ЭЛЕКТРОШОКОВОЕ УСТРОЙСТВО (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2007 года по МПК F41B15/04 

Область техники, к которой относится изобретение.

Изобретение относится к оружию с электрическими средствами поражения цели в контактном или дистанционном исполнении.

Уровень техники.

Широко известны электрошоковые устройства, содержащие автономный источник электропитания (аккумулятор или батарею, преобразователь постоянного низкого напряжения источника электропитания в постоянный ток с напряжением 600-4000 В, подключенные параллельно к выходу преобразователя, накопительный конденсатор и цепь из последовательно включенных низковольтной обмотки выходного высоковольтного импульсного трансформатора и ключа, в качестве которого используется, как правило, воздушный или газовый разрядник, напряжение зажигания которого на 15-50% ниже, чем выходное напряжение преобразователя без нагрузки. Описанные устройства имеют следующие недостатки:

1. Невысокий КПД, связанный с потерями энергии на высоковольтном выходном импульсном трансформаторе.

2. Работа по механизму STUN GUN (см. ниже) и таким образом недостаточную для осуществления функции остановки цели длительность и энергию отдельного импульса вследствие недостаточной индуктивности известных высоковольтных импульсных трансформаторов в необходимых для ручных устройств габаритах и незначительный КПД передачи энергии накопительного конденсатора большой емкости через высоковольтный импульсный трансформатор к цели.

Современные представления о физиологической эффективности действия поражающего электроимпульса, подтвержденные многочисленными экспериментами ведущего мирового производителя электрошокового нелетального оружия Taser International, Inc. (США) включают в себя два механизма действия физиологически эффективного электроимпульса. Впервые изученный и применяющийся на абсолютном большинстве электрошоковых устройств механизм действия (технология) называемый STUN GUN вызывает болевой шок нервных окончаний рецепторов при прохождения тока коротких по длительности (10-40 мкс) и незначительных по энергии (0,05-0,1 Дж) электроимпульсов частотой около 100-200 Гц в поверхностных слоях клетчатки и мышц. Действие таких импульсов вызывает сильные болевые ощущения, которые не могут вызвать остановку нападающего, имеющего значительный болевой порог. Однако такие импульсы обладают значительным (от нескольких секунд до нескольких минут) последействием после прекращения подачи тока, выражающегося в онемении, дрожании, сведении мышц вокруг места приложения напряжения, а также общими неприятными ощущениями, не дающими нападающему активно действовать в течение указанного времени после воздействия электрошоковым устройством. Такое состояние нападающего после применения электрошокового устройства позволяет сравнительно легко осуществить его захват (например, надеть наручники).

Второй механизм действия (технология) электроимпульса, называемый EMD-эффект, вызывает зашумления скелетной мускулатуры вследствие проникновения тока с большой с большой энергией (не менее 1,76 Дж) при частоте от 10-30 Гц в глубокие слои мышц. Прохождение таких импульсов вызывает незначительные болевые ощущения вследствие прохождения тока ниже нервных окончаний рецепторов, но при этом скелетные мышцы полностью зашумляются и не могут управляться усилием воли. Такие импульсы вызывают остановку нападающего с любым порогом болевой чувствительности, выражающемся в падении нападающего практически независимо от места приложения тока (тело или конечности). Однако такие импульсы не имеют практически никакого последействия (т.е. после прекращения пропускания тока через цель не наблюдается последующих неприятных ощущений, снижающих активность действия цели), что не позволяет осуществить захват нападающего после прекращения действия тока.

До настоящего времени попытки совместить действие технологии STUN GUN и EMD в едином электроимпульсе стандартных высоковольтных импульсных трансформаторах длительностью до 30-40 мкс сочетающем механизмы действия того и другого импульса не принесли успеха вследствие различной глубины расположения скелетной мускулатуры на теле человека (необходимость большой энергии единичного импульса). Однако при большой энергии единичных импульсов, ток которых распространяется вглубь проводящего тела по правилу Кирхгоффа, не достигается болевого шока нервных окончаний рецепторов, расположенных на поверхности тела. Исследования, проведенные в США и России, показали, что увеличение длительности импульса выше 120-150 мкс позволяет значительно (практически на порядок) уменьшить его энергию для достижения механизма воздействия EMD. Однако длительность импульсов широко применяющихся высоковольтных импульсных трансформаторов, удовлетворяющих другие требования электрических характеристик и главную характеристику "пробивное расстояние по воздуху", в настоящее время не превышает 20-40 мкс.

В настоящее время электрошоковые устройства ведущей мировой фирмы Taser International, Inc. используют технологию EMD при использовании технологии Shaped Pulse (т.е. предварительная ионизации разрядного промежутка малоэнергетичным начальным разрядом для прохождения по ионизированному воздушному каналу мощного импульса накопительного конденсатора). В технологии Shaped Pulse достигается увеличение КПД разряда накопительного конденсатора (конденсаторов) вследствие организации его разряда без трансформации непосредственно в ионизированный предварительным сравнительно маломощным разрядом высоковольтного импульсного трансформатора разрядный промежуток между целью и поражающими электродами (боевыми электродами).

Известно электрошоковое устройство по патенту США №2004156163, использующее технологию EMD-Shaped Pulse, содержащее автономный источник электропитания, преобразователь постоянного низкого напряжения источника электропитания в ток с напряжением около 2000 В, снимаемого с обмотки 3-4 трансформатора преобразователя Т1, подключенный параллельно через диод D1 к выходу преобразователя накопительный конденсатор С1 и цепь из последовательно включенных низковольтной обмотки выходного высоковольтного импульсного трансформатора Т2 (см. Фиг.23; 24 описания патента) и ключа GAP1, в качестве которого используется газовый разрядник, напряжение зажигания которого на 15-50% ниже, чем выходное напряжение преобразователя без нагрузки. Высоковольтная обмотка импульсного трансформатора имеет две обмотки, причем последовательно каждой обмотке включены конденсаторы С2 и С3 и газовые разрядники GAP2 и GAP3. Конденсаторы С2 и С3 заряжаются от отдельных обмоток трансформатора Т1 преобразователя через диоды D2 и D3. После разряда конденсатора С1 через первичную обмотку трансформатора Т2 напряжение в фазированных вторичных обмотках трансформатора Т2 оказывается приложенным к контуру Rн, E1, GAP2, С2, C3, GAP3, E2, при этом происходит пробой между разрядными (боевыми) электродами устройства. После того как воздушный промежуток E1-RH-E2 пробивается высоковольтным разрядом, его сопротивление в результате ионизации воздуха становиться малым, в результате чего заряженные конденсаторы С2 и C3 начинают разряжаться через указанный выше контур, обеспечивая основную мощность поражающего цель импульса. Данное устройство и устройство по Фиг.25 патента (не отличающегося основным принципом работы от описанного) имеют следующие недостатки:

1. Низкая частота поражающих импульсов (не более 25 Гц) при значительной энергии импульса приближенной к технологии EMD. Такое устройство позволяет производить функцию остановки цели, но при выключении устройства функция захвата цели не выполняется, так как механизм воздействия STUN GUN при малой частоте разрядов и их значительной энергии не реализуется.

2. Сложность исполнения трансформатора Т1 и Т2 из за большого числа обмоток и сложности их изоляции для недопущения нештатных пробоев между витками обмоток.

Известно электрошоковое устройство по патенту России №2108526 (см. схему в описании патента), использующего технологию Shaped Pulse, содержащее источник электропитания, преобразователь 3 постоянного низкого напряжения источника электропитания в ток с напряжением для заряда накопительного конденсатора С4, включенного последовательно с низковольтной обмоткой выходного высоковольтного импульсного трансформатора и разрядником. Дополнительный конденсатор С5 включен параллельно конденсатору С4 через диод D6 от преобразователя напряжения 3, а высоковольтный импульсный трансформатор выполнен в виде автотрансформатора, средний вывод которого подключен к общей точке обоих конденсаторов и выводу преобразователя 3. Один боевой (поражающий цель) электрод подключен к концу высоковольтной обмотки автотрансформатора, а другой - к точке соединения дополнительного конденсатора и диода. При работе устройства преобразователь заряжает одновременно конденсаторы С4 и С5, разрядник 7 (с малым напряжением пробоя около 1000-2000 В) пробивается и конденсатор С4 разряжается на низковольтную часть обмотки автотрансформатора. Разряду конденсатора С5 на низковольтную обмотку препятствует диод D6. Импульс высокого напряжения, наведенный в высоковольтной части обмотки автотрансформатора в случае большого отдаления сопротивления цели от боевых электродов 12 и 13, пробивает разрядник 11 (называемый обычно "срезающими электродами" электрошокера), и разряд проходит по воздуху между срезающими электродами, не вызывая разряда конденсатора С5. В случае расположения сопротивления цели на расстоянии до боевых электродов 12 и 13 менее пробивного расстояния между срезающими электродами, разряд на цель происходит между боевыми электродами 12 и 13, и пониженное сопротивление ионизированного разрядного канала вызывает разряд в этот канал конденсатора С5, что увеличивает мощность разряда. С целью устранения остаточного постоянного напряжения конденсатора С5 в случае работы устройства через срезающие электроды (например, для демонстрации) последовательно высоковольтной цепи включается предохранительный разрядник 14 с напряжением пробоя более чем напряжение заряженного конденсатора С5. Данное устройство имеет следующие недостатки:

1. Основным требованием при применении электрошокирующих устройств является возможность демонстрационного разряда перед агрессивно настроенным нападающим, при этом визуально мощный разряд электрошокера (цвет, шум) как показывает практика в большинстве случаев психологически предотвращает нападение.

2. Основным требованием при коммерческом использовании электрошокирующих устройств (основным принципом продаж) является также визуальный вид разряда, т.е. его цвет, производимый им шум, благодаря чему покупатель делает выбор в пользу той или иной модели электрошокера. Электрошокеры даже действительно большей эффективности по физиологическому действию разряда всегда проигрывают электрошокерам с меньшей физиологической эффективностью разряда но с большим визуальным эффектом. Демонстрационный разряд вышеописанного электрошокера, производящийся через срезающие электроды (разрядник 11), имеет плохой визуальный эффект, так как организуется без участия разряда конденсатора С5, вносящего в визуальный вид разряда значительный шум, и видимое утолщение искры разряда. Таким образом, комерциализация от продаж вышеописанного электрошокирующего устройства для развития рынка, и соответственно дополнительных рабочих мест, не превосходит коммерциализацию всех прочих производящихся моделей электрошокирующих устройств. В настоящее время электрошокирующие устройства по вышеприведенному патенту не производятся.

3. Производство высоковольтных импульсных трансформаторов (являющихся важнейшим по необходимому качеству изготовления компонентом электрошокирующего устройства) с различными диаметрами провода частей общей обмотки (как необходимо по вышеприведенному патенту) затруднено технологически и не привлекает внимания производителей, что доказывает полное отсутствие автотрансформаторных электрошокирующих устройств на рынке.

Целью изобретения является создание электрошокового устройства с повышенной эффективностью физиологического воздействия, использующего технологии Shaped Pulse при использовании совмещенной технологии STUN GUN-EMD, использующего простые технологии производства высоковольтных импульсных трансформаторов, отличающегося значительным визуальным эффектом демонстрационного электроразряда.

Повышенная эффективность в вариантах предлагаемого электрошокирующего устройства достигается совмещением параметров электроимпульсов STUN GUN и EMD технологий. Для этого в вариантах предлагаемого устройства применяются параметры электроразрядов, имеющих частоту 100-200 Гц при энергии импульса не менее 0,1 Дж и длительность импульса до 1000 мкс, позволяющие достигнуть цели остановки и захвата цели. В других вариантах устройства применяются серии импульсов технологии STUN GUN перемежаются отдельными импульсами технологии EMD в едином непрерывном электроразряде, чем достигаются механизм остановки цели и механизм захвата цели.

Простота технологии изготовления предлагаемого устройства достигается использованием стандартных и хорошо отработанных производителями высоковольтных импульсных трансформаторов с двумя обмотками (низковольтной и высоковольтной).

Визуальный демонстрационный эффект разряда достигается исключением из устройства срезающих электродов (срезающего разрядника) при использовании технологии Shaped Pulse.

Электрошоковое устройство содержит автономный источник питания, выключатель, преобразователь постоянного напряжения источника питания в постоянное напряжение 600-6000 В, накопительный конденсатор и цепь из высоковольтного ключа в виде воздушного или газового разрядника и низковольтной обмотки высоковольтного импульсного трансформатора, подключенные параллельно выходу преобразователя постоянного напряжения, выходной воздушный разрядник на 30-70 кВ, представляющий собой поражающие электроды, подключенные к концам высоковольтной обмотки высоковольтного импульсного трансформатора. Оно имеет дополнительный накопительный конденсатор, один вывод которого соединен с одним выводом преобразователя постоянного напряжения, второй вывод соединен через диод со вторым выводом преобразователя постоянного напряжения для зарядки дополнительного конденсатора от преобразователя постоянного напряжения, точка соединения первого диода со вторым выводом дополнительного конденсатора в свою очередь соединена с выводом второго диода, включенного последовательно с первым диодом, второй диод вторым выводом соединен с поражающим электродом и с третьим диодом, включенным одним выводом встречно со вторым диодом и первым диодом и соединенным вторым выводом с одним концом высоковольтной обмотки высоковольтного импульсного трансформатора, второй конец высоковольтной обмотки высоковольтного импульсного трансформатора соединен со вторым поражающим электродом и с первым выводом дополнительного накопительного конденсатора соединенного с первым выводом преобразователя постоянного напряжения, низковольтная или высоковольтная обмотки высоковольтного импульсного трансформатора сфазированы с выходом преобразователя постоянного напряжения и диодами, в разрядную цепь дополнительного конденсатора включен воздушный или газовый разрядник с напряжением зажигания большим, чем максимальное зарядное напряжение дополнительного накопительного конденсатора.

В зарядную цепь накопительного конденсатора последовательно включено ограничивающее сопротивление.

В зарядную цепь дополнительного накопительного конденсатора параллельно включено разгрузочное сопротивление.

В зарядную цепь дополнительного конденсатора последовательно с первым диодом до точки соединения с выводом дополнительного накопительным конденсатора включен постоянный или подстраиваемый ограничивающий резистор.

В качестве диодов используются высоковольтные диодные сборки.

Низковольтная обмотка высоковольтного импульсного трансформатора шунтирована диодом, включенным обратнополярно относительно рабочей полярности накопительного конденсатора.

Электрошоковое устройство содержит автономный источник питания, выключатель, преобразователь постоянного напряжения источника питания в постоянное напряжение 600-6000 В, накопительный конденсатор и цепь из высоковольтного ключа в виде воздушного или газового разрядника и низковольтной обмотки высоковольтного импульсного трансформатора, подключенные параллельно выходу преобразователя постоянного напряжения, выходной воздушный разрядник на 30-70 кВ представляющий собой поражающие электроды подключенные к концам высоковольтной обмотки высоковольтного импульсного трансформатора. Оно имеет дополнительный накопительный конденсатор включенный последовательно высоковольтной обмотке высоковольтного импульсного трансформатора так, что один вывод дополнительного конденсатора является собственно поражающим электродом, один вывод дополнительного конденсатора соединен также с одним выводом преобразователя постоянного напряжения непосредственно, а другой вывод дополнительного конденсатора соединен также с другим выводом преобразователя постоянного напряжения через диод, низковольтная или высоковольтная обмотки высоковольтного импульсного трансформатора сфазированы с выходом преобразователя постоянного напряжения и диодом, в разрядную цепь дополнительного конденсатора включен воздушный или газовый разрядник с напряжением зажигания большим, чем максимальное зарядное напряжение дополнительного накопительного конденсатора.

В зарядную цепь накопительного конденсатора последовательно включено ограничивающее сопротивление.

В зарядную цепь дополнительного накопительного конденсатора параллельно включено разгрузочное сопротивление.

В зарядную цепь дополнительного накопительного конденсатора последовательно включен постоянный или подстраиваемый ограничивающий резистор.

Подстаиваемый резистор управляется автоматически в зависимости от частоты разрядов дополнительного конденсатора с зависимостью увеличения сопротивления при увеличении частоты разрядов дополнительного конденсатора.

Низковольтная обмотка высоковольтного импульсного трансформатора шунтирована диодом, включенным обратнополярно относительно рабочей полярности накопительного конденсатора.

Краткое описание чертежей:

Фиг.1 Электрошоковое устройство по п.1, п.2, п.3 формулы изобретения с ограничивающим и разгрузочным резисторами технологии Shaped Pulse - EMD (схема электрическая).

Фиг.2 Электрошоковое устройство по п.1, п.3, п.4, п.6 формулы изобретения с разгрузочным и постоянным или подстраиваемым ограничивающим резисторами технологии Shaped Pulse-STUN GUN-EMD и шунтирующим диодом низковольтной обмотки высоковольтного трансформатора (схема электрическая).

Фиг.3 Электрошоковое устройство по п.7, п.8, п.9 формулы изобретения с ограничивающим и разгрузочным резисторами технологии Shaped Pulse-EMD (схема электрическая).

Фиг.4 Электрошоковое устройство по п.7, п.9, п.10, п.12 формулы изобретения с разгрузочным и постоянным или подстраиваемым ограничивающим резисторами технологии Shaped Pulse - STUN GUN-EMD, и шунтирующим диодом низковольтной обмотки высоковольтного трансформатора (схема электрическая).

Осуществление изобретения.

В зависимости от необходимости могут применяться различные варианты электрошокового устройства.

Электрошоковое устройство патрона по п.1 п.2, п.3 формулы изобретения Фиг.1 состоит из низковольтного источника питания 1, представляющего собой аккумулятор или батарею, выключатель 2, преобразователь 3 низкого постоянного напряжения источника питания в постоянное напряжение 600-6000 В, соединенный с преобразователем 3 накопительный конденсатор 4, включенный параллельно в цепь, состоящую из ограничивающего сопротивления 5 газового или воздушного разрядника 6 и первичной обмотки 7 высоковольтного импульсного трансформатора 8. К преобразователю 3 подключен также дополнительный накопительный конденсатор, 9 одна обкладка которого соединена с выводом преобразователя 3 напрямую, а другая обкладка соединена с выводом преобразователя 3 через диод 10. Соединенная с диодом 10 обкладка конденсатора 9 соединена также с одним выводом диода 11, второй вывод которого соединен с одним выводом диода 12, второй вывод которого соединен с одним концом высоковольтной обмотки 13 трансформатора 8. Точка соединения диодов 11 и 12 соединена с одним поражающим электродом 14 электрошокового устройства. Второй конец обмотки 13 трансформатора 8 соединен с поражающим электродом 15 электрошокового устройства и с общей точкой соединения конденсаторов 4, 9 и вывода преобразователя 3.

Низковольтная или высоковольтная обмотки высоковольтного импульсного трансформатора 8 должны быть сфазированы с выходом преобразователя 3 и диодами 10, 11, 12.

Устройство работает следующим образом. При включении выключателя 2 преобразователь 3 начинает заряжать конденсатор 4 через ограничивающее сопротивление 5, а через диод 10 - дополнительный конденсатор 9. Ограничивающее сопротивление 5 необходимо для гарантированного полного заряда конденсатора 9 до разряда конденсатора 4 в первичную обмотку 7 трансформатора 8, и гарантированному полному заряду конденсатора 9 в том случае, если прямое сопротивление высоковольтного диода (диодной сборки) достаточно велико. Разряду конденсаторов 4 и 9 через вторичную обмотку 13 трансформатора 8 препятствует диод 12. При достижении полного потенциала заряда конденсатора 4 напряжению зажигания разрядника 6 разрядник срабатывает, и конденсатор 4 разряжается через разрядник 6 в первичную обмотку 7 трансформатора 8. В то же время конденсатор 9 остается заряженным, так как его разряду в цепь разрядника 6 и первичной обмотки 7 трансформатора 8 препятствует диод 10 и сопротивление 5. Во вторичной обмотке 13 трансформатора 8 наводится ЭДС индукции при высоком потенциале. Шунтированию тока высоковольтного импульса через конденсатор 9 и 4 препятствует диод 11. Между поражающими электродами 14 и 15, расстояние между которыми выбирается для гарантированного пробоя по воздуху при потенциале, развиваемом вторичной обмоткой 13 трансформатора 8, происходит воздушный пробой. При этом сопротивление ионизированного пробоем разрядного канала между электродами 14 и 15 резко падает и конденсатор 9 начинает разряжаться в ионизированный воздушный канал через диод 11. Обычно применение (боевой разряд) электрошокирующего устройства происходит через одежду нападающего, т.е. через воздушные промежутки, определяемые толщиной одежды, однако в некоторых случаях применения поражающие электроды могут быть прижаты непосредственно к кожному покрову цели, имеющему сопротивление около 1000 Ом. В этом случае ток преобразователя 3 начинает течь по контуру один вывод преобразователя 3 диод 10, диод 11, электрод 14, сопротивление цели 1000 Ом, электрод 15, второй вывод преобразователя 3. Поражающее действие постоянного тока преобразователя 3 ничтожно, и электрошоковое устройство перестает быть эффективным. Для устранения протекания такого тока по указанному контуру между поражающим электродом 14 и точкой соединения диодов 11 и 12, или между электродом 15 и точкой соединения конца обмотки 13 с общей точкой конденсаторов 4 и 9, или между точкой соединения диодов 11 и 12, или между точкой соединения конденсатора 9 и диода 11, включен воздушный или газовый разрядник 16 с напряжением зажигания, равным или большим чем максимальное зарядное напряжение конденсатора 9. Разрядник 16, изображенный на Фиг.1 для примера, между электродом 14 и точкой соединения диода 11 с диодом 12 выполняет указанную функцию недопущения прохождения тока преобразователя 3 по указанному контуру на сопротивление цели до момента зажигания разрядника 6 и возникающему соответственно высоковольтному импульсу трансформатора 8. При прохождении высоковольтного импульса трансформатора 8 через сопротивление цели 1000 Ом и менее (вплоть до единиц Ом), разрядник 16, напряжение зажигания которого незначительно по сравнению с высоковольтным импульсом напряжения обмотки 13, зажигается потенциалом высоковольтного импульса, обеспечивая разряд конденсатора 9 прямо через цель (или воздушный промежуток и цель). Кроме указанной функции разрядник 16 обеспечивает функцию предохранения пользователя от воздействия постоянного остаточного напряжения на конденсаторе 4 и 9.

Для увеличения действующего на цель значения разрядного тока конденсатора 9 и недопущения пробоя диодов высоковольтными импульсами вторичной обмотки 13 трансформатора 8 в качестве диодов необходимо применять высоковольтные диодные сборки с возможно большими значениями допускаемого прямого импульсного тока. После выключения выключателя 2 и прекращения работы преобразователя 3 в определенный момент времени (до полного заряда конденсатора 4 и срабатывания разрядника 6) конденсатор 9 остается неразряженным и уже после выключения преобразователя 3 благодаря току утечки диода 10 начинает дозаряжать конденсатор 4. Такой процесс происходит при емкости конденсатора 9 значительно большей емкости конденсатора 4. При дозаряжании конденсатора 4 и срабатывании разрядника 6 происходит единичный высоковольтный импульс на высоковольтном трансформаторе 8 на выключенном устройстве. Такой неожиданный единичный импульс после выключения устройства представляет опасность для пользователя. Для устранения такого явления в зарядную цепь конденсатора 9 параллельно ему включен разгрузочный резистор 17 с большим сопротивлением. При выключении преобразователя 3 остаточный заряд конденсатора 9 стекает на резистор 17, не допуская дозаряда конденсатора 4.

Разряд конденсатора 9 в ионизированный канал происходит при каждом разряде конденсатора 4, таким образом демонстрационный разряд отличается от прототипа значительным зрительным эффектом и шумом разрядов.

Длительность импульса разряда конденсатора 9 в данном устройстве, как показали исследования, может достигать 1000 мкс и более при частоте следования импульсов 100-200 Гц и энергии отдельного импульса более 0,2 Дж. Таким образом в предлагаемом устройстве достигается совмещение характеристик параметров электроимпульсов STUN GUN и EMD технологий.

На Фиг.2 изображено устройство по п.1, п.3, п.4, п.6 формулы изобретения.

От приведенного на Фиг.1 описания этот вариант устройства отличается иной последовательностью полярности включения диодов 10, 11 и 12, возможной при иной фазировке обмоток трансформатора 8, отсутствием ограничивающего резистора 5. Разрядник 16 по сравнению с описанием на Фиг.1 (поскольку расположение разрядника 16 в разрядной цепи конденсатора 9 имеет несколько вариантов) в данном варианте устройства включен в разрядную цепь конденсатора между диодом 11 и выводом конденсатора 9. Дополнительно введен постоянный или подстроечный резистор 18, включенный последовательно с диодом 10 в зарядную цепь дополнительного конденсатора 9 до точки соединения вывода конденсатора 9 с разрядником 16. Устройство работает следующим образом. Скорость заряда конденсатора 9 определяется величиной резистора 18 и всегда менее скорости заряда конденсатора 4. За время заряда конденсатора 9 до максимального напряжения заряда конденсатора 4 конденсатор 4 успевает многократно зарядиться до напряжения зажигания разрядника 6 и многократно разрядиться через разрядник 6 и первичную обмотку 7 трансформатора 8. Напряжение зажигания разрядника 16 подбирается примерно в 2-2,5 раза выше, чем напряжение зажигания разрядника 6. Потенциал заряда конденсатора 9 не может зажечь разрядник 16 даже при замыкании накоротко электродов 14 и 15 до тех пор тех пор, пока в цепи не наведется потенциал высоковольтного импульса обмотки 13, частично проходящий и через диод 11. При этом конденсатор 9 разряжается через разрядник 16 в ионизированный канал воздушного разряда между электродами 14 и 15, как по описанию на Фиг.1. После разряда конденсатора 9 описанный процесс повторяется.

Изменением сопротивления резистора 18, емкости конденсатора 9 и напряжения зажигания разрядника 16 можно устанавливать практически любую частоту разрядов конденсатора 9, менее чем частота разрядов конденсатора 4. Разрядник 16 в данном варианте устройства одновременно выполняет функцию предохранения пользователя от воздействия постоянного остаточного напряжения на конденсаторе 4 и 9.

Практическое (легко осуществимое) регулирование частоты достигается изменением сопротивления резистора 18. Наилучшие физиологические результаты действия электроимпульсов достигаются при частоте разряда конденсатора 4 в 100-200 Гц, при энергии отдельного импульса в 0,05-0,1 Дж и его продолжительности 10-40 мкс и частоте разряда конденсатора 9 в 10-30 Гц, при энергии импульса в 1, 76 Дж, его продолжительности в 60 мкс и более. Таким образом в данном варианте предлагаемого устройства достигается совмещение характеристик параметров электроимпульсов STUN GUN и EMD-технологий.

При необходимости получения однополярных высоковольтных импульсов (апериодических импульсов) трансформатора 8, обладающих повышенной физиологической эффективностью, первичная обмотка 7 трансформатора 8 шунтируется диодом 19, включенным обратнополярно относительно рабочей полярности накопительного конденсатора 4. В этом случае диод 19 срезает ток самоиндукции первичной обмотки 7 трансформатора 8, отсекая импульсы обратной полярности на обмотке 13 трансформатора 4, а кроме того, препятствует обратному току перезарядки конденсатора 4, что повышает электрический к.п.д. устройства.

На Фиг.3 изображено устройство по п.7, п.8, п.9 формулы изобретения, состоящее из низковольтного источника питания 1, представляющего собой аккумулятор или батарею, выключателя 2, преобразователя 3 низкого постоянного напряжения источника питания в постоянное напряжение 600-6000 В, соединенный с преобразователем 3 накопительный конденсатор 4, включенный параллельно в цепь, состоящую из ограничивающего сопротивления 5, газового или воздушного разрядника 6 и первичной обмотки 7 высоковольтного импульсного трансформатора 8. Дополнительный накопительный конденсатор 20 подключен последовательно высоковольтной обмотке 13 высоковольтного импульсного трансформатора 8, при этом вывод дополнительного конденсатора 20 является поражающим электродом 15 и непосредственно подключен к одному выводу преобразователя 3. Другой вывод дополнительного конденсатора 20, соединенный с одним концом обмотки 13 через диод 21, подключен к другому выводу преобразователя 3. В зарядную цепь дополнительного конденсатора 20 параллельно включен разгрузочный резистор 22.

Низковольтная или высоковольтная обмотки высоковольтного импульсного трансформатора 8 сфазированы с выходом преобразователя постоянного напряжения 3 и диодом 21, в разрядную цепь дополнительного конденсатора 20 включен воздушный или газовый разрядник 16 с напряжением зажигания большим, чем максимальное зарядное напряжение дополнительного накопительного конденсатора.

Последовательность присоединения диода 21 к тому или иному выводу конденсатора 20 и полярность его включения в данном устройстве многовариантна и определяется фазированием. Разрядник 16 выполняет функции, аналогичные описанным для Фиг.1.

Устройство работает следующим образом. При включении выключателя 2 преобразователь 3 начинает заряжать конденсатор 4 через ограничивающее сопротивление 5 и через диод 21 дополнительный конденсатор 20.

Ограничивающее сопротивление 5 необходимо для гарантированного полного заряда конденсатора 20 до разряда конденсатора 4 в первичную обмотку 7 трансформатора 8, в том случае если прямое сопротивление диода достаточно велико.

При достижении потенциала заряда конденсатора 4 напряжению зажигания разрядника 6 разрядник срабатывает и конденсатор 4 разряжается через разрядник 6 в первичную обмотку 7 трансформатора 8. В то же время конденсатор 20 остается заряженным, так как его разряду в цепь разрядника 6 и первичной обмотки 7 трансформатора 8 препятствует диод 21. Во вторичной обмотке 13 трансформатора 8 наводится ЭДС индукции при высоком потенциале. Между поражающими электродами 14 и 15, расстояние между которыми выбирается для гарантированного пробоя по воздуху при потенциале, развиваемом вторичной обмоткой 13 трансформатора 8, происходит воздушный пробой. При этом сопротивление ионизированного пробоем разрядного канала между электродами 14 и 15 резко падает и конденсатор 20 начинает разряжаться в ионизированный воздушный канал через разрядник 16, напряжение зажигания которого незначительно по сравнению с импульсом напряжения вторичной обмотки 12.

Разряд конденсатора 20 в ионизированный канал происходит при каждом разряде конденсатора 4, таким образом демонстрационный разряд отличается от прототипа значительным зрительным эффектом и шумом разрядов. После выключения выключателя 2 и прекращения работы преобразователя 3 в определенный момент времени (до полного заряда конденсатора 4 и срабатывания разрядника 6) конденсатор 20 остается неразряженным и уже после выключения преобразователя 3 благодаря току утечки диода 21 начинает дозаряжать конденсатор 4. Такой процесс происходит при емкости конденсатора 20 значительно большей емкости конденсатора 4. При дозаряжании конденсатора 4 и срабатывании разрядника 6 происходит единичный высоковольтный импульс на высоковольтном трансформаторе 8 на выключенном устройстве. Такой неожиданный единичный импульс после выключения устройства представляет опасность для пользователя. Для устранения такого явления в зарядную цепь конденсатора 20 параллельно включен разгрузочный резистор 22 с большим сопротивлением. При выключении преобразователя 3 остаточный заряд конденсатора 20 стекает на резистор 22, не дозаряжая конденсатор 4.

Длительность импульса разряда конденсатора 20 в данном устройстве, как показали исследования, может достигать 500-600 мкс при частоте следования импульсов 100-200 Гц, и энергии отдельного импульса более 0,2 Дж.

Таким образом в варианте предлагаемого устройства достигается совмещение характеристик параметров электроимпульсов STUN GUN и EMD-технологий.

На Фиг.4 изображено устройство по п.7, п.9, п.10, п.12 формулы изобретения.

От приведенного на Фиг.3 описания этот вариант устройства отличается отсутствием ограничивающего сопротивления 5 и наличием постоянного или подстроечного ограничивающего сопротивления 23, включенного последовательно в зарядную цепь дополнительного конденсатора 20. Место включения резистора 23 в зарядную цепь конденсатора 20 может быть любым и не отражается на работе схемы.

Устройство работает следующим образом. При включении выключателя 2 преобразователь 3 начинает заряжать конденсатор 4 и через диод 21 - дополнительный конденсатор 20. Скорость заряда конденсатора 20 определяется величиной сопротивления ограничивающего резистора 23 и всегда менее скорости заряда конденсатора 4. За время заряда конденсатора 20 до максимального напряжения заряда конденсатора 4, конденсатор 4 успевает многократно зарядиться до напряжения зажигания разрядника 6 и многократно разрядиться через разрядник 6 и первичную обмотку 7 трансформатора 8. Напряжение зажигания разрядника 16 подбирается примерно в 2-2,5 раза выше и больше, чем напряжение зажигания разрядника 6. Между поражающими электродами 14 и 15, расстояние между которыми выбирается для гарантированного пробоя по воздуху при потенциале, развиваемом вторичной обмоткой 13 трансформатора 8, каждый раз при разряде конденсатора 4 происходит воздушный пробой. Ток электроимпульса наведенного во вторичной обмотке 13 проходит через конденсатор 20, однако его разряда в ионизированный воздушный канал не происходит до тех пор пока потенциал заряда конденсатора 20 не достигает некоторой необходимой величины, определяемой проводимостью ионизированного канала концентрацией ионизированных частиц в ионизируемом канале. При достижении потенциала заряда конденсатора 20 необходимой для его разряда величины происходит разряд конденсатора 20 в ионизированный канал. После разряда конденсатора 20 описанный процесс повторяется.

Изменением сопротивления резистора 23, емкости конденсатора 20 и расстоянием между поражающими электродами 14 и 15 можно устанавливать практически любую частоту разрядов конденсатора 20 меньшую, чем частота разрядов конденсатора 4. Разрядник 16 в данном варианте устройства выполняет функцию предохранения пользователя от воздействия постоянного остаточного напряжения на конденсаторе 4 и 20 и недопущения разряда конденсатора 20 до его полной зарядки при непосредственном контакте электродов 14 и 15 с сопротивлением цели в 1000 Ом.

При наличии некоторого определенного по расстоянию воздушного промежутка между поражающими электродами 14 и 15 и сопротивлением нагрузки (цели), частота следования импульсов разряда конденсатора 20 постоянна, но при уменьшении воздушного промежутка и приближения сопротивления между электродами 14 и 15 к 1000 Ом частота разрядов конденсатора 20 увеличивается и стремится приблизиться к частоте разрядов конденсатора 4. Регулирование частоты (уменьшение частоты разрядов конденсатора 20 при уменьшении величины воздушного промежутка) достигается увеличением сопротивления резистора 23 в зависимости от увеличения частоты разряда конденсатора 20. Такую регулировку оптимально осуществлять автоматически, т.е. при помощи дополнительного устройства, измеряющего частоту следования импульсов разряда конденсатора 20 и в зависимости от ее увеличения, увеличивающего сопротивление резистора 23.

Необходимость наличия воздушного промежутка (значительного сопротивления) между электродами 14 и 15 для работы данного варианта устройства с большой частотой разряда конденсатора 4 и малой частотой разряда конденсатора 20 позволяет применять его в контактных действующих через одежду электрошокирующих устройствах и в дистанционных электрошоковых устройствах (ДЭШУ), не имеющих игл для проникания под одежду, т.е. в ДЭШУ с клеящимися (липкими) зондами. Наилучшие физиологические результаты действия электроимпульсов достигаются при характеристиках, указанных в описании к Фиг.2. Таким образом в варианте предлагаемого устройства достигается совмещение характеристик параметров электроимпульсов STUN GUN и EMD-технологий.

При необходимости получения однополярных высоковольтных импульсов (апериодических импульсов) трансформатора 8, обладающих повышенной физиологической эффективностью, первичная обмотка 7 трансформатора 8 шунтируется диодом 19, включенным обратнополярно относительно рабочей полярности накопительного конденсатора 4. В этом случае диод 19 срезает ток самоиндукции первичной обмотки 7 трансформатора 8, отсекая импульсы обратной полярности на обмотке 13 трансформатора 4, а кроме того, препятствует обратному току перезарядки конденсатора 4, что повышает электрический к.п.д. устройства.

Изобретение относится к электрошоковым устройствам, поражающим цель электрическим током при контактном или дистанционном действии. Технический результат - повышение эффективности физиологического воздействия. Электрошоковое устройство содержит источник питания, выключатель, преобразователь, накопительный конденсатор, высоковольтный ключ, высоковольтный импульсный трансформатор. В устройство введен дополнительный накопительный конденсатор, заряжаемый от преобразователя через диод и разряжающийся на цель через поражающие электроды. В разрядную цепь дополнительного конденсатора включен разрядник. Высоковольтная обмотка трансформатора имеет диод, не допускающий разряд дополнительного конденсатора через высоковольтную обмотку трансформатора. Другой вариант устройства имеет дополнительный конденсатор, включенный последовательно высоковольтной обмотке трансформатора, заряжаемый через диод от преобразователя и разряжающийся на цель через поражающие электроды, высоковольтную обмотку трансформатора и разрядник. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Электрошоковое устройство для контактного или дистанционного поражения целей электрическим током, содержащее автономный источник питания, выключатель, преобразователь постоянного напряжения источника питания в постоянное напряжение 600-6000 В, накопительный конденсатор и цепь из высоковольтного ключа в виде воздушного или газового разрядника и низковольтной обмотки высоковольтного импульсного трансформатора, подключенных параллельно выходу преобразователя постоянного напряжения, выходной воздушный разрядник на 30-70 кВ, представляющий собой поражающие электроды, подключенные к концам высоковольтной обмотки высоковольтного импульсного трансформатора, отличающееся тем, что оно снабжено дополнительным накопительным конденсатором, один вывод которого соединен с одним выводом преобразователя постоянного напряжения, второй вывод соединен через диод со вторым выводом преобразователя постоянного напряжения для зарядки дополнительного конденсатора от преобразователя постоянного напряжения, точка соединения первого диода со вторым выводом дополнительного конденсатора соединена с выводом второго диода, включенного последовательно с первым диодом, второй диод вторым выводом соединен с поражающим электродом и с третьим диодом, включенным одним выводом встречно со вторым диодом и первым диодом и соединенным вторым выводом с одним концом высоковольтной обмотки высоковольтного импульсного трансформатора, второй конец высоковольтной обмотки высоковольтного импульсного трансформатора соединен со вторым поражающим электродом и с первым выводом дополнительного накопительного конденсатора, соединенного с первым выводом преобразователя постоянного напряжения, низковольтная или высоковольтная обмотки высоковольтного импульсного трансформатора сфазированы с выходом преобразователя постоянного напряжения и диодами, в разрядную цепь дополнительного конденсатора включен воздушный или газовый разрядник с напряжением зажигания большим, чем максимальное зарядное напряжение дополнительного накопительного конденсатора.2. Электрошоковое устройство по п.1, отличающееся тем, что в зарядную цепь накопительного конденсатора последовательно включено ограничивающее сопротивление.3. Электрошоковое устройство по п.1, отличающееся тем, что в зарядную цепь дополнительного накопительного конденсатора параллельно включено разгрузочное сопротивление.4. Электрошоковое устройство по п.1, отличающееся тем, что в зарядную цепь дополнительного конденсатора последовательно с первым диодом до точки соединения с выводом дополнительного накопительного конденсатора включен постоянный или подстраиваемый ограничивающий резистор.5. Электрошоковое устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве диодов используют высоковольтные диодные сборки.6. Электрошоковое устройство по п.1, отличающееся тем, что низковольтная обмотка высоковольтного импульсного трансформатора шунтирована диодом, включенным обратнополярно относительно рабочей полярности накопительного конденсатора.7. Электрошоковое устройство, содержащее автономный источник питания, выключатель, преобразователь постоянного напряжения источника питания в постоянное напряжение 600-6000 В, накопительный конденсатор и цепь из высоковольтного ключа в виде воздушного или газового разрядника и низковольтной обмотки высоковольтного импульсного трансформатора, подключенные параллельно выходу преобразователя постоянного напряжения, выходной воздушный разрядник на 30-70 кВ, представляющий собой поражающие электроды, подключенные к концам высоковольтной обмотки высоковольтного импульсного трансформатора, отличающееся тем, что оно снабжено дополнительным накопительным конденсатором, включенным последовательно высоковольтной обмотке высоковольтного импульсного трансформатора, при этом первый вывод дополнительного конденсатора является собственно поражающим электродом и соединен также с одним выводом преобразователя постоянного напряжения непосредственно, а другой вывод дополнительного конденсатора соединен также с другим выводом преобразователя постоянного напряжения через диод, низковольтная или высоковольтная обмотки высоковольтного импульсного трансформатора сфазированы с выходом преобразователя постоянного напряжения и диодом, в разрядную цепь дополнительного конденсатора включен воздушный или газовый разрядник с напряжением зажигания большим, чем максимальное зарядное напряжение дополнительного накопительного конденсатора.8. Электрошоковое устройство по п.7, отличающееся тем, что в зарядную цепь накопительного конденсатора последовательно включено ограничивающее сопротивление.9. Электрошоковое устройство по п.7, отличающееся тем, что в зарядную цепь дополнительного накопительного конденсатора параллельно включено разгрузочное сопротивление.10. Электрошоковое устройство по п.7, отличающееся тем, что в зарядную цепь дополнительного накопительного конденсатора последовательно включен постоянный или подстраиваемый ограничивающий резистор.11. Электрошоковое устройство по п.10, отличающееся тем, что подстраиваемый ограничивающий резистор выполнен с возможностью автоматического управления в зависимости от частоты разрядов дополнительного конденсатора с увеличением сопротивления при увеличении частоты разрядов дополнительного конденсатора.12. Электрошоковое устройство по п.7, отличающееся тем, что низковольтная обмотка высоковольтного импульсного трансформатора шунтирована диодом, включенным обратнополярно относительно рабочей полярности накопительного конденсатора.