Датчик электростатического поля и система безопасности во внутреннем и внешнем пространстве Российский патент 2019 года по МПК G08B13/26 G01R29/12 G01V3/08 

Область изобретения

Предметом изобретения являются датчик, выполненный с возможностью измерения электростатического поля, и система безопасности для дома. Изобретение имеет практическое применение в области безопасности и, более конкретно, в частной или домашней охране собственности, и его главной целью является обнаружение проникновения через дверь, окно или забор, хотя он может быть использован в других местах, таких как стены или разделительные перегородки.

Уровень техники

В настоящее время в области частной безопасности для пространств внутри дома используются различные типы устройств, способных обнаруживать проникновение в дом и т.п.Среди различных типов устройств обнаружения имеются следующие:

(a) датчики объема, которые обнаруживают изменения в объеме области измерения и интерпретируют их как обнаружение движения;

(b) датчики открывания дверей, которые обнаруживают, когда дверь или окно открывается или закрывается;

(c) инфракрасные барьерные датчики, которые обнаруживают перемещение объекта между излучателями и приемниками;

(d) датчики вибрации или разбивания стекла, которые обнаруживают вибрацию в стеклах, когда по ним бьют или они подвергаются разрушению.

Все эти устройства имеют общий признак, заключающийся в том, что они устанавливаются внутри дома. Следовательно, они не предполагают превентивной безопасности, так как они способны обнаруживать проникновение, только когда оно уже произошло. Следовательно, это не превентивная система безопасности, а система уведомления о событии или система подачи сигнала тревоги. С другой стороны, как датчики объема, так и инфракрасные барьерные датчики не способны, кроме того, различать типы движущихся объектов или различных движений, которые происходят в их области действия.

Чтобы избежать этих проблем, наилучшим решением являются датчики электростатического поля. Однако большинство документов основано на неуправляемых сигналах и на косвенном измерении емкости в зависимости от изменения резонансной частоты сигнала и/или его импеданса.

Например, документ ES 2152335 Т3 описывает устройство обнаружения, соединенное с антенной, для обнаружения малых изменений емкости в электрическом или электромагнитном поле вокруг антенны, причем указанное устройство содержит: генерирующие средства для генерирования электрического или электромагнитного поля вокруг упомянутой антенны; уравновешивающее средство для поддержания генерируемого электрического или электромагнитного поля вокруг упомянутой антенны в уравновешенном состоянии; фильтрующее средство для предотвращения влияния изменений температуры и влажности на устройство обнаружения; средство обнаружения для обнаружения малых изменений в генерируемом электрическом или электромагнитном поле вокруг упомянутой антенны; и средство индикации для индикации того, что произошло изменение электрического или электромагнитного поля; отличающееся тем, что генерирующие средства являются генератором прямоугольной волны, предпочтительно, генерирующим прямоугольную волну с частотой между 50 Гц и 5000 Гц, и тем, что невозмущенная прямоугольная волна от упомянутого генератора и прямоугольная волна, возмущенная изменением емкости поля, окружающего антенну, подаются к усилительному устройству для усиления их разности.

Благодаря этому устройству обнаружения обеспечивается возможность создания системы безопасности в первой области действия, указывающей, что нежелательный объект приблизился к защищаемому объекту на расстояние между 100 и 150 см; во второй области действия, указывающей, что нежелательный объект приблизился к защищаемому объекту на расстояние 30 см; и в третьей области действия указывающей, что нежелательный объект почти находится в контакте с защищаемым объектом.

Следовательно, предложенное изобретение создает прямоугольную волну, для которой, в зависимости от изменения ее частоты, может быть рассчитана соответствующая емкость. Этот сигнал создает магнитное поле в проводнике, который не управляется, то есть его силовые линии проходят во всех направлениях и, кроме того, претерпевают изменения в зависимости от температуры, влажности и других условий, так что необходимо корректировать эти проблемы.

Сущность изобретения

Целью изобретения является датчик, выполненный с возможностью измерения возмущений, происходящих в электростатическом поле вокруг чувствительного элемента, который действует как электрод или антенна, вследствие присутствия человека вблизи от него. Это электростатическое поле также перенаправляется управляемым образом для фокусировки на определенной области. Кроме того, датчик выполнен с возможностью отличать, в зависимости от амплитуды изменения, людей от других живых существ или материальных объектов.

В свою очередь, этот датчик является интегральной частью системы безопасности, предназначенной для превентивного обнаружения несанкционированного проникновения в ограниченное пространство посредством интеграции датчиков, устройств беспроводной связи и центрального блока подачи сигнала тревоги.

Более конкретно, в первом аспекте изобретения датчик электростатического поля отличается тем, что он содержит две схемы измерения электростатического поля, сигналы которых развязаны друг от друга посредством развязывающей цепи; при этом упомянутые схемы измерения электростатического поля соединены с антенной, содержащей коаксиальный кабель, через фазоизмерительную цепь.

Во втором практическом варианте изобретения датчик электростатического и магнитного поля, который отличается использованием цепи подстройки, с рабочей частотой меньше, чем 5 МГц. Части, на которые разделена электронная схема, следующие: RLC параллельный резонансный контур и фазостабилизирующая схема. Он имеет коаксиальный кабель, соединенный с упомянутой цепью для действия в качестве антенны и обеспечения генерации электростатического поля. Упомянутая антенна может быть выполнена из нескольких слоев электродов для управления зоной воздействия генерируемых полей.

Во втором аспекте изобретения система безопасности для внутреннего и внешнего пространств содержит, по меньшей мере, один датчик электростатического поля, как описано выше, соединенный со схемой формирования сигнала, и процессор, содержащий память, которая включает, по меньшей мере, программное обеспечение с инструкциями, обеспечивающими возможность обнаружения изменений в электростатическом поле, принятом от датчика; определения объема и плотности объекта, который создал изменение электростатического поля; установления, соответствуют ли объем и плотность объекта несанкционированному проникновению, и подачи зашифрованного сигнала к панели управления.

Наконец, в третьем аспекте изобретения заявлен способ обнаружения нарушителей в домах, содержащий следующие этапы: (а) обнаружение изменения электростатического поля при помощи, по меньшей мере, датчика электростатического поля, как описано выше; (b) определение объема и плотности объекта, который создал изменение электростатического поля; (с) установление того, соответствуют ли упомянутые объем и плотность объекта несанкционированному проникновению; и (d) подачу зашифрованного сигнала тревоги.

Изобретение основано на способности датчика согласно изобретению измерять изменения электростатического поля, существующего вокруг проводника, в соответствии с настоящим изобретением - коаксиального кабеля, который действует как чувствительный элемент или антенна, когда упомянутое поле подвергается воздействию заряженного тела, такого как тело человека.

Человеческое тело, подобно любому другому существующему объекту, имеет свои собственные электрические характеристики, зависящие от материалов, плотности, объема, температуры и электрической проводимости. Различия в потенциалах между различными объектами приводят в результате к электростатическому взаимодействию одного объекта с другим, когда они входят в контакт или близки друг к другу. Этот эффект используется датчиком согласно изобретению, обеспечивающим непрерывное измерение флуктуаций, которые упомянутое поле вызывает в электронной схеме, соединенной с ним. Эта схема через изменения в амплитуде поля способна различать разные типы тел или объектов и отличать присутствие человека от другого материала или присутствия животного.

Действительно, датчик согласно изобретению при выполнении непрерывного измерения емкости создает электрическое поле, генерируемое на антенне, по бесконечным силовым линиям; процессор, соединенный с датчиком, обеспечивает возможность определения объема и плотности материала, который генерирует флуктуации поля на антенне.

Изобретение может быть использовано для систем безопасности в домах, обеспечивая возможность упреждающего обнаружения проникновения в дверях, окнах и заборах, то есть возможность обнаружения, до того как проникновение произошло.

В настоящем описании и формуле изобретения слово "содержит" и его вариации не предполагают исключения других технических свойств, добавок, компонентов или этапов. Для специалистов в данной области другие цели, преимущества и характеристики изобретения будут очевидны отчасти из описания и отчасти из практики изобретения. Приведенные далее примеры не ограничивают настоящее изобретение. Кроме того, настоящее изобретение охватывает всевозможные комбинации конкретных и предпочтительных вариантов, показанных здесь.

Краткое описание чертежей

Далее приведено короткое описание чертежей, которое поможет обеспечить лучшее понимание изобретения, и которое отчетливо связано с вариантом предложенного изобретения, представленного как не ограничивающий пример.

На фиг. 1 показана схема датчика электростатического поля, согласно изобретению.

На фиг. 2 показана схема системы безопасности, согласно изобретению.

На фиг. 3 показан второй вариант датчика электростатического поля, согласно изобретению.

Подробное описание варианта изобретения

Как можно видеть на фиг. 1, датчик электростатического поля содержит антенну 1, содержащую коаксиальный кабель с одним, двумя или тремя проводами. Антенна 1 непосредственно соединена с фазоизмерительной схемой 2, которая является схемой, измеряющей и анализирующей сигналы двух измерителей (3, 4) электростатического поля, соединенных с фазоизмерительной схемой 2. Измерители (3, 4) электростатического поля развязаны друг от друга развязывающей цепью 5, так что разность потенциалов между обоими измерителями (3, 4) равна нулю, хотя соответствующие токи l₁ и 1₂ являются разными.

Однако, как показано на фиг. 3, датчик электростатического поля, согласно изобретению, имеет второй практический вариант выполнения, в котором антенна 1 соединена с блоком настройки с рабочей частотой меньше, чем 5 МГц, содержащим RLC цепь 31 и цепь 32, стабилизирующую фазу.

Как и в первом варианте выполнения, антенна 1 является коаксиальным кабелем, соединенным с упомянутым блоком (31, 32) настройки, и также выполнена с возможностью обеспечения распространения электрического и магнитного поля. Эта антенна может иметь многослойный электрод для управления зоной влияния создаваемых полей.

Так как антенна 1 соединена с активным проводом коаксиального кабеля, генерируемое в проводнике магнитное поле является ограниченным, и, следовательно, можно создавать поле, где это требуется, например, на двери, окне или стене.

На фиг. 2 показан схематический вид устройства системы безопасности согласно изобретению, содержащей датчик электростатического поля, как описано со ссылкой на фиг. 1 или фиг. 3 соединенный со схемой 6 формирования сигналов, по существу, аналого-цифровым преобразователем, который, в свою очередь, соединен с процессором 7, выполненным с возможностью обнаружения изменений электростатического поля, устанавливая трехмерную картину с такими изменениями, и возможностью определения объема и плотности объекта, который создал эти изменения.

Указанный процессор 7, в свою очередь, соединен с радиочастотной схемой 8, которая подает зашифрованный сигнал к панели управления 9, которая управляет всей установкой.

Кроме того, процессор 7 соединен с камерой 10 безопасности, которая записывает объект, обнаруженный и определенный процессором 7, как незаконное проникновение.

Наконец, процессор 7 соединен со средством идентификации пользователя 11, предпочтительно через Bluetooth, для обеспечения возможности авторизованным пользователям системы иметь доступ на площадку и не подавать сигнал тревоги.

Изобретение относится к датчику электростатического поля и системе безопасности во внутренних пространствах, которые могут измерять электростатические поля и их изменения вдоль металлического проводника, который действует как чувствительный элемент для обнаружения или антенна (1). Чувствительный элемент соединен с электронной схемой (2, 3, 4, 31, 32), выполненной с возможностью расшифровки упомянутых изменений электростатического поля вокруг проводника и обнаружения очень малых изменений в электростатическом поле, с помощью процессора (7), обеспечивая возможность обнаружения присутствия человека на территории, окружающей антенну (1), и дифференциации между присутствием человека и любого другого типа животного или объекта. 4 н. и 5 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Датчик электростатического поля для измерения возмущений, происходящих в электростатическом поле, сгенерированном вокруг одной антенны (1), причем упомянутая антенна (1) является коаксиальным кабелем, а

датчик электростатического поля содержит:

фазоизмерительную схему (2), непосредственно соединённую с антенной (1); и

два измерителя (3, 4) электростатического поля, соединённых с антенной (1) через фазоизмерительную схему (2),

при этом датчик электростатического поля отличается тем, что

фазоизмерительная схема (2) выполнена с возможностью измерения и анализа сигналов (I1, I2) двух измерителей (3, 4) электростатического поля, и тем, что сигналы (I1, I2) двух измерителей (3, 4) электростатического поля развязаны друг от друга развязывающей цепью (5), которая подключена между двумя измерителями (3, 4) электростатического поля с обеспечением нулевой разности потенциалов между обоими измерителями (3, 4) электростатического поля,

при этом датчик электростатического поля выполнен с возможностью генерирования электростатического поля вокруг антенны (1) и непрерывного измерения флуктуаций в упомянутом электростатическом поле.

2. Датчик электростатического и магнитного поля для измерения возмущений, происходящих в электростатическом поле, сгенерированном вокруг одной антенны (1),

причем упомянутая антенна (1) является коаксиальным кабелем, а электростатическое поле, сгенерированное вокруг антенны (1), перенаправляется управляемым образом для фокусировки его влияния в определенной зоне, при этом датчик электростатического и магнитного поля отличается тем, что

антенна (1) соединена с блоком подстройки с рабочей частотой меньше чем 5 МГц, содержащим RLC схему (31) и фазостабилизирующую схему (32) и выполненным с возможностью генерирования электрического и магнитного поля в заданном направлении,

причем датчик электростатического и магнитного поля выполнен с возможностью формирования электростатического поля вокруг антенны (1) и непрерывного измерения флуктуаций в упомянутом электростатическом поле.

3. Система безопасности во внутренних пространствах, содержащая, по меньшей мере:

датчик по п. 1 или датчик по п. 2, соединённый со схемой (6) формирования сигналов; и

процессор (7), содержащий память, которая включает, по меньшей мере, программное обеспечение с инструкциями, обеспечивающими возможность:

обнаружения изменений в электростатическом поле, полученном от датчика, путем непрерывного измерения флуктуаций в электростатическом поле, сгенерированном вокруг одной антенны (1);

определения типа объекта, который вызвал изменение электростатического поля вокруг одной антенны (1) через изменения в амплитуде электростатического поля, обнаруженные датчиком; и

установления, соответствует ли тип объекта несанкционированному проникновению, и подачи зашифрованного сигнала к панели (9) управления.

4. Система по п. 3, в которой процессор (7) подает зашифрованный сигнал к панели (9) управления посредством радиочастотного передатчика (8).

5. Система по п. 3 или 4, содержащая камеру (10), соединённую с процессором (7), при этом инструкции также обеспечивают управление камерой для получения изображения объекта, если тип объекта соответствует несанкционированному проникновению.

6. Система по любому из пп. 3-5, содержащая средства для идентификации авторизованных пользователей (11).

7. Способ обнаружения проникновения во внутренние пространства, который осуществляется в системе по любому из пп. 3-6, и включает следующие этапы:

(a) обнаружение изменения в электростатическом поле путем непрерывного измерения флуктуаций в электростатическом поле,

сгенерированном вокруг одной антенны (1) с использованием, по меньшей мере, датчика по п. 1 или датчика по п. 2;

(b) определение типа объекта, который вызвал изменение электростатического поля вокруг одной антенны (1), через изменения в амплитуде электростатического поля, обнаруженные датчиком;

(c) установление того, соответствует ли тип объекта несанкционированному проникновению; и

(d) подачу зашифрованного сигнала тревоги.

8. Способ по п. 7, содержащий этап идентификации пользователя.

9. Способ по п. 7 или 8, содержащий этап записи области несанкционированного проникновения.