СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ НЕСАНКЦИОНИРОВАННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ОХРАНЯЕМЫЙ ОБЪЕКТ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2003 года по МПК G08B13/26 

Предлагаемый способ и устройство относятся к контрольно-измерительной технике и могут использоваться в устройствах тревожной сигнализации для охраны от несанкционированного воздействия на металлические предметы (сейфы, стеллажи, автомобили и т.д.), а в случае использования пространственно-ориентированных антенн и специальных сенсоров-периметров (территорий, зданий, помещений) - отдельных предметов (электронные приборы, книги, драгоценности, произведения искусства).

Известны способы и устройства защиты объектов (авт. свид. СССР 339928, 386416, 571821, 788136, 824252, 924735, 1117673, 1661815, 1783561, 1836707; патенты РФ 2032227, 2057037, 2054690, 2060556, 2061323; патенты США 4218763, 4438430, 4728959, 4751499, патенты Великобритании 1161114, 2269970; патенты Германии 3225506, 3605299, 3622793, 4242973; патенты Франции 2063292, 2231213, 2591165; патент Японии 5-52999 и другие).

Из известных способов и устройств наиболее близкими к предлагаемым являются "Способ обнаружения несанкционированного воздействия на охраняемый объект и устройство для его осуществления" (патент РФ 2060556, G 08 В 13/26, 1992), которые и выбраны в качестве прототипа.

Фиксация воздействия на объекты охраны производится измерением скорости изменения градиента электростатического поля в зоне действия антенны. Сигнал, полученный с нее, через дифференцирующую цепь и фильтр высоких частот поступает на усилитель с регулируемым коэффициентом усиления, в цепь обратной связи которого включена интегрирующая цепь, и через фильтр высокой частоты на исполнительный блок, который срабатывает при достижении сигналом пороговой величины. Гальваническая развязка в дифференцирующей цепи между антенной и усилителем устраняет влияние наведенных поверхностных токов, дает возможность создавать искусственное электростатическое поле.

Вместе с тем, надежное обнаружение несанкционированного воздействия на охраняемые объекты затруднено из-за высокого уровня вариаций электростатического поля, не связанных с воздействием на объекты охраны: квазистационарных и периодических составляющих поля, помех естественного (грозовая активность, возмущения в ионосфере и т.д.) и искусственного происхождения (промышленные установки, радиотехнические средства коммуникаций и т.п.).

Задачей изобретения является повышение надежности обнаружения несанкционированного воздействия на охраняемый объект.

Поставленная задача решается тем, что в способе обнаружения несанкционированного воздействия на охраняемый объект, основанном на измерении скорости изменения градиента электростатического поля в зоне действия антенны, предварительно периодически производят в зоне действия антенны не менее двух последовательных измерений напряженности электростатического поля, определяют разностный сигнал двух последовательных измерений, интегрируют разностный сигнал, делят разностный сигнал на проинтегрированный разностный сигнал, сравнивают полученное значение с пороговым значением и в случае повышения порогового значения производят последующие измерения.

В устройство для обнаружения несанкционированного воздействия на охраняемый объект, содержащее антенну, последовательно соединенные дифференцирующую цепь, второй фильтр высокой частоты, усилитель, выполненный с регулируемым коэффициентом усиления, в цепь обратной связи которого включена интегрирующая цепь, первый фильтр высокой частоты и исполнительный блок, введены измеритель напряженности электростатического поля, линия задержки, вычитатель, интегратор, делитель, блок сравнения, блок формирования эталонного напряжения и ключ, причем к выходу антенны последовательно подключены измеритель напряженности электростатического поля, линия задержки, вычитатель, второй вход которого соединен с выходом измерителя напряженности электростатического поля, интегратор, делитель, второй вход которого соединен с выходом вычитателя, блок сравнения, второй вход которого соединен с выходом блока формирования эталонного напряжения, и ключ, второй вход которого соединен с выходом антенны, а выход подключен к входу дифференцирующей цепи.

Структурная схема устройства для осуществления предлагаемого способа приведена на чертеже.

Устройство состоит из последовательно включенных антенны 1, измерителя 8 напряженности электростатического поля, линии 9 задержки, вычитателя 10, второй вход которого соединен с выходом измерителя 8 напряженности электростатического поля, интегратора 11, делителя 12, второй вход которого соединен с выходом вычитателя 10, блока 14 сравнения, второй вход которого соединен с выходом блока 13 формирования эталонного напряжения, ключа 15, второй вход которого соединен с выходом антенны 1, дифференцирующей цепи 2, второго фильтра 3 высокой частоты, усилителя 4, выполненного с регулируемым коэффициентом усиления, в цепь обратной связи которого включена интегрирующая цепь 5, первого усилителя 6 высокой частоты и исполнительного блока 7.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии свободные заряды распределены на антенне 1 в соответствии с напряженностью электростатического поля:

где ϕ - электрический потенциал:

- производные электрического потенциала по расстоянию распределенных зарядов тел по координатам х, y, z.

Измерение интенсивности электростатического поля осуществляется измерителем 8 напряженности, в качестве которого может быть использован амплитудный детектор. В зоне действия антенны 1 производится не менее двух последовательных измерений напряженности электростатического поля. Затем производится операция вычитания двух последовательных измерений. Для этого сигнал, соответствующий предшествующему измерению, задерживается линией 9 задержки до момента сравнения его с последующим сигналом в вычислителе 10. Операции интегрирования разностного сигнала и деления разностного сигнала на проинтегрированный разностный сигнал производится в интеграторе 11 и делителе 12. В блоке 14 осуществляется сравнение нормированного сигнала с пороговым значением сигнала, задаваемого блоком 13. В случае превышения порогового значения, что соответствует случаю несанкционированного воздействия на объект охраны, в блоке 14 сравнения формируется постоянное напряжение, которое воздействует на управляющий вход ключа 15, открывая его. В исходном состоянии ключ 15 всегда закрыт.

При несанкционированном воздействии на объект охраны изменяется градиент электростатического поля в зоне действия антенны 1. При изменении градиента электростатического поля за счет перемещения токопроводящих тел или носителей зарядов происходит перераспределение свободных зарядов в антенне 1.

Учитывая, что движение объекта 4 его механическое воздействие происходит с ускорением, каждая составляющая изменения напряженности электростатического поля будет пропорциональна второй производной электростатического потенциала, а следовательно, и заряда во времени.

Сигнал, поступающий с выхода антенны 1 через открытый ключ 15 на вход дифференцирующей цепи 2, будет пропорционален изменению напряженности электростатического поля.

Устройство за счет наличия дифференцирующей цепи 2 и интегрирующей цепи 5 в обратной связи усилителя 4 реагирует на скорость изменения распределения зарядов на антенне 1. Влияние изменения климатических условий, вызывающие медленные перераспределения заряда на антенне с постоянной времени, значительно ниже постоянной времени дифференцирующей цепи 2, ослабляются последней.

Промышленные, бытовые электромагнитные и грозовые помехи не проходят на исполнительный блок 7 за счет действия блоков 8-14 и за счет сильного затухания в фильтрах 3 и 6.

Включение двух звеньев фильтра высокой частоты до и после усилителя 4, а не использование фильтра высокой частоты второго порядка на входе усилителя 4 связано с тем, что в данном случае усилитель 4 выполняет функцию буфера, что повышает помехозащищенность из-за относительно невысокой величины сопротивлений, входящих в фильтр высокой частоты на входе усилителя 4.

Наличие усилителя 4 с переменным коэффициентом усиления позволяет увеличить возможности устройства и при использовании специальных пространственно-ориентированных антенн охранять практически любые объекты.

Кроме того, данное устройство позволяет за счет наличия гальванической развязки благодаря дифференцирующей цепи 2 между антенной 1 и усилителем 4 полностью избавиться от влияния наведенных поверхностных потоков, а также подавать постоянное напряжение на антенну 1 (создавать искусственное внешнее поле), что позволяет индицировать перемещения незаряженных токопроводящих объектов в условиях естественных электростатических полей. Исполнительный блок 7 срабатывает при достижении сигналом пороговой величины.

Устройство реагирует только на скорость изменения градиента внешнего поля, пропорциональную скорости движения нарушителя, что определяется полосой пропускания дифференцирующей 2 и интегрирующей 5 цепей и фильтров 3, 6.

Таким образом, предлагаемый способ и устройство обнаружения несанкционированного воздействия на охраняемый объект по сравнению с известными способами и устройствами обеспечивает повышение надежности обнаружения несанкционированного воздействия на объект охраны. Это достигается компенсацией высокого уровня вариаций электростатического поля, не связанных с воздействием на объекты охраны: квазистационарных и периодических составляющих поля, помех естественного (грозовая активность, возмущения в ионосфере и т. д.) и искусственного происхождения (промышленные установки, радиотехнические средства коммуникаций и т.п.).

Использование предлагаемого способа и устройства обнаружения несанкционированного воздействия на охраняемый объект позволят повысить помехоустойчивость, функциональные возможности (организовать охрану практически любых объектов), в случае необходимости заменить десятки существующих сигнализаторов любого типа.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может использоваться в устройствах тревожной сигнализации для охраны от несанкционированного воздействия на металлические предметы (сейфы, стеллажи, автомобили и т. п. ), а при использовании с пространственно-ориентированными антеннами и иными средствами - для охраны территорий и отдельных предметов, в том числе драгоценностей, книг, произведений искусств и т.п. Технический результат заключается в повышении надежности обнаружения несанкционированного воздействия на охраняемый объект. Устройство содержит средства для измерения напряженности электростатического поля, получения разностного сигнала, его интегрирования и деления разностного сигнала на интегрированный. Это обеспечивает высокую чувствительность обнаружения. 2 с.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ обнаружения несанкционированного воздействия на охраняемый объект, основанный на измерении скорости изменения градиента электростатического поля в зоне действия антенны, отличающийся тем, что предварительно периодически производят в зоне действия антенны не менее двух последовательных измерений напряженности электростатического поля, определяют разностный сигнал двух последовательных измерений, интегрируют разностный сигнал, делят разностный сигнал на проинтегрированный разностный сигнал, сравнивают полученный сигнал с пороговым значением, превышение порогового значения соответствует случаю несанкционированного воздействия на охраняемый объект. 2. Устройство для обнаружения несанкционированного воздействия на охраняемый объект, содержащее антенну, последовательно соединенные дифференцирующую цепь, второй фильтр высоких частот, усилитель, выполненный с регулируемым коэффициентом усиления, в цепь обратной связи которого включена интегрирующая цепь, первый фильтр высоких частот и исполнительный блок, отличающееся тем, что в него введены измеритель напряженности электростатического поля, линия задержки, вычитатель, интегратор, делитель, блок сравнения, блок формирования эталонного напряжения и ключ, причем к выходу антенны последовательно подключены измеритель напряженности электростатического поля, линия задержки, вычитатель, второй вход которого соединен с выходом измерителя напряженности электростатического поля, интегратор, делитель, второй вход которого соединен с выходом вычитателя, блок сравнения, второй вход которого соединен с выходом блока формирования эталонного напряжения, и ключ, второй вход которого соединен с выходом антенны, а выход подключен к входу дифференцирующей цепи.