ЕМКОСТНОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ДЛЯ СИСТЕМ ОХРАННОЙ СИГНАЛИЗАЦИИ Российский патент 2006 года по МПК G08B13/26 

Изобретение относится к охранной сигнализации и может быть использовано при построении систем охраны протяженных участков местности, периметров объектов, а также оконных и дверных проемов зданий с применением в качестве рабочей емкости любого проводящего тела произвольной геометрической формы.

Известно устройство для тревожной сигнализации, содержащее емкостный чувствительный элемент, генератор прямоугольных импульсов, содержащий операционный усилитель, резисторы, делитель напряжения и стабилитроны, преобразователь сигнала датчика в униполярное напряжение, выполненный на операционном усилителе, диодах, конденсаторах и резисторах, источник опорного сигнала, содержащий переменный резистор, разностный усилитель, выполненный на операционном усилителе и резисторах, компаратор, содержащий резисторы и операционный усилитель, блок формирования предупредительного сигнала. Емкостный чувствительный элемент соединен с инвертирующим входом операционного усилителя генератора. Выход генератора соединен с входом преобразователя сигнала датчика в униполярное напряжение. Выход преобразователя соединен с неинвертирующим входом разностного усилителя, инвертирующий вход которого соединен с источником опорного сигнала, а выход через компаратор соединен с блоком формирования предупредительного сигнала (см. патент RU 2025781, МПК⁵ G 08 B 13/26).

Недостатками данного устройства являются низкая тактическая надежность, то есть наличие возможности ложных срабатываний, связанное с зависимостью работы устройства от внешних факторов - влажности и температуры, и наличие возможности ложных срабатываний при нарушении целостности цепи емкостного чувствительного элемента или заземления незаземленного электрода емкостного чувствительного элемента, а также узкие функциональные возможности вследствие обеспечения только тревожной сигнализации при приближении объекта к емкостному чувствительному элементу.

Известно устройство с емкостным датчиком, содержащее кварцевый генератор прямоугольных импульсов скважности, имеющий дополнительно выход, противофазный основному выходу, первый емкостный датчик, подключенный первым электродом к выходу генератора, второй емкостный датчик, подключенный первым электродом к противофазному выходу генератора, сумматор, подключенный входами ко вторым электродам емкостных датчиков, а выходом подключенный к блоку регистрации (см. патент RU 2126173, МПК⁶ G 08 B 13/26).

Недостатками данного устройства являются низкая тактическая надежность, то есть наличие возможности ложных срабатываний при нарушении целостности цепей емкостных датчиков или заземления их электродов, а также сложность эксплуатации вследствие необходимости использования двух емкостных датчиков в непосредственной близости друг от друга для исключения влияния дестабилизирующих факторов, что не всегда удобно и возможно.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности является емкостной преобразователь, использующийся при создании систем охранной сигнализации, содержащий генератор прямоугольного сигнала, первый выход которого подключен через резистор к одному выводу эталонной емкости, второй выход - через резистор к незаземленному электроду рабочей емкости и к одному выводу дополнительной эталонной емкости, третий выход - к управляющему входу устройства выборки-хранения, входной усилитель, вход которого соединен с другими выводами эталонной и дополнительной эталонной емкостей, а выход связан со входом устройства выборки-хранения, при этом другой вывод рабочей емкости заземлен (см. патент RU 2168729, МПК⁷ G 01 R 27/26).

Основным недостатком описанного устройства при применении его в системах охранной сигнализации является низкая тактическая надежность, то есть наличие возможности ложных срабатываний либо несрабатываний в случае случайного или преднамеренного обрыва провода, соединяющего незаземленный электрод рабочей емкости с одним выводом дополнительной эталонной емкости и через резистор со вторым выходом генератора прямоугольного сигнала, или закорачивания незаземленного электрода рабочей емкости на общий провод. Кроме того, емкостной преобразователь не обладает широкими функциональными возможностями, так как может обеспечить только тревожную сигнализацию при приближении объекта к незаземленному электроду рабочей емкости и не может обеспечить сигнализацию о возникновении саботажных состояний.

Предлагаемым изобретением решается задача повышения тактической надежности путем сигнализации о возникновении нештатных ситуаций, вызванных случайным или преднамеренным обрывом провода, соединяющего незаземленный электрод рабочей емкости с одним выводом дополнительной эталонной емкости и через резистор со вторым выходом генератора прямоугольных импульсов, или закорачиванием незаземленного электрода рабочей емкости на общий провод; расширения функциональных возможностей устройства путем введения дополнительного контроля саботажных состояний охранной сигнализации.

Для достижения этого технического результата в емкостный преобразователь для систем охранной сигнализации, содержащий генератор прямоугольного сигнала, первый выход которого подключен через резистор к одному выводу эталонной емкости, второй выход - через резистор к незаземленному электроду рабочей емкости и к одному выводу дополнительной эталонной емкости, третий выход - к управляющему входу устройства выборки-хранения, входной усилитель, вход которого соединен с другими выводами эталонной и дополнительной эталонной емкостей, а выход связан со входом устройства выборки-хранения, при этом другой вывод рабочей емкости заземлен, согласно изобретению введен блок сравнения, вход которого подключен к выходу устройства выборки-хранения, первый выход предназначен для формирования сигнала "саботаж", а второй выход - для формирования сигнала "тревога", поступающих на исполнительное устройство.

В емкостном преобразователе блок сравнения может содержать первый, второй и третий компараторы, входы которых являются входом блока сравнения, инвертор, первый и второй логические элементы ИЛИ, выходы которых являются первым и вторым выходами блока сравнения соответственно, при этом выход первого компаратора соединен с первым входом первого логического элемента ИЛИ и с первым входом второго логического элемента ИЛИ, выход второго компаратора соединен со вторым входом второго логического элемента ИЛИ, выход третьего компаратора через инвертор подключен ко второму входу первого логического элемента ИЛИ и также через инвертор - к третьему входу второго логического элемента ИЛИ.

Сигнализация об обрыве провода, соединяющего незаземленный электрод рабочей емкости с одним выводом дополнительной эталонной емкости и через резистор со вторым выходом генератора прямоугольного сигнала, или о закорачивании незаземленного электрода рабочей емкости обеспечивается путем анализа уровня напряжения выходного сигнала устройства выборки-хранения блоком сравнения, с выходов которого управляющие сигналы поступают на исполнительное устройство.

Заявляемое изобретение поясняется чертежом, на котором изображена функциональная схема емкостного преобразователя для систем охранной сигнализации.

Предлагаемый емкостной преобразователь для систем охранной сигнализации содержит генератор прямоугольного сигнала 1, эталонные емкости 2 и 3, рабочую емкость 4 с незаземленным электродом, резисторы 5 и 6, входной усилитель 7, устройство выборки-хранения 8, блок сравнения 9, содержащий первый, второй и третий компараторы 10, 11 и 12, инвертор 13, первый и второй логические элементы ИЛИ 14 и 15.

Первый выход генератора прямоугольного сигнала 1 подключен к выводу резистора 5, второй выход генератора прямоугольного сигнала 1 подключен к выводу резистора 6, третий выход генератора прямоугольного сигнала 1 подключен к управляющему входу устройства выборки-хранения 8, другой вывод резистора 5 подключен к выводу эталонной емкости 2, другой вывод резистора 6 подключен к одним выводам дополнительной эталонной емкости 3 и рабочей емкости 4, другие выводы эталонных емкостей 2 и 3 соединены и подключены ко входу входного усилителя 7, другой вывод рабочей емкости 4 подключен к земле, выход входного усилителя 7 подключен ко входу устройства выборки-хранения 8, выход которого подключен к блоку сравнения 9. Первый выход блока сравнения 9 предназначен для формирования сигнала "саботаж", а второй выход - для формирования сигнала "тревога", поступающих на исполнительное устройство.

Входом блока сравнения 9 являются входы компараторов 10, 11, 12. Выход первого компаратора 10 соединен с первым входом логических элементов ИЛИ 14 и 15. Выход второго компаратора 11 соединен со вторым входом второго логического элемента ИЛИ 15. Выход третьего компаратора 12 соединен через инвертор 13 со вторым входом первого логического элемента ИЛИ 14 и также через инвертор 13 с третьим входом второго логического элемента ИЛИ 15. Выход первого логического элемента ИЛИ 14 и выход второго логического элемента ИЛИ 15 являются выходами блока сравнения 9.

Генератор прямоугольного сигнала 1 собран по стандартной схеме мультивибратора на инверторах.

Входной усилитель 7 собран по схеме преобразователя тока в напряжение с нулевым входным сопротивлением.

Устройство выборки-хранения 8 представляет собой конденсаторную ячейку памяти, запись в которую производится при помощи электронного ключа, подключенного к выходу входного усилителя 7, управляемого при помощи одновибратора, формирующего прямоугольный импульс длительностью 1 мкс, подключенного к генератору прямоугольного сигнала 1.

Емкостной преобразователь для систем охранной сигнализации работает следующим образом. Напряжение с выхода генератора прямоугольного сигнала 1 подается через резистор 5 на эталонную емкость 2 и инвертированное напряжение через резистор 6 на дополнительную эталонную емкость 3 с ответвлением тока на рабочую емкость 4. Суммарный сигнал подается на входной усилитель 7, где ток преобразуется в напряжение. В момент времени, когда на выходе генератора прямоугольного сигнала 1 появляются фронты напряжения, на RC-цепочках - резисторы 5, 6, емкости 2, 3, 4 - возникает переходный процесс перезаряда емкостей. На начальном участке переходного процесса ток на входе входного усилителя 7, а значит, и напряжение на его выходе пропорционально емкости незаземленного электрода рабочей емкости 4. Это напряжение записывается в устройство выборки-хранения 8, с выхода которого поступает на блок сравнения 9.

При приближении объекта к незаземленному электроду рабочей емкости 4 изменяется его электрическая емкость относительно земли, что ведет к пропорциональному изменению напряжения на выходе устройства выборки-хранения 8. Это напряжение сравнивается с тремя опорными уровнями напряжения в блоке сравнения 9, после чего, если уровень напряжения, поступающий с выхода устройства выборки-хранения 8, выше порога срабатывания компараторов 11, 12 и ниже порога срабатывания компаратора 10, на втором выходе блока сравнения 9 появляется сигнал "тревога". При случайном либо преднамеренном закорачивании незаземленного электрода рабочей емкости 4 на общий провод на выходе устройства выборки-хранения 8 появляется сигнал выше порогового уровня срабатывания компараторов 10, 11 и 12, в результате чего на втором выходе блока сравнения 9 появляется сигнал "тревога" и на первом - "саботаж". При обрыве незаземленного электрода рабочей емкости 4 уровень напряжения выхода устройства выборки-хранения 8 будет ниже порога срабатывания компараторов 10, 11, 12, в результате чего инвертированный инвертором 13 сигнал от компаратора 12 поступит на логический элементы ИЛИ 14 и 15, что вызывает появление на втором выходе блока сравнения 9 сигнала "тревога" и на первом - "саботаж".

Опорные напряжения компараторов 10, 11, 12 выставляются эмпирически в соответствии со следующим. При функционировании в дежурном режиме емкость незаземленного электрода рабочей емкости 4 имеет определенное значение, зависящее от геометрических размеров, формы электрода и расположенных поблизости других тел. При приближении к незаземленному электроду рабочей емкости 4 его емкость увеличивается, что вызывает увеличение напряжения на выходе устройства выборки-хранения 8. Опорное напряжение компаратора 11 выбирается из необходимости обеспечения сигнализации о приближении объекта к незаземленному электроду рабочей емкости 4 на определенное расстояние, которое может варьироваться. При обрыве электрода емкость принимает значение, существенно меньшее значения емкости электрода в дежурном режиме, что вызывает уменьшение напряжения на выходе устройства выборки-хранения 8. На это напряжение настраивается компаратор 12. При закорачивании незаземленного электрода рабочей емкости 4 на общий провод емкость электрода становится существенно больше емкости электрода в дежурном режиме и в режиме тревоги. Следовательно, и напряжение на выходе устройства выборки-хранения 8 будет выше. На данное напряжение настраивается компаратор 10.

Использование в блоке сравнения 9 компаратора 10 позволяет контролировать отсутствие закорачивания незаземленного электрода на общий провод, компаратора 12 - отсутствие обрыва провода, а компаратор 11 служит для сигнализации о приближении к незаземленному электроду рабочей емкости. При этом сигнал "тревога" на втором выходе блока сравнения 9 появляется всякий раз при появлении любой нештатной ситуации, а сигнал "саботаж" на первом выходе блока сравнения 9 - только в случае закорачивания незаземленного электрода рабочей емкости 4 либо обрыва провода, соединяющего незаземленный электрод рабочей емкости 4 с одним выводом дополнительной эталонной емкости 3 и через резистор со вторым выходом генератора прямоугольного сигнала 1, вызванных, как правило, преднамеренными действиями. Наличие данного сигнала в интеллектуальных системах охраны позволяет исполнительному устройству дополнительно идентифицировать возникающие в процессе работы емкостного преобразователя события, что расширяет функциональные возможности системы охраны.

Таким образом, заявляемое изобретение позволяет контролировать приближение посторонних лиц к охраняемому объекту с повышенной тактической надежностью.

Изобретение относится к охранной сигнализации и может быть использовано при построении систем охраны протяженных участков местности, периметров объектов. Достигаемый технический результат - повышение надежности и расширение функциональных возможностей. Устройство содержит генератор прямоугольного сигнала, две эталонные емкости, резисторы, устройство выборки-хранения, входной усилитель, рабочую емкость и блок сравнения. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Емкостной преобразователь для систем охранной сигнализации, содержащий генератор прямоугольного сигнала, первый выход которого подключен через резистор к одному выводу эталонной емкости, второй выход - через резистор к одному выводу рабочей емкости и к одному выводу дополнительной эталонной емкости, третий выход - к управляющему входу устройства выборки-хранения, входной усилитель, вход которого соединен с другими выводами эталонной и дополнительной эталонной емкостей, а выход связан со входом устройства выборки-хранения, при этом другой вывод рабочей емкости заземлен, отличающийся тем, что в него введен блок сравнения, вход которого подключен к выходу устройства выборки-хранения, первый выход блока сравнения предназначен для формирования сигнала «саботаж», а второй выход - для формирования сигнала «тревога», поступающих на исполнительное устройство.2. Емкостной преобразователь по п.1, отличающийся тем, что блок сравнения содержит первый, второй и третий компараторы, входы которых являются входом блока сравнения, инвертор, первый и второй логические элементы ИЛИ, выходы которых являются первым и вторым выходами блока сравнения соответственно, при этом выход первого компаратора соединен с первым входом первого логического элемента ИЛИ и с первым входом второго логического элемента ИЛИ, выход второго компаратора соединен со вторым входом второго логического элемента ИЛИ, выход третьего компаратора через инвертор подключен ко второму входу первого логического элемента ИЛИ и также через инвертор - к третьему входу второго логического элемента ИЛИ.