УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОХРАНЫ ВОДНЫХ РУБЕЖЕЙ Российский патент 2015 года по МПК G08B13/16 G01S15/04 

Изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано для защиты от проникновения на охраняемые объекты со стороны водных акваторий, в частности на предприятиях энергетического, химико-технологического, оборонного и других профилей со стороны рубежей в водной среде: в водоемах, вдоль берегов рек, в мелком море, бухтах и т.п.

Известно устройство обнаружения вторжения подводного объекта в контролируемую область, содержащее гидроакустический излучатель, отражатели, вдоль эллиптической поверхности, в фокусах которой расположены гидроакустический излучатель и гидроакустический приемник, причем последний выполнен с равномерной характеристикой направленности. В качестве гидроакустического излучателя используют передающую круговую антенну. Патент Российской Федерации №2150123, МПК: G01S 15/04, 2000 г.

Известно устройство, содержащее защитную металлическую сетку водозаборного сооружения, низкочастотный излучатель, детектор и анализатор низкочастотных сигналов. Патент Российской Федерации №2256196, МПК: G01S 15/04, G01S 15/96, 2005 г.

Оба устройства сложны и в исполнении, и в эксплуатации.

Известно устройство для охраны водных рубежей, содержащее сигнальное заграждение, выполненное в виде троса, протянутого над водой вдоль охраняемого рубежа и закрепленного на вертикальных опорах, на котором подвешены шесты с грузами на концах в виде маятников, чувствительный элемент подключен к формирователю сигнала тревоги. Чувствительный элемент выполнен в виде коаксиального кабеля, содержащего внутренний и внешний проводники, разделенные изоляцией из фторопластовой ленты, внутренний проводник размещен в сердечнике из упруго сжимаемого электропроводящего материала, фторопластовая лента намотана на внутренний проводник по спирали с положительным перекрытием, на внешнем проводнике концентрично расположена защитная оболочка, коаксиальный кабель проложен под тросом вдоль его оси и жестко соединен с каждым шестом. Патент СССР №1819024, МПК: G08B 23/00, 2000 г. Недостатком устройства является низкая чувствительность (обнаружение лишь при непосредственном воздействии на устройство) и кратковременность акта обнаружения. Возможны и ложные тревоги при соприкосновении с устройствами механического воздействия, например, затопленными предметами.

Известно устройство для охраны водных рубежей, содержащее сигнальное заграждение в виде троса, протянутого над водой вдоль охраняемого рубежа и закрепленного на вертикальных опорах, коаксиальный радиочастотный кабель, закрепленный на тросе по всей его длине и соединенный своим центральным проводником через разделительный конденсатор с входом устройства формирования сигнала тревоги, и чувствительный элемент, выполненный в виде отрезков пьезоэлектрического кабеля с грузами на одном конце, подвешенных с противоположных концов, в точках крепления коаксиального радиочастотного кабеля к тросу, отрезки пьезоэлектрического кабеля соединены с радиочастотным кабелем с помощью согласующих устройств, питаемых от общего источника питающего напряжения через нагрузочный резистор, включенный между выходом источника питающего напряжения и центральным проводником коаксиального радиочастотного кабеля, а второй полюс источника питающего напряжения соединен с экранирующей заземленной оплеткой коаксиального радиочастотного кабеля. Патент Российской Федерации №2375755, МПК: G08B 23/00, G01S 15/04, 2009 г. Прототип.

Прототип чувствителен к воздействию помех, возбуждаемых в отрезках пьезоэлектрического кабеля природным фактором - перемещением относительно отрезков водных масс, вызванных действием ветра или приливно-отливными явлениями, что приводит к генерации сигналов ложной тревоги или даже пропуску нарушителя. Напряжение помех, возбуждаемых природным фактором, и ширина его спектра частот зависит от скорости перемещения водных масс относительно отрезков пьезоэлектрического кабеля.

Технический результат изобретения состоит в снижении чувствительности к помехам, вызванным природными факторами.

Технический результат достигается тем, что в устройстве для охраны водных рубежей, содержащем сигнальное заграждение в виде троса, протянутого над водой вдоль охраняемого рубежа и закрепленного на вертикальных опорах, коаксиальный радиочастотный кабель, закрепленный на тросе по всей его длине и соединенный своим центральным проводником через разделительный конденсатор с входом устройства формирования сигнала тревоги, чувствительный элемент, выполненный в виде отрезков пьезоэлектрического кабеля с грузами на одном конце, подвешенных с противоположных концов в точках крепления коаксиального радиочастотного кабеля к тросу и соединенных с радиочастотным кабелем с помощью согласующих устройств, питаемых от общего источника питающего напряжения через нагрузочный резистор, включенный между выходом источника питающего напряжения и центральным проводником коаксиального радиочастотного кабеля, а второй полюс источника питающего напряжения соединен с экранирующей заземленной оплеткой коаксиального радиочастотного кабеля, под водой вдоль охраняемого рубежа установлены ненаправленные электроакустические излучатели, равноудаленные от каждого из грузов отрезков пьезоэлектрического кабеля, синфазно включенные по отдельной линии связи с генератором напряжения килогерцового диапазона частот, причем все соединения герметизированы.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором представлена структурная схема, где: 1 - трос, 2 - вертикальные опоры, 3 - отрезки пьезоэлектрического кабеля, 4 - водная среда, 5 - грузы, 6 - согласующее устройство, 7 - коаксиальный радиочастотный кабель, 8 - распорки, 9 - разделительный конденсатор, 10 - формирователь сигнала тревоги, 11 - нагрузочный резистор, 12 - источник питающего напряжения, 13 - ненаправленные электроакустические излучатели, 14 - генератор напряжения килогерцового диапазона частот, 15 - отдельная линия связи.

Коаксиальный радиочастотный кабель 7 закреплен на распорках 8 и соединен через разделительный конденсатор 9 с входом формирователя сигнала тревоги 10, а через нагрузочный резистор 11 с выходом источника напряжения питания 12 всех согласующих устройств 6, причем второй полюс источника напряжения питания Е_п соединен с экранирующей заземленной оплеткой коаксиального радиочастотного кабеля 7.

Устройство работает следующим образом.

Перемещение подводного объекта - потенциального нарушителя охраняемого рубежа в водной среде 4, возбуждает акустическую волну, распространяющуюся, в том числе, и в направлении охраняемого рубежа. На выходах отрезков пьезоэлектрического кабеля 3 возникают электрические сигналы, возрастающие по мере приближения нарушителя к рубежу до максимального значения при механическом контакте его как минимум с одним из отрезков пьезоэлектрического кабеля 3. Эти сигналы через согласующие устройства 6 поступают в коаксиальный радиочастотный кабель 7. Нагрузкой для всех согласующих устройств 6 является коаксиальный радиочастотный кабель 7 и нагрузочный резистор 11, включенный между выходом (центральным проводником) коаксиального радиочастотного кабеля 7 и клеммой источника питающего напряжения 12.

Вторая клемма источника питающего напряжения 12 подключена к заземленной экранирующей оплетке коаксиального радиочастотного кабеля 7. На нагрузочном резисторе 11 возникает суммарное напряжение сигналов, возбуждаемых на выходах всех отрезков пьезоэлектрических кабелей 3. Фазовые сдвиги между выходными сигналами ближайших к месту действия нарушителя отрезков пьезоэлектрического кабеля 3 пренебрежимо малы, а уровни сигналов этих отрезков имеют наибольшую величину. Высокая чувствительность отрезков пьезоэлектрического кабеля 3 к акустическому давлению и эффект суммирования возбуждаемых в них сигналов на нагрузочном резисторе 11 обеспечивают повышение чувствительности устройства задолго до прямого соприкосновения нарушителя с элементами барьера. Напряжение сигнала, снимаемое с нагрузочного резистора 11 через разделительный конденсатор 9, поступает на вход формирователя сигнала тревоги 10, сигнал тревоги формируют по результатам анализа спектральной и временной изменчивости сигнала, поступающего на вход формирователя сигнала тревоги 10, в качестве которого использован персональный компьютер или сигнальный процессор, или звуковые элементы.

Ненаправленные электроакустические излучатели 13 создают акустическое поле в области расположения всех отрезков 5 пьезоэлектрического кабеля 3, достаточное для получения на их выходах напряжений с частотой, генерируемой генератором напряжения 14 килогерцового диапазона частот, и с уровнем, намного превышающим напряжение помехи, вызванной природным фактором.

Проникновение нарушителя в контролируемую область искажает за счет отражения, поглощения и рассеяния акустических волн акустическое поле в области расположения отрезков 5 пьезоэлектрического кабеля 3.

На нагрузочном резисторе 11 происходит суммирование признаков перемещения нарушителя как функции изменения уровня суммарного сигнала килогерцового диапазона частот, т.е. амплитудной модуляции этого сигнала и обеспечивается требуемое превышение им при поступлении на вход формирователя сигнала тревоги 10 уровня помех, вызванных природным фактором.

Механизмы перемещения позволяют установить ненаправленные электроакустические излучатели 13 на одинаковых расстояниях от каждого из грузов 5 отрезков пьезоэлектрического кабеля 3. Этим снижается уровень помех, возникающих при неравномерном распределении в плоскости ненаправленных электроакустических излучателей 13.

Ненаправленные электроакустические излучатели 13 создают акустическое поле в области расположения всех отрезков 5 пьезоэлектрического кабеля 3, достаточное для получения на их выходах напряжений с частотой, генерируемой генератором напряжения 14 килогерцового диапазона частот, и с уровнем, намного превышающим напряжение помехи, вызванной природным фактором.

Частота напряжения, развиваемая генератором напряжения 14 килогерцового диапазона частот, выбрана из условия минимально допустимого поглощения создаваемого ненаправленными электроакустическими излучателями 13 акустического поля в водной среде и соразмерности излучаемых длин волн с линейными размерами нарушителя. Уровни выходного напряжения всех отрезков пьезоэлектрического кабеля 3 зависят от перемещения нарушителя как за счет отражения волн, так и за счет их поглощения. Реально частота может быть ограничена пределом в 1 кГц, т.е. возбуждение ненаправленных излучателей должно быть относительно низкочастотным.

Высокая чувствительность и помехозащищенность устройства позволяет увеличить расстояние между соседними отрезками пьезоэлектрического кабеля 3 по сравнению с прототипом, т.к. уровень развиваемого в них под действием акустического поля напряжения сигнала может превышать на 6-10 дБ уровень напряжения помех, вызванных природным фактором.

Изобретение относится к области акустики и может быть использовано для защиты водозаборных сооружений потенциально опасных объектов, в рыбной промышленности - для защиты водозаборных сооружений от проникновения биологических объектов к предприятиям энергетического, химико-технологического. Технический результат изобретения состоит в снижении чувствительности к помехам, вызванным природными факторами. Технический результат достигается тем, что в устройстве для охраны водных рубежей под водой вдоль охраняемого рубежа установлены ненаправленные электроакустические излучатели, равноудаленные от каждого из грузов отрезков пьезоэлектрического кабеля, синфазно включенные по отдельной линии связи с генератором напряжения килогерцового диапазона частот, причем все соединения герметизированы. 1 ил.

Устройство для охраны водных рубежей, содержащее сигнальное заграждение в виде троса, протянутого над водой вдоль охраняемого рубежа и закрепленного на вертикальных опорах, коаксиальный радиочастотный кабель, закрепленный на тросе по всей его длине и соединенный своим центральным проводником через разделительный конденсатор с входом устройства формирования сигнала тревоги, чувствительный элемент, выполненный в виде отрезков пьезоэлектрического кабеля с грузами на одном конце, подвешенных с противоположных концов в точках крепления коаксиального радиочастотного кабеля к тросу и соединенных с радиочастотным кабелем с помощью согласующих устройств, питаемых от общего источника питающего напряжения через нагрузочный резистор, включенный между выходом источника питающего напряжения и центральным проводником коаксиального радиочастотного кабеля, а второй полюс источника питающего напряжения соединен с экранирующей заземленной оплеткой коаксиального радиочастотного кабеля, отличающееся тем, что под водой вдоль охраняемого рубежа установлены ненаправленные электроакустические излучатели, равноудаленные от каждого из грузов отрезков пьезоэлектрического кабеля, синфазно включенные по отдельной линии связи с генератором напряжения килогерцового диапазона частот, причем все соединения герметизированы.