ЭЛЕМЕНТ СИГНАЛИЗАЦИИ Российский патент 1999 года по МПК G08B13/24 

Настоящее изобретение относится к элементу сигнализации, который составляет часть системы сигнализации.

Такой элемент сигнализации предпочтительно применяется в системах охраны товаров, хотя он может быть также использован в других условиях, когда товары или изделия снабжены маркировкой, которая может в последующем быть считана электронными средствами, или же использован каким-то иным образом.

В патентной литературе описано много различных типов систем сигнализации для защиты и охраны товаров. Эти системы предназначены для предотвращения похищения товаров без оплаты из магазинов и со складов и обычно включают в себя элемент сигнализации, который подсоединяется к товарам или изделиям, подлежащим охране, который установлен стационарно поблизости от выхода из магазина, при этом датчик формирует сигнал тревоги с помощью некоторого устройства дистанционного опознавания тогда, когда элемент сигнализации оказывается поблизости от выхода из магазина.

Дистанционное опознавание обычно осуществляется путем излучения переменного магнитного поля, причем присутствие элемента сигнализации может быть обнаружено в результате изменения характеристики переменного поля элемента сигнализации.

Элемент сигнализации может представлять собой узкую вытянутую тонкую полоску из материала с высокой проницаемостью, характерной особенностью которого является передача гармоник высших порядков при воздействии на него переменного магнитного поля. Этот известный способ позволяет обнаружить небольшие и недорогие элементы сигнализации с помощью сложных и относительно дорогостоящих устройств опознавания и обнаружения. Этот тип сигнализации для защиты товаров или предотвращения краж из магазинов и со складов, которые работают в режиме ежедневной работы, описан в Европейском патенте N ЕР 0 153 286 и ряде других публикаций.

Известные элементы сигнализации могут также включать в себя простой электрический резонансный контур. В этом случае может быть использовано простое и недорогое устройство опознавания, если катушка в резонансном контуре относительно велика, что позволяет легко получить высокую добротность, при условии сильной связи с внешними полями. В связи с этим, катушка включается в плату сигнализации или ярлык, который прикрепляется к товарам, подлежащим охране, при помощи устройства соответствующего внешнего вида. Как уже было сказано ранее, устройства опознавания и обнаружения такой системы сигнализации могут быть относительно несложными и недорогими, хотя трудно избежать проблемы ложных тревог, поскольку внешняя среда в условиях магазина часто содержит контуры из электропроводящего материала, что приводит к возникновению резонансов, аналогичных тем, которые формируются элементами сигнализации.

Одним из способов исключения ложных тревог является выполнение элемента сигнализации в виде делителя частоты. Патент США N 4 670 740 описывает такой элемент сигнализации в виде делителя частоты, который можно легко изготовить при помощи только одной катушки и одного диода, имеющего емкостную характеристику.

В этом случае, магнитное поле, передаваемое передающей катушкой, должно быть относительно мощным, поскольку энергия поглощается в элементе сигнализации на частоте, значительно отличающейся от резонансной частоты. Поэтому недорогой и простой элемент сигнализации этого типа обладает низкой степенью реагирования или низкой чувствительностью.

Европейский патент N ЕР 0 469 769 раскрывает способ повышения чувствительности за счет использования двух взаимно соединенных магнитных резонансных контуров. Один контур принимает первое магнитное поле, имеющее первую частоту. Полученная энергия передается второму резонансному контуру, который излучает поле, имеющее половинную частоту. Это устройство является также делителем частоты. И хотя чувствительность повышена по сравнению с использованием только одного резонансного контура, однако такой элемент сигнализации является дорогостоящим и сложным по конструкции.

Настоящее изобретение относится к элементу сигнализации, который позволяет решить вышеуказанные проблемы. Данный элемент сигнализации характеризуется простотой конструкции и экономичностью, его сигнал может быть легко обнаружен, а ложные тревоги исключаются без каких-либо затруднений.

Таким образом, настоящее изобретение относится к элементу сигнализации, который образует часть системы сигнализации и обеспечивает прием переменного магнитного поля, имеющего частоту F, передаваемого передатчиком, а также обеспечивает переизлучение без добавления энергии переменного магнитного поля, которое принимается и обнаруживается приемником. Соответствующий изобретению элемент сигнализации отличается тем, что содержит контур, включающий в себя катушку, емкостной диод и резистор, соединенные последовательно в замкнутую цепь, и конденсатор, который соединен параллельно резистору, при этом катушка и емкость диода образуют резонансный контур, имеющий резонанс на частоте F, когда напряжение на диоде равно нулю.

Далее изобретение будет описано более детально на примере осуществления изобретения, иллюстрируемого чертежами, на которых представлено следующее:
Фиг. 1 - блок-схема системы контроля;
Фиг. 2 - принципиальная схема элемента сигнализации;
Фиг. 3 - блок-схема приемника;
Фиг. 4 - схематичное представление принятого продетектированного сигнала.

На фиг. 1 схематично изображена система охраны и защиты товаров, содержащая элемент сигнализации 1, предназначенный для приема переменного магнитного поля частоты F, излучаемого передатчиком 2, переизлучения переменного магнитного поля без добавления энергии, при этом переизлучаемое поле принимается и детектируется приемником 3. Передатчик 2 соединен с передающими катушками, а приемник 3 соединен с приемными катушками. Передающие и приемные катушки могут быть размещены в одном или нескольких пространственно разнесенных экранах 4, 5, которые ограничивают зону наблюдения или зону обнаружения, через которую должны проходить люди, выходящие из магазина. На фиг.1 изображен элемент сигнализации 1, расположенный в зоне наблюдения. Когда обнаруживается присутствие элемента сигнализации в зоне наблюдения, приемник 3 посылает сигнал на соответствующее устройство предупредительной сигнализации 6, который может представлять собой средство световой и/или акустической сигнализации.

Системы охраны товаров подобного рода широко используются в настоящее время в самых различных видах.

Соответствующий изобретению элемент сигнализации содержит контур, включающий в себя катушку L, емкостной диод D и резистор R, соединенные последовательно в замкнутой цепи, и конденсатор C, который соединен параллельно сопротивлению R (см. фиг. 2). Катушка L и емкость диода D образуют резонансный контур, обладающий резонансом на частоте F, т.е. частоте поля, излучаемого передатчиком 2, когда напряжение в диоде D равно нулю.

Согласно одному из вариантов осуществления, емкость конденсатора C значительно больше емкости диода D. В результате, конденсатор C будет оказывать незначительное влияние на резонансную частоту контура, состоящего из катушки и диода, когда переменное напряжение в резисторе R мало.

Настоящее изобретение основывается на том, что при использовании такого элемента сигнализации формируется периодическое изменение общего поля в зоне наблюдения, принимаемое приемной катушкой или катушками и приемником 3. Эти периодические изменения соответственно детектируются в приемнике в виде изменений амплитуды.

Таким образом, может быть получена система, позволяющая передавать мощные магнитные поля благодаря тому, что элемент сигнализации обладает резонансной частотой, равной передаваемой частоте. Кроме того, элемент сигнализации выдает сигнал, который может быть очень легко обнаружен и опознан. Помимо этого, элемент сигнализации недорог, дополнительные затраты обусловлены только двумя дешевыми компонентами: резистором R и конденсатором C, по сравнению с вышеупомянутым делителем частоты. Более того, поскольку элемент сигнализации вызывает периодические изменения, возможность возникновения ложных тревог очень мала, так как магазин или склад, где используется элемент сигнализации, в нормальных условиях не будет содержать устройств, генерирующих периодические изменения, которые могут быть приняты приемником и распознаны, как исходящие от элемента сигнализации.

Таким образом, катушка L вместе с емкостью диода образуют резонансный контур, обладающий резонансом на частоте F, когда напряжение на диоде становится равным нулю. Когда катушка L подвергается воздействию переменного магнитного поля на резонансной частоте F, на диоде возникает переменное напряжение. Постоянная времени определяется шириной полосы резонансного контура LD. Когда напряжение на диоде D достигает величины прямого напряжения данного диода D, диод переходит в проводящее состояние и конденсатор C заряжается. При этом резонансная частота смещается и большая часть энергии, накопленной в резонансном контуре LD, преобразуется в постоянный ток, накапливаемый в конденсаторе C. Данный процесс происходит очень быстро. Как только конденсатор C окажется заряженным, колебательный контур больше не находится в резонансе и потому оказывает незначительное переменное воздействие на внешнее поле. В определенный момент времени, зависящий от резистора R и конденсатора C, напряжение в конденсаторе C будет настолько малым, что заставит резонансный контур LD вновь накапливать энергию внешнего поля, и процесс повторяется.

Таким образом, элемент сигнализации ведет себя так, как передатчик с амплитудной модуляцией, у которого несущая волна синхронизирована с сигналом, передаваемым устройством обнаружения. Как несущая, так и боковая полоса, находятся в пределах ширины полосы пропускания резонансного контура, а это означает то, что элемент сигнализации действует как передатчик и как приемник.

Согласно одному из предпочтительных вариантов воплощения, диод имеет высокое значение производной dC/dU при пересечении нуля напряжения. Чем больше значение производной, тем больше изменение в емкости диода для данного изменения напряжения. Это означает, что высокое значение производной позволит использовать более слабые поля и сформирует более эффективно детектируемое изменение амплитуды излучаемого поля заданной напряженности. Емкостным диодом, пригодным для использования в данном случае, является ВВ105.

Согласно одному из предпочтительных вариантов воплощения, сопротивление резистора R и емкость конденсатора C подбираются таким образом, чтобы постоянная времени разряда конденсатора C составляла величину от 0,1 до 5 мс.

Например, при R = 200 кОм, C = 1000 пФ, и F = 8 МГц, процесс занимает около 0,5 мс. Процесс, таким образом, повторяется с частотой 2 кГц.

Подходящий диапазон частот для частоты F находится в пределах от 5 кГц до 10 кГц.

Согласно одному из предпочтительных вариантов воплощения, когда частота F находится в пределах от 1,5 МГц до 15 МГц, передатчик 2 обеспечивает излучение частотно-модулированного поля частоты F, причем частота модуляции находится в пределах от 20 до 200 Гц и имеет девиацию частоты для того, чтобы уменьшить необходимый допуск компонентов элемента сигнализации, вместе с тем одновременно уменьшая опасность снижения быстроты реагирования или чувствительности детектора приемника в результате помех от мощных радиопередатчиков.

Предпочтительно, чтобы девиация частоты в пределах вышеупомянутого диапазона для частоты F не превышала +/- 2% и была меньше 10% частоты F и чтобы девиация частоты была бы предпочтительно равной +/- 5% частоты F.

На практике, приемлемым является использование частотно- модулированного передатчика с частотой модуляции 25 Гц и девиацией частоты в пределах +/- 5% частоты передатчика.

Согласно одному из предпочтительных вариантов воплощения, передатчик осуществляет передачу только тогда, когда частота F увеличивается в ответ на модуляцию частоты, и не передает, когда частота снижается.

Это обеспечивает то преимущество, что энергия, накопленная в элементе сигнализации, полностью потребляется прежде, чем качание частоты начнется вновь, что, в свою очередь, означает, что импульсы, передаваемые элементом сигнализации, возникнут в конкретные моменты времени относительно закона модуляции. Это облегчает детектирование импульсов.

Согласно другому варианту воплощения, в котором частота F находится в диапазоне от 5 кГц до 500 кГц, частота модуляции является стохастической и имеет значение около 10 кГц. Однако, девиация частоты и частота модуляции должны быть выбраны, чтобы сигнал F, передаваемый передатчиком, включая боковую полосу, попадал в полосу резонансного контура. Это приведет к высокоэффективному подавлению помех, особенно при одновременном использовании нескольких систем сигнализации. В этом случае, девиация частоты будет иметь величину такого же порядка, что и полоса резонанса элемента сигнализации.

Схематичное представление на фиг. 1 включает в себя передатчик 2 и приемник 3. Передатчик включает генератор 7, нагруженный на передающую антенну 8 (см. фиг. 3). В случае вышеуказанного варианта осуществления сигнал генератора может быть промодулирован перед излучением при помощи модулятора 9. Приемник 3 принимает сигнал от приемной антенны 10. Обычно приемная антенна состоит из одной или нескольких настроенных катушек. Приемник 3 включает в себя первый смеситель 11, в котором принятый сигнал смешивается с переданным сигналом.

Таким образом, в приемнике используется смешивание частоты приемного сигнала с частотой несущей, что представляет собой обычный способ детектирования амплитудно-модулированных сигналов.

Напряжение постоянного тока и высокочастотные сигналы отфильтровываются после смесителя 11 при помощи первого полосового фильтра 12. Полученный в результате продетектированный сигнал имеет вид, показанный на фиг. 4.

Для получения сигнала, не зависящего от фазы, параллельно первому смесителю 11 и первому полосовому фильтру 12 включена фазосдвигающая цепь 15, которая сдвигает передаваемый сигнал на 90^o. Этот сигнал подается на второй смеситель 16, в котором он смешивается с принятым сигналом. Этот смешанный сигнал фильтруется во втором полосовом фильтре 17, и отфильтрованный сигнал поступает в схему обнаружения 13. Сигнал с выхода первого полосового фильтра также поступает в схему обнаружения 13, которая выбирает из двух сигналов с выходов полосовых фильтров тот сигнал, который имеет максимальную амплитуду.

Импульсы 14 образуют последовательность, частота которой является характерной для платы сигнализации или ярлычка. Это частота, с которой повторяется описанный выше процесс. Для рассматриваемого варианта воплощения, процесс повторяется с частотой 2 кГц. На фиг. 4 символ обозначает напряжение, то есть амплитуду, и указывает время. Таким образом, это сигнал, формируемый на выходе полосового фильтра.

Согласно упрощенному варианту воплощения, схема обнаружения 13 может быть расположена после полосового фильтра, который в этом случае имеет узкую полосу. Схема обнаружения будет обнаруживать появление сигнала, который получен из последовательности импульсов, причем появление последовательности импульсов означает, что элемент сигнализации 1 находится в пределах зоны наблюдения. В этом случае схема обнаружения подаст сигнал на устройство индикации сигнализации 6.

В случае использования более эффективного варианта воплощения, схема обнаружения 13 обеспечивает обнаружение частоты повторения импульсов и/или форму импульса последовательности импульсов и на основе этого принимает решение, следует индицировать сигнал тревоги или нет. В этом случае, схема обнаружения может содержать микропроцессор, который запрограммирован на определение частоты повторения импульсов, и/или на анализ формы импульсов, и на сравнение частоты повторения импульсов с заранее установленной частотой, и/или формы импульсов с заранее установленной формой.

Этот вариант воплощения обладает высокой надежностью в смысле подавления ложных тревог, поскольку обнаруживается не только появление изменений амплитуды в форме последовательности импульсов, но и детектируются все последовательности импульсов, имеющие иную частоту повторения импульсов и/или форму импульсов, которые могут иметь место в результате появления помех.

Выше описаны различные примеры осуществления изобретения. Следует, однако, иметь в виду, что возможно видоизменение этих примеров осуществления. Например, приемник и передатчик могут иметь иное выполнение. Кроме того, компоненты элемента сигнализации могут обладать другими параметрами, отличными от указанных здесь.

Поэтому настоящее изобретение не ограничено теми вариантами воплощения, которые описаны и проиллюстрированы, поскольку они могут быть видоизменены в пределах объема формулы изобретения.

Изобретение относится к системам охраны товаров, также может быть использовано и в других целях для сигнализации. При этом изделия снабжены маркировкой с последующим считыванием электронными средствами. Техническим результатом изобретения является упрощение конструкции, экономичность, возможность легкого обнаружения и исключение ложных срабатываний. Элемент сигнализации образует часть сигнализации и выполнен с возможностью приема переменного магнитного поля частоты F, излучаемого передатчиком, причем элемент сигнализации выполнен с возможностью переизлучения переменного магнитного поля без добавления энергии, указанное переизлученное переменное поле принимается и детектируется приемником. Элемент сигнализации имеет цепь, содержащую катушку, диод с емкостной характеристикой и резистор, соединенное последовательно в замкнутой цепи, и конденсатор, соединенный параллельно резистору, при этом катушка и емкость диода образуют резонансную цепь, обладающую резонансном на частоте F в том случае, когда напряжение на диоде равно нулю. 7 з.п.ф-лы, 4 ил.

1. Элемент сигнализации 4, образующий часть системы сигнализации и предназначенный для приема переменного магнитного поля частоты F, излучаемого передатчиком 2, при этом элемент сигнализации выполнен о возможностью переизлучения без добавления энергии переменного магнитного поля, предназначенного для приема и детектирования приемником 3 системы сигнализации, причем элемент сигнализации 4 включает в себя цепь, содержащую катушку L и диод D, отличающийся тем, что диод представляет собой емкостной диод D, который соединен последовательно с катушкой L и резистором R в замкнутой цепи, при этом конденсатор С подсоединен параллельно резистору R, катушка L и емкость емкостного диода D образуют резонансный контур, обладающий резонансом на частоте F, когда напряжение на емкостном диоде D равно нулю. 2. Элемент сигнализации по п.1, отличающийся тем, что емкость конденсатора С значительно больше емкости емкостного диода
3. Элемент сигнализации по п.2, отличающийся тем, что сопротивление резистора R и емкость конденсатора С выбраны из условия, что постоянная времени разряда конденсатора C составляет от 0,1 до 5 мс. 4. Элемент сигнализации по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что передатчик 2 выполнен с возможностью излучения частотно-модулированного поля с чаcтотой F в пределах от 1,5 до 15 МГц, при этом частота модуляции находится в пределах от 20 до 200 Гц и имеет девиацию частоты для уменьшения требуемого допуска компонентов L, R, C, D элемента сигнализации 4 с одновременным подавлением помех. 5. Элемент сигнализации по п.4, отличающийся тем, что девиация частоты превышает ± 2%, но меньше 10% от частоты F и предпочтительно составляет ± 5% от частоты F. 6. Элемент сигнализации по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что при нахождении частоты F в пределах диапазона от 5 до 500 кГц передатчик выполнен с возможностью излучения частотно-модулированного поля при случайном значении частоты модуляции. 7. Элемент сигнализации по любому из пп.4-6, отличающийся тем, что передатчик 2 выполнен с возможностью излучения только при возрастании частоты F в ответ на частоту модуляции и отсутствия излучения при снижении частоты. 8. Элемент сигнализации по любому из пп.1-7, отличающийся тем, что при переизлучении элементом сигнализации 4 переменного магнитного поля в виде последовательности импульсов с заданной частотой повторения, приемник 3 содержит схему обнаружения 12,13, выполненную с возможностью обнаружения частоты повторения импульсов и/или формы импульсов и сравнения частоты повторения импульсов с заранее установленной частотой и/или анализа формы импульсов и подачи сигнала в устройство индикации сигнализации 6 при обнаружении совпадения между указанными частотой повторения импульсов и/или формой импульсов.