СПОСОБ ЗАЩИТЫ ЗОН И ОБЪЕКТОВ ОТ НЕСАНКЦИОНИРОВАННОГО ПРОНИКНОВЕНИЯ Российский патент 2004 года по МПК G08B15/00 

Изобретение относится к системам охраны с электрическими средствами поражения и предназначено для защиты зон и объектов от несанкционированного проникновения нарушителя.

Изобретение предназначено для активного препятствия попыткам проникновения в зоны и объекты. Эффект охраны достигается за счет создания очагов на поверхности земли (грунта), внутри которых осуществляется нелетальное поражение нарушителя шаговым напряжением. Изобретение может быть использовано для долговременного инженерного оборудования подступов к зонам и объектам. На данных подступах осуществляется блокировка пешего нарушителя или затруднение его передвижения.

Изобретение может использоваться совместно с системами охранной сигнализации, включающей различного типа датчики, например, акустические, световые, радиоволновые и др.

Известен способ воздействия на нарушителя (противника, злоумышленника) устройством, заключающийся в том, что оно совместно с датчиком перед применением маскируется, при срабатывании датчика нарушитель подвергается воздействию электрическим током, передаваемым от устройства по нескольким выстреливаемым им проводникам, один из которых заземлен, на концах проводников закреплены иглы-электроды. Для увеличения размеров поражаемой области, ориентация вылета игл-электродов занимает в горизонтальной плоскости угол 120° [1]. Недостатками данного способа воздействия являются возможность нанесения увечий при попадании игл-электродов в жизненно важные органы; вероятностный характер поражения; при срабатывании устройства возможно скрещивание и обрыв проводников, что снижает эффект воздействия; однократность воздействия.

Наиболее близким к предложенному решению является способ защиты охраняемой зоны от вторжений, заключающийся в воздействии на злоумышленника электрическим током при касании им токопроводящего элемента, содержащегося в электризуемой ограде (заграждении), обратным токопроводом здесь является земля. [2]. Устройство, реализующее данный способ, является долговременным сооружением, поэтому число воздействий равняется числу прикосновений нарушителя(ей) к токопроводящему элементу, т.е. в сравнении с первым способом может осуществлять множество воздействий. Недостатками данного способа являются потребность большого количества проводников, чтобы исключить зазоры между заграждением и землей; заграждение, которое является для злоумышленника видимым (теряется эффект внезапности воздействия) и поэтому для прохождения возможно заранее подготовиться как технически, так и морально.

Общим недостатком для описанных выше способов является практическое отсутствие возможности одновременного воздействия на группу лиц (три и более человек). Например, для последнего способа одновременное касание тремя и более человек заграждения - вероятностное событие (кто-то коснется первым и об этом будет известно остальным).

Известны явления, возникающие при стекании тока с проводника в грунт (землю) [3, 4, 5]. Стекание тока сопровождается наведением на поверхности грунта вокруг проводника с током электрических потенциалов. Значения потенциалов и характер их изменений вдоль линий растекания тока зависят от таких факторов, как, значение тока, стекающего в землю с проводника, конфигурации и размеров самого проводника, удельного сопротивления грунта [5]. Возможно искусственно воспроизводить потенциалы на поверхности грунта (земли) для преднамеренного воздействия на человека шаговым напряжением, значение которого носит нелетальный характер.

Однако проведенные оценки с использованием различных моделей, описывающих отекание тока с проводников разной конфигурации и возникающее при этом распределение потенциала на поверхности земли, [3, 4, 5] показали, что искусственное воспроизведение потенциалов необходимого значения на поверхности земли сопряжено с проблемой образования приемлемой зоны растекания тока и необходимых для этого энергетических затрат. Например, при стекании тока 20 А с горизонтального стержня диаметром 0,01 мм, длиной 1 м, заглубленного в грунт на 0,1 м, сопротивление стержня растеканию тока составляет при удельной проводимости грунта 100 Ом×м около 100 Ом, при этом уже на расстоянии 2 м в поперечном направлении от проводника наводимые потенциалы на поверхности грунта будут иметь такие значения, при которых шаговое напряжение может не вызывать болевых ощущений, а мощность источника, формирующего стекание тока, пусть даже в относительно короткий промежуток времени, должна составлять около 40 кВт.

Изобретение решает задачу расширения арсенала технических средств, предназначенных для защиты зон и объектов от несанкционированного проникновения нарушителя (ей) и направлено на 1) создание относительно широких очагов на поверхности грунта (земли) с наведенными потенциалами разного значения; 2) многократное воздействие внутри очагов с высокой вероятностью поражения; 3) полного исключения нанесения травм и увечий; 4) осуществление группового поражения; 5) создание эффекта внезапности воздействия; 6) оптимальное использование энергетических возможностей источника, формирующего стекание тока в грунт (землю).

Это достигается тем, что воздействие осуществляется шаговым напряжением при попадании нарушителя в очаг растекания тока, искусственно создаваемого на участке местности путем укладки в грунт горизонтального электрода, соединенного изолированным проводником через коммутационное и управляющее устройства с источником тока, при этом под электрод укладывают подкладку из материала с высоким удельным электрическим сопротивлением, причем ширина и длина подкладки превышают линейные размеры электрода. Материал с высоким удельным электрическим сопротивлением под электродом позволяет существенно увеличить зону растекания тока в горизонтальном направлении и повысить потенциалы точек, находящихся на удалении от электрода в поперечном и продольном направлении, сделать существенную разницу между значениями потенциалов, точки которых удалены друг от друга на расстоянии шага человека, совместно с ждущим режимом работы источника и возможностью коммутации лучей в необходимом порядке, это еще позволяет и рационально использовать энергетические возможности источника. Изоляция проводника, соединяющего электрод с коммутационным устройством, снижает энергетические потери во время протекания тока от источника до электрода. В зависимости от геометрических размеров участка местности, на котором необходимо произвести заграждение, от электрических характеристик грунта и от решаемых тактических задач, в грунт укладывается N-е количество лучей (следящая и управляющая аппаратура выбирается в зависимости от технической оснащенности и особенностей местности).

Реализация изобретения предполагает наличие комплекса устройств фиг.1. Суть изобретения заключается в следующем: луч, состоящий из проводника 1, покрытого изоляцией, и электрода 2, под которым размещен материал с высоким удельным электрическим сопротивлением 3, укладывается горизонтально в грунт 4 на участке местности на небольшую глубину t, проводник 1 соединяется через коммутационное устройство 5 с источником 6, формирующим воздействие. Вне участка или на самом участке скрытно размещаются датчики 7 (датчики контролируют участки, размеры которых немного превышают размеры зон растекания тока с электродов; датчики могут иметь любой принцип работы) реагирующие на появление нарушителя в местах установки лучей или на относительно близком расстоянии от них. При попадании человека в зону действия какого либо датчика 7 последний через устройства управления 8 передает команду на коммутационное устройство 5, которое соединяет нужный луч с источником электрического тока 6 и запускает сам источник 6, после запуска источника 6 вокруг электрода происходит стекание тока в грунт, вследствие чего между ступнями ног человека возникает шаговое напряжение, действие которого способствует затруднению движения или отказу от дальнейшего продвижения из-за возникновения болевых ощущений.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволили установить, что заявитель не обнаружил источник информации, характеризующийся признаками, тождественными всем существенным признакам заявленного изобретения.

Для проверки соответствия заявленного изобретения условию "изобретательский уровень" заявитель провел дополнительный поиск известных решений, чтобы выявить признаки, совпадающие с отличительными от прототипа признаками заявленного способа. Результаты поиска показали, что заявленное изобретение не вытекает для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку из уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований для достижения технического результата. В частности, заявленным изобретением не предусматриваются следующие преобразования: дополнение известного средства какой-либо известной частью, присоединяемой к нему по известным правилам, для достижения технического результата, в отношении которого установлено влияние именно такого дополнения; замена какой-либо части известного средства другой известной частью для достижения технического результата, в отношении которого установлено влияние именно такой замены; увеличение количества однотипных элементов действий, для усиления технического результата, обусловленного наличием в средстве именно таких элементов действий; выполнение известного средства или его части из известного материала для достижения технического результата, обусловленного известными свойствами этого материала; создание средства, состоящего из известных частей, выбор которых и связь между которыми осуществлены на основании известных правил, рекомендаций, и достигаемый при этом технический результат обусловлен только известными свойствами частей этого средства и связей между ними.

Описываемое изобретение не основано на изменении количественного признака, представлении таких признаков во взаимосвязи, либо изменении ее вида.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "изобретательский уровень".

Перечень фигур чертежей:

фиг.1 - предлагаемый комплекс устройств и его размещение на местности;

фиг. 2 - пример результата расчета;

фиг. 3 - результаты эксперимента;

фиг. 4 - формы поля растекания тока.

Изобретение основано на использовании электрофизических свойств грунта (земли) и конструкции луча (электрод с подкладкой из материала с высоким удельным сопротивлением).

Возможность осуществления изобретения была проверена расчетным и экспериментальным путями.

Расчетный путь. За основу брались модели и формулы из [4, 5] для расчета потенциалов, наводимыми токами, стекающими с электродов, находящихся в двухслойном грунте с разными проводимостями слоев. Нижний слой грунта при расчетах заменялся материалом с высоким удельным электрическим сопротивлением. Пример результата расчета электрических потенциалов, наводимых на поверхности земли (грунта) вдоль поперечной оси L горизонтального электрода диаметром 0,01 м, длиной l=1 м, заглубленного на 0,1 м в грунт с удельным электрическим сопротивлением 100 Ом×м, под которым находится подкладка размерами 4×4 м с удельным электрическим сопротивлением 10000 Ом×м и с которого стекает ток 20 А, приведены на фиг.2, поз. 1; поз. 2 - результат расчета для того же электрода, только без подкладки.

Экспериментальный путь. Эксперименты проводились на открытом грунте с удельным сопротивлением 135 Ом×м, длина электрода составляла 0,5 м, размер подкладки (пропитанная битумным варом бумага) брался 1×1 м, заглубление электрода и подкладки в грунт составляло 0,1 м, значение стекающего с электрода тока 2 А. Результаты эксперимента приведены на фиг.3, где представлены значения потенциалов на поверхности грунта вдоль поперечной оси L электрода: поз. 1 - электрод заглублялся с подкладкой, поз. 2 - электрод заглублялся без подкладки. На фиг.4 приведены формы растекания тока: поз. 1 для электрода без подкладки, поз. 2 для электрода с подкладкой. Анализ расчетов и эксперимента показал, что размеры очага растекания тока и значения наводимых электрических потенциалов в большей степени зависят от размеров подкладки и ее удельного электрического сопротивления, удельного сопротивления грунта, значения тока, стекающего с электрода, соотношения размеров электрода и подкладки; в меньшей степени зависят от величины заглубления электрода и подкладки (в пределах глубины 0,001 м - 0,5 м), размеров и формы электрода. Рассматривались варианты конструкции источников тока. Наиболее приемлемой оказалась конструкция, принцип действия которой основан на преобразовании напряжения в более высокое, а выходной частью являются LC накопители, отдающие в нагрузку (электрод, находящийся в грунте) энергию с периодичностью, связанной со скоростью движения противника и физиологической реакцией организма человека на действие электрического тока, имеющего нелетальный характер.

Таким образом при реализации изобретения обеспечиваются следующие результаты: создание на поверхности грунта (земли) относительно широких очагов растекания электрического тока вдоль поверхности, а внутри этих очагов осуществление нелетального поражения злоумышленника шаговым напряжением; многократно производить воздействие (например, при повторной попытке пройти зону); при воздействии полностью исключить нанесение травм и увечий; производить групповое поражение; оптимально использовать энергетические возможности источника.

Источники информации.

1. Proceedings of Non-Lethal Defense III. Laurel, Maryland, 1998.

2. Заявка Франции №2654239, кл. G 08 В 13/22.

3. Манойлов В.Е. Основы электробезопасности. Л.: Энергоатомиздат, 1985, с.189-229, 299-319.

4. Бургсдорф В.В., Якобе А.И. Заземляющие устройства электроустановок. - М.: Энергоатомиздат, 1987, с.32-35, 47-50, 62-66, 87-88.

5. Долин П.А. Основы техники безопасности в электроустановках. - М.: Энергоатомиздат, 1984, с.75-83, 85-96.

Изобретение относится к способу предотвращения несанкционированного проникновения в зоны и объекты. Техническим результатом является расширение арсенала средств, предназначенных для защиты зон и объектов от проникновения нарушителя. Способ заключается в воздействии на нарушителя шаговым напряжением, имеющим для человека нелетальный характер, для этого на участке местности на небольшую глубину в горизонтальной плоскости в грунт укладывается луч, состоящий из проводника, покрытого изоляцией и гальванически соединенного с электродом, под которым размещена подкладка из материала с высоким удельным электрическим сопротивлением (подкладка значительно увеличивает очаг растекания тока), проводник соединяется через коммутационное устройство с источником, формирующим воздействие. 4 ил.

Способ защиты зон и объектов от несанкционированного проникновения, заключающийся в электрическом воздействии на организм нарушителя, отличающийся тем, что воздействие осуществляют шаговым напряжением при попадании нарушителя в очаг растекания тока, искусственно создаваемого на участке местности путем укладки в грунт горизонтального электрода, соединенного изолированным проводником через коммутационное и управляющее устройства с источником тока, при этом под электрод укладывают подкладку из материала с высоким удельным электрическим сопротивлением, причем ширина и длина подкладки превышают линейные размеры электрода.