УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТРЕВОЖНОЙ СИГНАЛИЗАЦИИ Российский патент 2003 года по МПК G08B13/08 

Изобретение относится к технике охранной сигнализации и может быть использовано для защиты объектов от вторжения нарушителя через остекленные конструкции посредством их разрушения или перемещения (открывания).

Известно устройство для охранной сигнализации [1], содержащее чувствительный элемент с подвижными контактами, выполненными слабочувствительными к внешнему магнитному полю и подключенными через линию связи одним контактом к первому входу интегратора, другим - к общей шине питания устройства, исполнительный элемент, первый вход которого подключен к выходу интегратора и первому элементу защиты, а второй - к входу стабилизатора напряжения, накопительному конденсатору и через первый селектор полярности к источнику напряжения, объединенные первые входы первого и второго токозадающих элементов и индикатора подключены к управляющему входу однонаправленного регулятора тока, первый вход которого подключен к выходу исполнительного элемента и второму входу второго токозадающего элемента, а выход - к второму входу индикатора и через фильтр и второй селектор полярности к источнику напряжения.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предложенному является устройство для тревожной сигнализации [2], содержащее чувствительный элемент с двумя подвижными контактами, выполненными слабочувствительными к внешнему магнитному полю и подключенными через линию связи одним контактом к первому входу интегратора, другим - к общей шине питания устройства, выход интегратора подключен к первому элементу защиты, первому входу цифрового анализатора и через второй элемент защиты к накопителю энергии, второму входу интегратора, первому входу блока контроля, первому входу блока формирования сигнала тревоги и выходу стабилизатора напряжения, вход которого подключен к второму входу блока контроля, накопительному конденсатору и через селектор полярности к источнику питания устройства, выход блока контроля подключен к второму входу цифрового анализатора, выход которого подключен к второму входу блока формирования сигнала тревоги. Цифровой анализатор содержит первый и второй элементы ИЛИ, сумматор, одновибратор, таймер, элемент И, инвертор, имитатор и триггер, при этом точка соединения первых входов элемента И и первого элемента ИЛИ является первым входом цифрового анализатора, вторым входом и выходом которого являются соответственно первый вход и выход второго элемента ИЛИ, выход первого элемента ИЛИ подключен к первому и через одновибратор к второму входам сумматора, выход которого подключен к второму входу элемента И и через инвертор к синхронному входу триггера, таймер через имитатор подключен к второму входу первого элемента ИЛИ и входу синхронизации триггера, выход элемента И подключен к второму входу второго элемента ИЛИ, третий вход которого подключен к выходу триггера.

Недостатком данного устройства является его низкая функциональная надежность, которая выражается в том, что оно не обеспечивает полной защиты [3] остекленной конструкции (оконного проема) от проникновения нарушителя, который имеет возможность, например, переместить конструкцию (открыть окно или витрину) без разрушения стекла или, если это затруднено, открыть форточку (фрамугу), оторвать чувствительный элемент от охраняемой поверхности и разбить стекло, получив доступ в помещение, не вызывая сигнала тревоги. Кроме того, в устройстве не обеспечена надежная защита от импульсных помех и резких перепадов напряжения в цепи электропитания устройства и импульсных помех по линии связи.

Задачей изобретения является повышение функциональной надежности устройства для тревожной сигнализации.

Поставленная задача решается следующим образом. В устройство для тревожной сигнализации, содержащее селектор полярности, вход которого подключен к источнику питания устройства, первый чувствительный элемент с двумя подвижными контактами, выполненными слабочувствительными к внешнему магнитному полю и подключенными через первую линию связи одним контактом к общей шине питания устройства, другим - к первому входу интегратора, выход которого подключен к первому элементу защиты, первому входу цифрового анализатора и через второй элемент защиты к накопителю энергии, первому входу блока контроля, первому входу блока формирования сигнала тревоги, второму входу интегратора и выходу стабилизатора напряжения, вход которого подключен к накопительному конденсатору и второму входу блока контроля, выход которого подключен к второму входу цифрового анализатора, выход которого подключен к второму входу блока формирования сигнала тревоги, введены второй чувствительный элемент, вторая линия связи, ограничительный элемент, фильтр, третий и четвертый элементы защиты, при этом выходные контакты второго чувствительного элемента подключены через вторую линию связи одним контактом к общей шине питания устройства, другим - к третьему элементу защиты, третьему входу цифрового анализатора и через параллельно соединенные четвертый элемент защиты и ограничительный элемент к выходу стабилизатора напряжения, вход фильтра подключен к выходу селектора полярности, а выход - к входу стабилизатора напряжения.

В цифровой анализатор, содержащий первый элемент ИЛИ, первый вход которого подключен к первому входу первого элемента И и является первым входом цифрового анализатора, вторым входом и выходом которого являются соответственно первый вход и выход второго элемента ИЛИ, второй вход которого подключен к выходу первого элемента И, а третий вход - к выходу первого триггера, синхронный вход которого через инвертор подключен к второму входу первого элемента И, а вход синхронизации - к второму входу первого элемента ИЛИ и через первый имитатор к таймеру, введены третий элемент ИЛИ, второй имитатор, элемент задержки, второй инвертор, второй элемент И, второй триггер, реверсивный счетчик и генератор импульсов, при этом сигнальный вход реверсивного счетчика подключен к выходу первого элемента ИЛИ, вход синхронизации - к генератору импульсов, а выход - к второму входу первого элемента И, вход второго имитатора подключен к таймеру, а выход - к первому входу третьего элемента ИЛИ и входу синхронизации второго триггера, синхронный вход которого подключен через второй инвертор к выходу элемента задержки и первому входу второго элемента И, а выход подключен к четвертому входу второго элемента ИЛИ, пятый вход которого подключен к выходу второго элемента И, вход элемента задержки подключен к выходу третьего элемента ИЛИ, второй вход которого подключен к второму входу второго элемента И и является третьим входом цифрового анализатора.

Фильтр содержит ограничительный и фильтрующий элементы, при этом вход ограничительного элемента является входом фильтра, а выход подключен к фильтрующему элементу и является выходом фильтра.

Второй чувствительный элемент содержит исполнительный элемент с двумя подвижными контактами, являющимися выходными контактами второго чувствительного элемента, и задающий элемент, создающий магнитное поле для управления контактами исполнительного элемента, выполненными чувствительными к внешнему магнитному полю.

В заявляемом устройстве все известные блоки могут быть выполнены идентично устройству-прототипу [2]. В качестве первого чувствительного элемента может быть использован датчик "ДРС-1" [4], в качестве второго чувствительного элемента - датчик ИО 102-16/2 [5]. Остальные вновь веденные блоки могут быть выполнены по типовым схемам, приведенным в [6, 7].

На чертеже изображена структурная схема заявляемого устройства для тревожной сигнализации.

Устройство содержит первый чувствительный элемент 1 с двумя подвижными контактами, выполненными слабочувствительными к внешнему магнитному полю и имеющими заданную разницу масс и упругостей, первую 2 и вторую 3 двухпроводные линии связи, второй чувствительный элемент 4, интегратор 5, первый 6, второй 7, третий 8 и четвертый 9 элементы защиты, выполненные на диодах, ограничительный элемент 10, выполненный на резисторе, накопитель энергии 11, стабилизатор напряжения 12, блок контроля 13, накопительный конденсатор 14, цифровой анализатор 15, фильтр 16, селектор полярности 17 и блок формирования сигнала тревоги 18.

Второй чувствительный элемент 4 содержит исполнительный элемент 19 и задающий элемент 20.

Цифровой анализатор 15 содержит таймер 21, первый 22, второй 23 и третий 24 элементы ИЛИ, первый 25 и второй 26 имитаторы, элемент задержки 27, реверсивный счетчик 28, генератор импульсов 29, первый 30 и второй 31 инверторы, первый 32 и второй 33 элементы И, первый 34 и второй 35 синхронные триггеры.

Фильтр 16 содержит фильтрующий элемент 36, в качестве которого, как правило, используют конденсатор, имеющий принципиально малую эквивалентную (паразитную) индуктивность, и ограничительный элемент 37, выполненный, например, на резисторе с небольшим сопротивлением, обеспечивающим незначительное падение напряжения питания устройства при постоянном токе.

Устройство работает следующим образом.

Напряжение электропитания (U_п) поступает через селектор полярности 17 и фильтр 16 на вход стабилизатора напряжения 12, второй вход блока контроля 13 и накопительный конденсатор 14. На выходе стабилизатора 12 устанавливается заданное стабилизированное напряжение (U_ст).

В начальный момент, при нормальном состоянии охраняемого объекта, которое характеризуется отсутствием разрушающих воздействий и перемещения охраняемой конструкции, а также при соответствии U_п требуемому значению, на выходах цифрового анализатора 15 и блока контроля 13 формируются сигналы низкого уровня. Устройство переходит в дежурный режим работы, при котором блок формирования сигнала тревога 18, так же как в устройстве-прототипе [2], формирует извещение о нормальном состоянии охраняемого объекта.

При отсутствии разрушающих воздействий на охраняемую конструкцию контакты первого чувствительного элемента 1 замкнуты, поэтому напряжение на выходе интегратора 5 отсутствует. В момент разрушения указанной конструкции происходит размыкание контактов первого чувствительного элемента 1, что приводит к заряду интегратора 5 напряжением U_ст, присутствующем на его втором входе. Время заряда интегратора выбирают таким образом, чтобы исключить влияние на работу устройства коротких импульсных помех через первую линию связи 2.

Сигнал с выхода интегратора 5 поступает на первый вход цифрового анализатора 15, где сравнивается с порогом срабатывания его первого элемента ИЛИ 22 и первого элемента И 32. В случае превышения сигналом указанных порогов на выходе первого элемента ИЛИ 22 появляется сигнал логической единицы, поступающий на сигнальный вход реверсивного счетчика 28, на вход синхронизации которого периодически поступают импульсы с выхода генератора 29. Если в момент прихода импульса на вход синхронизации счетчика 28 на его сигнальном входе присутствует сигнал логической единицы, счетчик 28 выполняет счет на увеличение, в противном случае - на уменьшение. При поступлении заданного числа сигналов на выходе счетчика 28 формируется сигнал логической единицы. В этот момент, если на обоих входах первого элемента И 32 присутствуют сигналы высокого уровня, то на его выходе появляется сигнал логической единицы, который через второй элемент ИЛИ 23 передается на выход цифрового анализатора 15 и вход блока формирования сигнала тревоги 18, переводящего устройство в тревожный режим.

В устройстве-прототипе [2] накопление импульсов, поступающих с первого чувствительного элемента 1, осуществлялось при помощи сумматора, работающего в определенном временном интервале, формируемом одновибратором. Причем начало этого интервала определялось моментом появления первого импульса в линии связи. Однако такой алгоритм обработки может привести к пропуску полезного сигнала, так как запуск одновибратора может произойти, например, от мощной электромагнитной помехи, а сигнал от разрушения охраняемой конструкции прийти позже, в течение времени работы сумматора, и быть неадекватно воспринятым.

В заявляемом устройстве анализ числа поступающих импульсов от первого чувствительного элемента 1 (сигналов разрушения стекла) ведется постоянно - независимо от начального момента возникновения сигнала - при помощи реверсивного счетчика 28, управляемого постоянно работающим генератором импульсов 29 (по вышеописанному алгоритму).

Таким образом, исключается опасность потери полезного сигнала при воздействии (естественном или искусственном с целью саботажа) на устройство импульсных помех через первую линию связи 2. В результате, повышается функциональная надежность устройства.

При отсутствии перемещения охраняемой конструкции исполнительный 19 и задающий 20 элементы второго чувствительного элемента 4 находятся в непосредственной близости друг от друга. Магнитное поле, создаваемое задающим элементом 20, воздействует на контакты исполнительного элемента 19, обеспечивая их нормальное замыкание. При этом по второй линии связи 3 на третий вход цифрового анализатора 15 передается сигнал низкого уровня.

При перемещении охраняемой конструкции происходит удаление задающего элемента 20, установленного на подвижной части охраняемой конструкции, от исполнительного элемента 19, установленного на ее стационарной части. При достаточном удалении указанных элементов друг от друга происходит ослабление магнитного поля, воздействующего на исполнительный элемент 20 и, как следствие, - размыкание его контактов, являющихся выходными контактами второго чувствительного элемента 4. При этом на третьем входе цифрового анализатора 15 появляется сигнал высокого уровня (напряжение U_ст), поступающий с выхода стабилизатора напряжения 12 через ограничительный элемент 10. Для защиты цифрового анализатора от высоковольтных импульсных помех любой полярности, наводимых во вторую линию связи 3, в устройстве применены третий 8 и четвертый 9 элементы защиты.

Сигнал высокого уровня с третьего входа цифрового анализатора 15 передается через третий элемент ИЛИ 24 на вход элемента задержки 27, постоянная времени которого определяется типичным временем перемещения охраняемой конструкции на расстояние, достаточное для проникновения. Если длительность сигнала, поступившего на вход элемента задержки 27 (сигнала перемещения охраняемой конструкции), превышает заданное значение, то на его выходе формируется сигнал логической единицы. В этот момент, если на обоих входах второго элемента И 33 присутствуют сигналы высокого уровня, то на его выходе появляется сигнал логической единицы, который через второй элемент ИЛИ 23 передается на выход цифрового анализатора 15 и вход блока формирования сигнала тревоги 18, переводящего устройство в тревожный режим.

Таким образом, устройство при помощи двух чувствительных элементов обеспечивает полную защиту охраняемой остекленной конструкции, реагируя не только ее разрушения, но и на несанкционированное перемещение ее подвижных частей.

Для обеспечения высокого уровня функциональной надежности в цифровом анализаторе 15 предусмотрено автоматическое тестирование основных узлов обработки сигналов, которое осуществляется следующим образом.

Таймер 16 периодически формирует временные интервалы, в течение которых первый 25 и второй 26 имитаторы формируют положительные импульсы, длительности которых определяются длительностями сигналов, возникающих при типичном разрушении и перемещении охраняемой конструкции, соответственно.

Сигнал с выхода первого имитатора 25 поступает на второй вход первого элемента ИЛИ 22 и вход синхронизации первого триггера 34, синхронизация которого осуществляется по заднему фронту положительного импульса. В этот момент, если отсутствуют сбои в работе реверсивного счетчика 28 и генератора импульсов 29, производящих обработку сигналов разрушения стекла, на выходе первого инвертора 30 возникает сигнал логического нуля, который поступает на синхронный вход первого триггера 34 и обеспечивает сохранение на его выходе низкого уровня сигнала. Устройство при этом остается в дежурном режиме. Если в работе реверсивного счетчика 18 или генератора импульсов 19 произошел какой-либо сбой или возникла неисправность, то на синхронном входе первого триггера 34 будет присутствовать логическая единица и в момент синхронизации он изменит свое состояние. Это приведет к переходу устройства в тревожный режим.

В свою очередь сигнал с выхода второго имитатора 26 поступает на первый вход третьего элемента ИЛИ 24 и вход синхронизации второго триггера 35. В этот момент, если элемент задержки 27, который проверяет соответствие длительности сигнала перемещения охраняемой конструкции заданному значению, исправен (формируемое им время задержки соответствует требуемому значению) и в его работе нет сбоев, на выходе второго инвертора 31 возникает сигнал логического нуля, который поступает на синхронный вход второго триггера 35 и обеспечивает сохранение на его выходе низкого уровня сигнала. Устройство при этом остается в дежурном режиме. Если в работе элемента задержки 27 возникла неисправность, то на синхронном входе второго триггера 35 будет присутствовать логическая единица и в момент синхронизации он изменит свое состояние. Это приведет к переходу устройства в тревожный режим.

Таким образом, при возникновении неисправности или сбое в работе основных узлов, осуществляющих цифровую обработку сигналов, заявляемое устройство не допустит потери контроля охраняемого объекта.

Контроль падения напряжения электропитания заявляемого устройства ниже допустимого уровня осуществляется при помощи блока контроля 13, так же как в устройстве-прототипе [2] . При недопустимом снижении напряжения питания заявляемое устройство формирует тревожное извещение, не допуская тем самым потери контроля охраняемого объекта.

Следует отметить, что в устройстве-прототипе [2] отсутствует надежная защита от импульсных помех и резких перепадов напряжения в цепи электропитания. Для имеющегося в этом устройстве накопительного конденсатора, установленного в цепи электропитания, необходима достаточно большая емкость, чтобы сглаживать провалы питающего напряжения, мешающие устойчивой работе устройства. Однако известно [8], что увеличение емкости конденсатора приводит к увеличению его эквивалентной индуктивности, препятствующей эффективной фильтрации коротких импульсов. Кроме того, при резком увеличении (броске) питающего напряжения установленный в устройстве-прототипе [2] селектор полярности может выйти из строя из-за большого броска тока через разряженный накопительный конденсатор.

Для устранения указанных недостатков в заявляемом устройстве между селектором полярности 17 и накопительном конденсатором 14 установлен фильтр 16, состоящий из фильтрующего 36 и ограничительного 37 элементов. Параметры фильтрующего элемента (емкость и эквивалентная индуктивность) и ограничительного элемента фильтра 16 выбираются таким образом, чтобы обеспечить эффективную фильтрацию высокочастотных помех и коротких импульсов, передачу постоянного напряжения без существенных потерь и ограничение возможных бросков тока через селектор полярности 17 и разряженный накопительный конденсатор 14.

Построенное таким образом устройство обладает повышенной функциональной надежностью, обеспечивая полную защиту охраняемой остекленной конструкции от разрушения установленного в ней стекла и перемещения ее подвижных частей, повышенную устойчивость к воздействию импульсных помех по линиям связи и электропитания, резким перепадам питающего напряжения. В устройстве предусмотрено дополнительное автоматическое тестирование основных узлов цифровой обработки сигналов разрушения стекла и перемещения охраняемой конструкции, обеспечивающее высокую надежность функционирования устройства.

В настоящее время изготовлены опытные образцы извещателя охранного поверхностного совмещенного ИО 315-4(А) "Орбита-1 (А)", в котором использовано заявляемое устройство для тревожной сигнализации. Извещатель успешно прошел лабораторные испытания и опытную эксплуатацию на реальном объекте. В настоящее время идет подготовка к серийному производству извещателя.

Источники информации
1. Пат. 2049356 (РФ), 1995, МКИ G 08 В 13/02.

2. Пат. 98115654 (РФ), 1998, МПК 6 G 08 В 13/00; 13/04.

3. РД 78.147-93 МВД России. Единые требования по технической укрепленности и оборудованию сигнализацией объектов.

4. Датчик разрушения стекла "ДРС-1" ПГС2.329.002 ТУ.

5. Извещатель охранный точечный магнитоконтактный ИО 102-16/2 ПГС2.409.000 ТУ.

6. Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники: В 3-х томах. Пер. с англ. - М.: Мир, 1993. - 413 с.

7. Кауфман М., Сидман А.Г. Практическое руководство по расчетам схем в электронике: Справочник. В 2-х т.: Пер. с англ. - М.: Энергоатомиздат, 1991. - 368 с.

8. Конденсаторы: Справочник/ И.И. Четвертков и др.: Под ред. И.И. Четверткова и М.Н. Дьяконова. - М.: Радио и Связь, 1993. - 392 с.

Изобретение относится к технике охранной сигнализации и может быть использовано для защиты от вторжения нарушителя в закрытое помещение через остекленные строительные конструкции. Техническим результатом является повышение функциональной надежности устройства. Результат достигается тем, что в устройство введены второй чувствительный элемент, ограничительный элемент, фильтр, третий и четвертый элементы защиты, а цифровой анализатор предназначен для выявления тревожного режима. Устройство обеспечивает защиту остекленной конструкции от разрушения установленного в ней стекла и перемещения ее подвижных частей. В устройстве повышена устойчивость к импульсным помехам и перепадам питающего напряжения, предусмотрено автоматическое тестирование основных узлов цифровой обработки сигналов. 3 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Устройство для тревожной сигнализации, содержащее селектор полярности, вход которого подключен к источнику питания устройства, первый чувствительный элемент с двумя подвижными контактами, выполненными слабочувствительными к внешнему магнитному полю и подключенными через первую линию связи одним контактом к общей шине питания устройства, другим - к первому входу интегратора, выход которого подключен к первому элементу защиты, первому входу цифрового анализатора и через второй элемент защиты - к накопителю энергии, первому входу блока контроля, первому входу блока формирования сигнала тревоги, второму входу интегратора и выходу стабилизатора напряжения, вход которого подключен к накопительному конденсатору и второму входу блока контроля, выход которого подключен к второму входу цифрового анализатора, выход которого подключен к второму входу блока формирования сигнала тревоги, отличающееся тем, что в него введены второй чувствительный элемент, вторая линия связи, ограничительный элемент, фильтр, третий и четвертый элементы защиты, при этом выходные контакты второго чувствительного элемента подключены через вторую линию связи одним контактом к общей шине питания устройства, другим - к третьему элементу защиты, третьему входу цифрового анализатора и через параллельно соединенные четвертый элемент защиты и ограничительный элемент - к выходу стабилизатора напряжения, вход фильтра подключен к выходу селектора полярности, а выход - к входу стабилизатора напряжения. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в цифровой анализатор, содержащий первый элемент ИЛИ, первый вход которого подключен к первому входу первого элемента И и является первым входом цифрового анализатора, вторым входом и выходом которого являются соответственно первый вход и выход второго элемента ИЛИ, второй вход которого подключен к выходу первого элемента И, а третий вход - к выходу первого триггера, синхронный вход которого через инвертор подключен к второму входу первого элемента И, а вход синхронизации - к второму входу первого элемента ИЛИ и через первый имитатор - к таймеру, введены третий элемент ИЛИ, второй имитатор, элемент задержки, второй инвертор, второй элемент И, второй триггер, реверсивный счетчик и генератор импульсов, при этом сигнальный вход реверсивного счетчика подключен к выходу первого элемента ИЛИ, вход синхронизации - к генератору импульсов, а выход - к второму входу первого элемента И, вход второго имитатора подключен к таймеру, а выход - к первому входу третьего элемента ИЛИ и входу синхронизации второго триггера, синхронный вход которого подключен через второй инвертор к выходу элемента задержки и первому входу второго элемента И, а выход подключен к четвертому входу второго элемента ИЛИ, пятый вход которого подключен к выходу второго элемента И, вход элемента задержки подключен к выходу третьего элемента ИЛИ, второй вход которого подключен к второму входу второго элемента И и является третьим входом цифрового анализатора. 3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что фильтр содержит ограничительный и фильтрующий элементы, при этом вход ограничительного элемента является входом фильтра, а выход подключен к фильтрующему элементу и является выходом фильтра. 4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что второй чувствительный элемент содержит исполнительный элемент с двумя подвижными контактами, являющимися выходными контактами второго чувствительного элемента, и задающий элемент, создающий магнитное поле для управления контактами исполнительного элемента, выполненными чувствительными к внешнему магнитному полю.