импульсов, с первого из них импульсы поступают в блок излучателя, который генерирует ИК энергию. ИК луч проходит охраняемое пространство, достигает фотоприемника и преобразуется в электрический сигнал. Этот сигнал поступает на синхронный детектор, на второй вход которого приходит импульс синхронизации от второго формирователя импульсов. Если эти импульсы совпадают по фазе, то происходит детектирование сигнала и исполнительный узел не выдает сигнал тревоги. Если луч прерывается нарушителем, то исполнительный узел выдает сигнал тревоги.

Устройство может работать в однолучевом и многолучевом режимах, оно принято в качестве прототипа.

Недостатком такого устройства является необходимость прокладки линий связи и синхронизации. Это устройство не предусматривает опознавания стороны периметра, на которой произошло нарушение, и решение этой задачи представляет дополнительные технические и экономические трудности.

Техническая задача, решаемая в предполагаемом изобретении, заключается в повышении надежности устройства при снижении затрат на его изготовление и эксплуатацию.

Поставленная задача решается тем, что, как и прототип, устройство содержит задающий генератор, формирователь импульсов, усилитель тока, подключенный к излучателю, оптически связанному с фотоприемником, узел обработки сигналов тревоги, устройство индикации нарушения ИК барьера и исполнительный узел. Кроме того, в отличие от прототипа, в него введены ретрансляторы и петли оптической связи, фотоприемник, формирователь импульсов, усилитель тока и излучатель соединены последовательно и образуют первый ретранслятор, оптически связанный по второй стороне периметра со вторым ретранслятором, который оптически связан по третьей стороне с третьим ретранслятором, и так далее по n-й стороне с n-ым ретранслятором, ИК излучение которого по этой же стороне направлено встречно предыдущему лучу, принимается фотоприемником n + 1-го ретранслятора и оптически передается встречно ретрансляторам по n-1-й, ..., третьей, второй строне периметра, последний в петле ретранслятора оптически связан по первой стороне периметра с фотоприемником, который подключен к входу узла обработки сигналов, ретрансляторы прямого и встречного излучений расположены на углах периметра парами, вход усилителя тока первого ретранслятора через диод подключен к излучателю последнего ретранслятора, выход усилителя тока второго ретранслятора через диод подключен к излучателю соответствующего ретранслятора встречного напряжения излучения, и так далее образованы n петель оптической связи, которые охватывают n сторон периметра и составляют общую петлю оптической связи, в узел обработки сигналов введены элементы задержки, элементы И, элементы НЕ, выход задающего генератора через последовательно соединенные формирователь импульсов, усилитель тока и элемент задержки подключен к первому входу первого элемента И и к первому входу второго элемента И, второй вход первого элемента И через элемент НЕ соединен с выходом фотоприемника, второй вход второго элемента И и вторые выходы последующих четных элементов И подключены к выходу фотоприемника, выход первого элемента И подключен к устройству индикации нарушения первой стороны периметра, выход второго элемента И через элемент задержки соединен с первым входом третьего элемента И и с первым входом четвертого элемента И, выход которого через элемент НЕ соединен со вторым входом третьего элемента И, а через элемент задержки - с первым входом последующего четного элемента И и с первым входом пятого элемента И, второй вход которого подключен к последующему элементу НЕ, последующие элементы И, НЕ соединены так же, как предыдущие, выходы третьего, пятого и последующих нечетных элементов И соединены с устройствами индикации нарушения второй, третьей, ..., n-1^й сторон периметра, выход последнего четного элемента И подключен к предыдущему элементу НЕ и к устройству индикации нарушения n-й стороны периметра, выходы устройств индикации соединены с исполнительным узлом.

Предлагаемое устройство работает на основе ретрансляции импульсного инфракрасного потока, создаваемого задающим генератором в блоке излучателя и ретранслируемого по петле оптической связи, охватывающей все стороны периметра и заканчивающейся фотоприемником, подключенным к узлу обработки сигналов. В результате этого по каждой стороне периметра проходит два луча - прямой (от генератора) и встречный. На углах периметра ретрансляции осуществляется двумя прямо и встречно излучающими ретрансляторами. Каждый усилитель тока ретранслятора прямого направления излучения подключен к излучателю в этом направлении и через диод подключен к излучателю ретранслятора встречного луча, то есть каждая сторона периметра охватывается малой петлей оптической связи, включенной в общую петлю.

Каждый импульс, вырабатываемый генератором и проходящий по петлям оптической связи, задерживается по фазе в соответствии с длиной пути распространения и числом ретрансляторов. В результате прохождения импульса по n петлям оптической связи на фотоприемник, подключенный к узлу обработки сигналов, поступает n импульсов, сдвинутых друг от друга, по фазе, каждый из которых свидетельствует о прохождении импульса от генератора по петле, охватывающей соответствующую сторону. Каждый из n импульсов характеризуется своим временем задержки.

В случае пересечения нарушителем одной из сторон периметра число импульсов, поступающих на узел обработки сигналов, соответствующим образом меняется и позволяет определить сторону периметра, на которой произошло нарушение.

Работа узла обработки сигналов основана на применении элементов задержки и логики. В предлагаемом варианте схемной реализации узла обработки сигналов используется элемент И, НЕ и элементы задержки.

Использование ретранслятора позволяет уменьшить количество электронной аппаратуры, достаточной для обнаружения нарушения, поскольку, в отличие от радиорелейных линий связи, оптические ретрансляторы не требуют применения преобразования частоты. Введение оптического ретранслятора в предлагаемое устройство исключает необходимость прокладки проводных линий синхронизации и управления. Таким образом, уменьшается число отказов в работе устройства, что повышает его надежность и снижает стоимость изготовления устройства.

В предлагаемом устройстве двухлучевой барьер осуществлен в виде петли оптической связи, оба луча являются рабочими, применено прямое и встречное прохождение луча по каждой стороне с образованием петель оптической связи, охватывающих каждую сторону периметра и составляющих общую петлю. Кроме того, применено временное преобразование исходного импульса для создания последовательности импульсов, характеризующих прохождение исходным импульсом каждой из сторон периметра. Применение в узле обработки элементов задержки и элементов логики обеспечивает определение стороны периметра, на которой произошло нарушение, с одновременной выдачей сигнала тревоги. Двухлучевой барьер создается по всему периметру импульсным излучением от одного генератора, что энергетически значительно выгоднее, чем непрерывное излучение. При этом встречный луч несет информацию о нарушении и сигнал, позволяющий определить какая сторона нарушена. Таким образом, обеспечивается возможность обнаружения нарушения оптоэлектронными устройствами без дополнительной прокладки проводных линий связи. При этом длина линий оптической связи значительно меньше, чем кабельных линий, следовательно, надежность работы устройства увеличивается, а стоимость изготовления и эксплуатации - уменьшается. Кроме того, оптические линии связи могут быть установлены там, где прокладка кабельных линий затруднена или невозможна.

На фиг. 1 приведена структурная схема предлагаемого устройства, на фиг. 2 - вариант схемной реализации узла обработки и выдачи сигналов тревоги.

Оптико-электронное устройство сигнализации и контроля содержит блок питания и контроля 1, связанный по линии 2 с блоком излучателя 3 и по линии 4 с блоком фотоприемника 5.

В блок питания и контроля 1 входят задающий генератор 6, узел обработки и выдачи сигналов тревоги 7, устройство индикации нарушения стороны 8, исполнительный узел 9.

В блок фотоприемника 5 входят фотоприемник 10, усилитель 11 с компаратором на выходе.

В блок излучателя 3 входят формирователь импульсов 12, усилитель тока 13, излучатель 14.

В блок ретранслятора 15 входят блок фотоприемника 5 и блок излучателя 3. Диоды 16 замыкают петли оптической связи.

Узел обработки и выдачи сигналов 7 содержит n элементов задержки 17, n-1 элементов И 18 в схемах совпадений (по формуле изобретения четных), n-1 элементов НЕ 19, n-1 элементов И 20 в схемах запрещения (нечетных), линию 21 от усилителя тока 13 задающего генератора 6.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Задающий генератор 6 вырабатывает последовательность прямоугольных импульсов. Эти импульсы по линии 2 поступают на формирователь импульсов 12, усилитель тока 13 и излучатель 14, импульсное ИК излучение которого проходит по первой стороне периметра, принимается фотоприемником 10 и преобразуется в электрический сигнал, поступающий на усилитель 11 с компаратором на выходе, который работает от уровня помех и формирует неискаженные прямоугольные импульсы. Эти импульсы поступают в блок излучателя 3, где формирователь импульсов 12 восстанавливает их длительность, и через усилитель тока 13 они передаются на излучатель 14, который направляет ИК луч по второй стороне периметра. Блок фотоприемника 5 и блок излучателя 3 образуют ретранслятор 15. Первый ретранслятор создает однолучевой барьер по второй стороне, второй - по третьей и т.д. по последней n-й стороне.

Блок фотоприемника 5 n-го ретранслятора осуществляет по n-й стороне прием прямого луча, а блок излучателя 3 этого ретранслятора создает встречный луч по этой же стороне. Последующие ретрансляторы встречного луча создают второй лучевой барьер по остальным сторонам периметра, включая первую. Таким образом, создается общая петля оптической связи, которую замыкает фотоприемник 5, связанный по линии 4 с узлом обработки и выдачи сигналов 7.

На углах периметра выход усилителя тока 13 каждого ретранслятора прямого излучения через диод 16 (для исключения повторной ретрансляции) соединен с излучателем 14 расположенного на этом же углу ретранслятора встречного излучения, в результате чего образуется n петель оптической связи, охватывающих n сторон периметра и составляющих общую петлю оптической связи.

Исходный импульс задающего генератора, усиленный блоком излучателя 3, проходит по n петлям оптической связи, в которых задерживается на элементах ретрансляторов и за счет распространения в атмосфере. В результате образуется последовательность n импульсов, в которой импульсы относят друг от друга на время задержки τ₁, τ₂...τ_n. Последовательность n импульсов поступает на вход узла обработки сигналов 7 тогда, когда нет нарушений на сторонах периметра. При пересечении на первой стороне периметра любого из двух лучей ИК барьера поступление импульсов прекращается, при нарушении второй стороны поступает один импульс, при нарушении третьей стороны - два импульса и т.д. Первый в последовательности импульс, создаваемый петлей оптической связи, охватывающей первую сторону, присутствует во всех других комбинациях импульсов, что учтено в применении схем совпадения и запрещения. На входы четных элементов И 13 подаются задержанные импульсы от усилителя тока 13 задающего генератора и импульсы от блока фотоприемника 5. На каждый элемент И импульсы поступают одновременно.

В случае, когда импульсы от фотоприемника не поступают (нарушена первая сторона периметра), срабатывает первый элемент И 20 (1), включенный в схему запрещения, так как низкий уровень напряжения в линии 4, передаваемый на вход элемента НЕ 19, создает на его выходе высокий уровень напряжения, который, действуя одновременно с импульсом задающего генератора, поступившим по линии 21 через элемент задержки 17 на первый вход элемента И 20 (1), открывает этот элемент (на входе 1.1). Импульс с выхода элемента И 20 (1) поступает на вход устройства 8 индикации нарушения первой стороны периметра, определяя эту сторону и вызывая сигнал тревоги. Если первый импульс последовательности n импульсов проходит от фотоприемника по линии 4 (случаи нарушения второй и последующих сторон), то на выходе элемента НЕ, подключенного к второму входу элемента И 20 (1), создается низкий уровень напряжения, запрещающий прохождение сигнала (на входах 1,0). Если на втором входе элемента И 20 (1) высокий уровень получен во время воздействия низкого уровня и линии 4 между импульсами (10 мС), то в это же время отсутствует на первом входе импульс задающего генератора (на входах 0,1) и сигнала тревоги нет.

Если нарушена вторая сторона периметра, то на второй вход второго элемента И 18 (2) поступает с фотоприемника один импульс, задержанный на первой петле оптической связи на время τ, а на первый вход этого элемента поступает через линию 21 импульс задающего генератора, задержанный элементом 17 на то же время τ. Элемент И 18 (2) срабатывает как схема совпадений (на входах 1.1). На выходе этого элемента образуется импульс, поступающий через элемент задержки 17 на вход последующего элемента И 18 (4) и на первый вход элемента И 20 (3). Второй вход элемента И 20 (3) подключен к выходу элемента НЕ 19 (схема запрещения), на котором действует разрешающий высокий уровень в случае, когда в линии 4 нет второго импульса последовательности n импульсов, и тогда элемент И 20 (3) вырабатывает импульс, поступающий на устройство индикации нарушения второй стороны периметра.

Если по линии 4 проходят два импульса (нарушена третья сторона периметра), то срабатывает последующий четный элемент И 18 (4), на первый вход которого поступает по линии 21 через первый элемент задержки 17, второй элемент И 18 (2) и второй элемент задержки 17 импульс задающего генератора, задержанный на время, равное времени задержки этого импульса в петле оптической связи, охватывающей первую и вторую стороны периметра. Импульс с выхода элемента И 18 (4) поступает на вход элемента НЕ 19 и через элемент задержки 17 - на первый вход элемента И 20 (5). С выхода элемента НЕ 19 в это время поступает ноль (низкий уровень напряжения) на второй вход элемента И 20 (3), и первый импульс из последовательности в два импульса не пропускается на устройство индикации нарушения второй стороны 8.

На второй вход элемента И 20 (5) при отсутствии в последовательности импульсов третьего импульса с последующего элемента НЕ 19 поступает высокий уровень напряжения, и элемент И 20 (5) вырабатывает сигнал, поступающий на вход устройства индикации нарушения третьей стороны. Последующие элементы логики работают в таком же порядке.

Элементы задержки 17 включаются последовательно в соответствии с числом обрабатываемых импульсов. На первый вход последнего элемента И 18 поступает от задающего генератора импульс с максимальной задержкой, равной задержке этого импульса на общей петле оптической связи. Выход последнего элемента И 18 соединен с устройством индикации нарушения n-й стороны. Все выходы устройств индикации соединены с исполнительным узлом, выдающим сигнал тревоги.

Изобретение относится к устройствам сигнализации и контроля для защиты периметров охраняемых объектов и предназначено для обнаружения проникновения нарушителей на охраняемую территорию и контроля перемещения технологических объектов (машин и т.п.). Техническим результатом является повышение надежности устройства при снижении затрат на его изготовление и эксплуатацию. Результат достигается за счет применения петель оптической связи, создающих двухлучевой барьер. Петли охватывают каждую сторону периметра и составляют общую петлю оптической связи, которая начинается от усилителя тока задающего генератора и заканчивается фотоприемником, подключенным к узлу обработки сигналов. Для образования ИК барьера используется принцип ретрансляции первичного импульсного сигнала по петлям оптической связи. Первичный импульс задающего генератора за счет различной временной задержки на элементах ретрансляторов и при распространении в атмосфере преобразуется в последовательность импульсов. Каждый импульс этой последовательности характеризует прохождение первичного импульса по петле оптической связи, охватывающей соответствующую сторону периметра. При пересечении нарушителем одной из сторон периметра изменяется число импульсов, поступающих на узел обработки сигналов, что составляет код, по которому в узле обработки сигналов на элементах логики И, НЕ с применением элементов задержки определяется эта сторона и выдается сигнал тревоги. 2 ил.

Оптико-электронное устройство сигнализации и контроля, содержащее задающий генератор, формирователь импульсов, усилитель тока, подключенный к излучателю, оптически связанному с фотоприемником, исполнительный узел, отличающееся тем, что в него введены узел обработки сигналов тревоги, устройство индикации нарушения ИК барьера, ретрансляторы и петли оптической связи, фотоприемник, формирователь импульсов, усилитель тока и излучатель соединены последовательно и образуют первый ретранслятор, оптически связанный по второй стороне периметра со вторым ретранслятором, который оптически связан по третьей стороне с третьим ретранслятором и так далее по n-й стороне с n-ым ретранслятором, ИК излучение которого по этой же стороне направлено встречно предыдущему лучу, с возмодностью приема фотоприемником n + 1-го ретранслятора и передачи встречно ретрансляторам по n - 1-й, ... , третьей, второй сторонам периметра, последний в петле ретранслятор оптически связан по первой стороне периметра с фотоприемником, который подключен к входу узла обработки сигналов тревоги, ретрансляторы прямого и встречного излучений расположены на углах периметра парами, выход усилителя тока первого ретранслятора через диод подключен к излучателю последнего ретранслятора, выход усилителя тока второго ретранслятора через диод подключен к излучателю соответствующего ретранслятора встречного направления, и так далее образованы n петель оптической связи, которые охватывают n сторон периметра и составляют общую петлю оптической связи, в узел обработки сигналов тревоги введены элементы задержки, элементы И, элементы НЕ, выход задающего генератора через последовательно соединенные формирователь импульсов, усилитель тока и элемент задержки подключен к первому входу первого элемента И и к первому входу второго элемента И, второй вход первого элемента И через элемент НЕ соединен с выходом фотоприемника, второй вход второго элемента И и вторые входы последующих четных элементов И подключены к выходу фотоприемника, выход первого элемента И подключен к устройству индикации нарушения ИК барьера первой стороны периметра, выход второго элемента И через элемент задержки соединен с первым входом третьего элемента И и с первым входом четвертого элемента И, выход которого через элемент НЕ соединен со вторым входом третьего элемента И, а через элемент задержки - с первым входом последующего четного элемента И и с первым входом пятого элемента И, второй вход которого подключен к последующему элементу НЕ, последующие элементы И, НЕ соединены так же, как предыдущие, выходы третьего, пятого и последующих нечетных элементов И соединены с устройствами индикации нарушения второй, третьей, ... , n - 1-й сторон периметра, выход последнего четного элемента И подключен к предыдущему элементу НЕ и к устройству индикации нарушения ИК барьера n-й стороны периметра, выходы устройств индикации нарушения ИК барьера соединены с исполнительным узлом.