ЭЛЕКТРОННЫЙ ЗАМОК Российский патент 2004 года по МПК E05B49/00 

Предлагаемое устройство относится к технике защиты различных объектов от доступа посторонних лиц, в частности к электронным замкам.

Известны электронные замки (авт. свид. СССР №№ 358495, 475450, 506693, 592693, 699155, 878889, 1000547, 1201472, 1252468, 1326718, 1776744; патенты РФ №№ 2002020, 2037046, 2043476, 2159836; патенты США №№ 4831860, 5209088; патенты Великобритании №№ 2141774, 2261254; патенты ФРГ №№ 3407128, 3907326; патенты Франции №№ 2559193, 2692309; патенты Японии №№ 59-192167, 60-29912 и другие).

Из известных устройств наиболее близким к предлагаемому является “Электронный замок” (патент РФ № 2159836, Е 05 В 49/00, 2000), который и выбран в качестве прототипа.

При нахождении вблизи замка средства для кодирования, выполненного, например, в виде ключа или блока, передатчик излучает радиосигнал, частота которого преобразуется в средства для кодирования, после чего опять излучается и принимается усилителем (приемником), настроенным на эту частоту. При совпадении частоты настройки с частотой принимаемого сигнала замок открывается.

Каждый сотрудник объекта охраны имеет свой индивидуальный модулирующий код, который записан в блоке 16 памяти и в персональном ключе (средстве 6 для кодирования). При этом средство 6 для кодирования должно быть простым, надежным и миниатюрным устройством (типа брелка, кольца или небольшого медальона), которое не должно затруднять обычную жизнедеятельность владельца, но должно нести на себе необходимую уникальную информацию об этом владельце. Второе важное требование к этому устройству - предоставляемая возможность дистанционного считывания несущей им информации неограниченное число раз, без какого бы то ни было участия владельца.

Этим требованиям удовлетворяет предлагаемое средство для кодирования, которое выполнено в виде линии задержки на поверхностных акустических волнах, в качестве отводов которой использованы гребенчатые системы электродов встречно-штыревого преобразователя поверхностных акустических волнах.

Технической задачей изобретения является уменьшение размеров и затрат при длительной эксплуатации средства для кодирования.

Поставленная задача решается тем, что электронный замок, содержащий расположенные на объекте охраны радиопередатчик, последовательно включенные радиоприемник, первый перемножитель, второй вход которого соединен с выходом фильтра нижних частот, узкополосный фильтр, второй перемножитель, второй вход которого соединен с выходом радиоприемника, фильтр нижних частот, коррелятор, второй вход которого соединен с выходом блока памяти, пороговый блок и исполнительный блок, кинематически связанный с механическим замком, и элементы включения, выполненные в виде механического замка с выключателем питания, соединенного с радиопередатчиком и радиоприемником, а также средство для кодирования, расположенное вне объекта охраны, средство для кодирования выполнено в виде линии задержки на поверхностных акустических волнах, в качестве отводов которой использованы гребенчатые системы электродов встречно-штыревого преобразователя поверхностных волн, и отражающих решеток и представляет собой пьезокристалл с нанесенным на его поверхность алюминиевым тонкопленочным преобразователем и набором отражателей, при этом преобразователь подключен к микрополосковой приемопередающей антенне, которая также изготовлена на поверхности пьезокристалла.

Структурная схема предлагаемого электронного замка представлена на фиг.1; временные диаграммы, поясняющие принципы работы электронного замка, изображены на фиг.2.

Электронный замок содержит элементы 1 и 2 включения, выполненные, например, в виде механического замка с электрическим контактом, исполнительный механизм 3, радиопередатчик 4, радиоприемник 5, средство 6 для кодирования, перемножители 12 и 13, узкополосный фильтр 14, фильтр 15 нижних частот, блок 16 памяти, коррелятор 17 и пороговый блок 18. Причем к выходу радиоприемника 5 последовательно подключены первый перемножитель 12, второй вход которого соединен с выходом фильтра 15 нижних частот, узкополосный фильтр 14, второй перемножитель 13, второй вход которого соединен с выходом радиоприемника 5, фильтр 15 нижних частот, коррелятор 17, второй вход которого соединен с выходом блока 16 памяти, пороговый блок 18 и исполнительный блок 3, кинематически связанный с механическим замком 1 с выключателем 2 питания, соединенным с радиопередатчиком 4 и радиоприемником 5. Средство 6 для кодирования содержит приемопередающую антенну 7, встречно-штыревой преобразователь поверхностных акустических волн (ПАВ), состоящий из двух гребенчатых систем электродов 8, нанесенных на поверхность звукопровода 19. Электроды 8 каждой из гребенок соединены друг с другом шинами 9 и 10. Шины в свою очередь связаны с приемопередающей антенной 7.

Следовательно, средство 6 для кодирования представляет собой пьезокристалл с нанесенным на его поверхность алюминиевым тонкопленочным встречно-штыревым преобразователем (ВШП) ПАВ и набором отражателей (решеток) 11. Преобразователь подключен к микрополосковой приемопередающей антенне 7, которая также изготовлена на поверхности пьезокристалла.

Центральная частота и полоса пропускания ВШП определяется шагом размещения электродов и их количеством. Порядок размещения электродов несет индивидуальную информацию о владельце средства 6 для кодирования. Изготовление ВШП осуществляется стандартными методами фотолитографии и травлением тонкой металлической пленки, осажденной на пьезоэлектрическом кристалле. Возможности современной фотолитографии позволяют создавать ВШП, работающие на частотах до 3 ГГц.

Как правило, скорость распространения ПАВ составляет 3.10³ м/с. Это примерно на пять порядков меньше скорости распространения электромагнитных колебаний, в связи с этим на одном сантиметре пьезокристалла можно уместить такую же информацию, как и в километровом кабеле.

Электронный замок работает следующим образом.

При нажатии на ручку 1 замка замыкаются контакты, подавая питание на радиопередатчик 4 и радиоприемник 5. Радиопередатчик 4 излучает сигнал высокой частоты (фиг.2,а)

u_c(t)=U_c·Cos(W_ct+ϕ_с), 0≤t≤Т_c,

где U_c, W_c, ϕ_c, Т_c - амплитуда, несущая частота, начальная фаза и длительность сигнала.

Причем длительность Т_с сигнала определяется временем нажатия на ручку замка. Указанный сигнал принимается приемопередающей антенной 7 средства 6 для кодирования, где он преобразуется в акустическую волну. Работа электродных преобразователей 8 основана на том, что переменные в пространстве и времени электрические поля, создаваемые в пьезоэлектрическом кристалле системой электродов, вызывают из-за пьезоэффекта упругие деформации, которые распространяются в кристалле в виде ПАВ. Акустическая волна распространяется по кристаллу и через некоторое время достигает отражающих решеток 11, которые отражают волну назад с фазой, определяемой положением решеток, и амплитудой, пропорциональной коэффициенту отражения. Отраженная акустическая волна модифицируется уникальным, зависящим от топологии ВШП образом. Затем акустическая волна претерпевает в ВШП обратное преобразование в электромагнитный сигнал с фазовой манипуляцией, который поступает в антенну 7 и излучается в пространство.

Сформированный фазоманипулированный (ФМн) сигнал имеет следующий вид (фиг.2,в):

u₁(t)=U₁·Cos[W_ct+ϕ_к(t)+ϕ₁], 0≤t≤Т_с,

где ϕ_к(t)={0, π} - манипулируемая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с модулирующим кодом M₁(t) (фиг.2,б), причем ϕ_к(t)=const при Кτэ<t<(К+1)τэ и может изменяться скачком при t=Кτэ, т.е. на границах между элементарными посылками (K=1,2,...,N; i=1,2,...,n);

τэ, N - длительность и количество элементарных посылок, из которых составлен сигнал длительностью Т_с(Т_с=N·τэ).

Причем модулирующий код М_i(t) является индивидуальным для каждого сотрудника, имеющего доступ к электронному замку, а следовательно, и санкционированный доступ к объекту охраны.

Указанный ФМн-сигнал принимается радиоприемником 5, настроенным на несущую частоту W_c, и поступает на входы перемножителей 12 и 13. На второй вход перемножителя 13 с выхода узкополосного фильтра 14 подается опорное напряжение (фиг.2,г)

u₀(t)=U₀·Cos(W_ct+ϕ₁), 0≤t≤Т_c

В результате перемножения указанных сигналов образуется результирующее колебание

uΣ(t)=U₂·Соsϕ_к(t)+U₂·Cos[2W_ct+ϕ_к(t)+ϕ₁], 0≤t≤T_c,

где U₂=¹/₂К·U₁·U₀;

К - коэффициент передачи перемножителя.

Аналог модулирующей функции (фиг.2,д)

u₂(t)=U₂·Cosϕ_к(t), 0≤t≤Т_c,

выделяется фильтром 15 нижних частот и подается на первый вход коррелятора 17 и на второй вход перемножителя 12, на выходе которого образуется гармоническое колебание

u₀(t)=U₃·Cos(W_ct+ϕ₁)+U₃·Cos[W_ct+2ϕ_к(t)+ϕ₁]=2U₃·Cos(W_ct+ϕ₁)=U₀·Cos(W_ct+ϕ₁),

где U₃=¹/₂К·U₁·U₂; U₀=2U₃.

Данное колебание выделяется узкополосным фильтром 14 и подается на второй вход перемножителя 13.

Следовательно, перемножители 12 и 13, узкополосный фильтр 14 и фильтр 15 нижних частот обеспечивают выделение модулирующего кода M_i(t) из принимаемого ФМн-сигнала, т.е. синхронное его детектирование.

Применяемые блоки, обеспечивающие синхронное детектирование принимаемого ФМн-сигнала, свободны от явления “обратной работы” и позволяют достоверно выделять модулирующую функцию M_i(t) (ее аналог) из принимаемого ФМн-сигнала.

Аналог модулирующего кода u₂(t) (фиг.2,д) с выхода фильтра 15 нижних частот поступает на первый вход коррелятора 17, на второй вход которого подаются модулирующие коды M₁(t) - M_n(t), записанные заранее в блоке 16 памяти, где n - количество сотрудников, имеющих доступ к электронному замку, а следовательно, и санкционированный доступ к объекту охраны.

Каждый сотрудник объекта охраны имеет свой индивидуальный модулирующий код, который записан в блоке 16 памяти и в персональном ключе (средство 6 для кодирования). Выделенный из принимаемого ФМн-сигнала аналог модулирующего кода в корреляторе 17 со своим прототипом, записанным в блоке 16 памяти, образует максимальное напряжение, пропорциональное корреляционной функции R(τ). Это напряжение превышает пороговый уровень U_пор в пороговом блоке 18. Пороговый уровень U_пор выбирается таким, чтобы его превышали только максимальные значения корреляционных функций. При превышении порогового уровня U_пор в пороговом блоке 18 формируется управляющее напряжение, которое включает исполнительный механизм 3.

При отсутствии вблизи электронного замка средства для кодирования, которое может быть выполнено в виде ключа или брелка, сигнал на первом входе коррелятора 17 отсутствует и замок не открывается. Замок не открывается и в том случае, если модулирующий код, записанный в брелке его владельца, не соответствует ни одному из кодов M₁(t)-M_n(t), записанных в блоке 16 памяти.

Используемые сложные сигналы с фазовой манипуляцией обладают структурной и энергетической скрытностью. Они позволяют применять новый вид селекции - структурную селекцию.

Положительным свойством средства для кодирования на ПАВ является надежность и миниатюрные размеры, а также малые затраты на длительную эксплуатацию (отсутствие батареи и большое время наработки на отказ).

Большим преимуществом предлагаемого электронного замка является пассивное средство для кодирования, которое при облучении формирует специальным образом синтезированный сложный сигнал с фазовой манипуляцией.

Электронный замок относится к технике защиты различных объектов от доступа посторонних лиц. Технической задачей изобретения является уменьшение затрат при длительной эксплуатации средства для кодирования. Электронный замок содержит элементы 1 и 2 включения, выполненные, например, в виде механического замка с электрическим контактом, исполнительный механизм 3, радиопередатчик 4, радиоприемник 5, средство 6 для кодирования, перемножители 12 и 13, узкополосный фильтр 14, фильтр 15 нижних частот, блок 16 памяти, коррелятор 17 и пороговый блок 18. Средство 6 для кодирования содержит приемопередающую антенну 7, встречно-штыревой преобразователь поверхностных акустических волн, состоящий из двух гребенчатых систем электродов 8, нанесенных на поверхность звукопровода 19. Электроды 8 каждой из гребенок соединены друг с другом шинами 9 и 10. Шины в свою очередь связаны с приемопередающей антенной 7. 2 ил.

Электронный замок, содержащий расположенные на объекте охраны радиопередатчик, последовательно включенные радиоприемник, первый перемножитель, второй вход которого соединен с выходом фильтра нижних частот, узкополосный фильтр, второй перемножитель, второй вход которого соединен с выходом радиоприемника, фильтр нижних частот, коррелятор, второй вход которого соединен с выходом блока памяти, пороговый блок и исполнительный блок, кинематически связанный с механическим замком, и элементы включения, выполненные в виде механического замка с выключателем питания, соединенного с радиопередатчиком и радиоприемником, а также средство для кодирования, расположенное вне объекта охраны, отличающийся тем, что средство для кодирования выполнено в виде линии задержки на поверхностных акустических волнах, в качестве отводов которой использованы гребенчатые системы электродов встречно-штыревого преобразователя поверхностных волн, и отражающих решеток и представляет собой пьезокристалл с нанесенным на его поверхность алюминиевым тонкопленочным преобразователем и набором отражателей, при этом преобразователь подключен к микрополосковой приемопередающей антенне, которая также изготовлена на поверхности пьезокристалла.