МАГНИТО-ТРИБОЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ОХРАННОЙ СИГНАЛИЗАЦИИ Советский патент 2007 года по МПК G08B13/26 

Предлагаемое устройство относится к технике охранной сигнализации и может быть использовано для обнаружения проникновения на контролируемую территорию или в помещение нарушителя, несущего с собой ферромагнитные предметы.

Известны устройства охранной сигнализации, использующие комбинацию магнитного канала и канала давления. Чувствительным элементом в канале давления является шланг с жидкостью, укладываемый вдоль контролируемого периметра. Изменение давления жидкости в шланге преобразования в электрический сигнал с помощью пьезоэлектрического преобразователя. Чувствительным элементом в магнитном канале является одновитковая петля, образованная металлической оболочкой, запрессованной в шланг. Возможно также использование электропроводящей жидкости в шланге. Недостатками этого устройства являются высокая сложность конструкции и дороговизна специального комбинированного чувствительного элемента. Кроме того, устройство имеет низкую помехоустойчивость, связанную с отсутствием экранирования магниточувствительной петли и низкую чувствительность, вызванную низким уровнем сигнала с одновитковой петли.

Из известных устройств наиболее близким по технической сущности является устройство охранной сигнализации магнито-трибоэлектрического типа (см. патент США 3967262 НКИ 340-258, опублик. 1976 г.), предназначенное для генерации сигнала тревоги при появлении ферромагнитного предмета в охраняемой зоне, при обнаружении давления на грунт или колебании грунта, а также при наличии комбинации обоих факторов. Это устройство имеет чувствительный элемент, выполненный в виде одновитковой петли экранированного кабеля, каналы нормирования магнитоэлектрического и трибоэлектрического сигналов и блок совпадения. При этом канал магнитоэлектрического сигнала содержит входной повышающий трансформатор и последовательно соединенные с ним полосовой фильтр и пороговый элемент. Канал трибоэлектрического сигнала содержит последовательно соединенные усилитель напряжения, полосовой фильтр и пороговый элемент. Начало и конец провода кабеля соединены вместе и подключены ко входу усилителя напряжения трибоэлектрического канала. Экран петли кабеля своим началом и концом подключен к первичной обмотке входного повышающего трансформатора магнитоэлектрического канала. Выходы пороговых элементов обоих каналов подключены ко входам блока совпадения. Последний выполняет логическую операцию И и генерирует сигнал тревоги при появлении сигналов на обоих входах.

Недостатком этого устройства является невысокая помехочувствительность. Это связано с тем, что экран кабеля является электродом, с которого снимается магнитоэлектрический сигнал. Этот электрод сам электрически не экранирован и поэтому подвержен наводками со стороны внешних электрических полей. Кроме того, экран не имеет соединения с шиной нулевого потенциала. Следовательно, он плохо экранирует провод кабеля, являющийся электродом трибоэлектрического сигнала.

Другой недостаток этого устройства заключается в низкой чувствительности, что связано с низким уровнем трибоэлектрического сигнала, снимаемого с одновитковой петли кабеля. К тому же чувствительность трибоэлектрического канала будет снижаться при увеличении длины контролируемого периметра или при попадании влаги внутрь экрана кабеля. Действительно, пороговый заряд на выходе петли, вызывающий срабатывание трибоэлектрического канала будет:

где: U_п - порог порогового элемента канала трибоэлектрического сигнала,

C_к - погонная емкость петли экранированного кабеля (ее величина значительно увеличивается при попадании влаги внутрь кабеля),

l - длина петли экранированного кабеля (пропорциональна величине контролируемого периметра),

K_у - коэффициент усиления по напряжению трибоэлектрического сигнала.

Из (1) следует, что чувствительность канала будет падать (пороговый заряд увеличиваться) с увеличением размеров контролируемого периметра и при попадании влаги внутрь кабеля. Чувствительность магнитоэлектрического канала также понижена. Это связано с тем, что провод кабеля, соединенный в короткозамкнутый виток и находящийся в тесной магнитной связи со своим экраном, компенсирует часть магнитного поля последнего, вследствие явления электромагнитной индукции. Кроме того, недостатком этого устройства является сложность, связанная с применением в магнитоэлектрическом канале входного повышающего инфранизкочастотного трансформатора с большим коэффициентом трансформации.

Целью настоящего изобретения является повышение помехоустойчивости, чувствительности и упрощения устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее петлю экранированного кабеля, последовательно соединенные усилитель напряжения, первый полосовой фильтр и первый пороговый элемент, выход которого подключен к одному входу блока совпадения, другой вход которого соединен с выходом второго порогового элемента, вход которого связан с выходом второго полосового фильтра введены дифференциальный усилитель напряжения и зарядосчувствительный усилитель, а петля экранированного кабеля выполнена многовитковой, причем начало и конец витков петли экранированного кабеля подключены ко входам дифференциального усилителя напряжения, выход которого связан со входом второго полосового фильтра, средняя точка витков петли экранированного кабеля соединена со входом зарядочувствительного усилителя, выход которого подключен ко входу усилителя напряжения, а экран кабеля подключен к шине нулевого потенциала. Кроме того, многовитковая петля выполнена последовательным соединением проводов многопроводного кабеля.

На чертеже представлена блок-схема предлагаемого устройства, где: 1 - чувствительный элемент, 2 - провод кабеля, 3 - экран кабеля, 4 - зарядочувствительный усилитель, 5 - усилитель напряжения, 6 - полосовой фильтр, 7 - пороговый элемент, 8 - дифференциальный усилитель напряжения, 9 - полосовой фильтр, 10 - пороговый элемент, 11 - блок совпадения.

Предлагаемое устройство имеет чувствительный элемент 1 в виде многовитковой петли экранированного многопроводного кабеля, проложенного по периметру охраняемой территории. Экран 3 кабеля подключен к шине нулевого потенциала. Многовитковая петля образована последовательным соединением проводов 2 кабеля, для чего конец первого провода соединен с началом второго, конец второго - с началом третьего и так далее. Начало первого и конец последнего провода подключены к входам дифференциального усилителя напряжения 9. Средняя точка витков петли связана со входом зарядочувствительного усилителя 4, выход которого подключен к последовательно соединенным усилителю напряжения 5, полосовому фильтру 6 и пороговому элементу 7. Выход дифференциального усилителя 8 подключен к последовательно соединенным полосовому фильтру 9 и пороговому элементу 10. Выходы обоих пороговых элементов соединены со входами блока совпадений 11. Выход последнего является выходом устройства.

Устройство работает следующим образом.

Нарушитель, несущий ферромагнитный предмет, проходя над чувствительным элементом 1, изменяет магнитный поток, вызванный как магнитным полем Земли, так и собственной намагниченностью предмета. В результате электромагнитной индукции в петле наводится эдс, которая будет приложена ко входам дифференциального усилителя 8.

Одновременно перемещение нарушителя вызывает сейсмические колебания среды, в которой размещена петля. Воздействие этих колебаний на кабель петли вызывает местную механическую деформацию кабеля и связанное с этим относительное перемещение в нем проводников и изоляции. В результате трибоэлектрического эффекта в проводниках кабеля наводится электрический заряд, который и поступает на вход зарядочувствительного усилителя 4. Затем сигнал усиливается по напряжению усилителем 5. С выходов усилителей 5 и 8 сигналы соответственно через полосовые фильтры 6, 9, где выделяются активные участки их частотного спектра и подавляются помехи, поступают на пороговые элементы 7, 10. Эти элементы осуществляют формирование соответственно трибоэлектрического и магнитоэлектрического сигналов по амплитуде, с выходов обоих пороговых элементов сигналы поступают на входы блока совпадений 11, который осуществляет над сигналами логическую операцию И и генерирует на выходе сигнал тревоги при поступлении обоих входных сигналов.

Съем магнитоэлектрического и трибоэлектрического сигналов в этом устройстве производится с одной и той же петли, образованной проводами кабеля. Разделение этих сигналов происходит благодаря особенностям их съема. Действительно, заряд, наведенный в результате трибоэлектрического эффекта, вызывает разность потенциалов между проводниками и экраном кабеля. Следовательно, трибоэлектрический сигнал является синфазным для дифференциального усилителя 8 и подавляется последним. В это же время эдс электромагнитной индукции вызывает равные по величине и противоположные по знаку изменения потенциалов начала и конца витков петли. Следовательно, в средней точке петли изменение потенциала будет нулевым. Значит магнитоэлектрический сигнал на входе зарядочувствительного усилителя 4 будет блокирован.

В отличие от выбранного прототипа в предлагаемом устройстве экран кабеля петли не используется для съема сигнала. Здесь экран соединен с шиной нулевого потенциала и поэтому эффективно подавляет наводки от мешающих электрических полей. Важным преимуществом предлагаемого устройства является отсутствие эффекта снижения чувствительности трибоэлектрического канала при увеличении длины контролируемого периметра и при возможном попадании влаги внутрь кабеля. Действительно, при заданном пороге порогового элемента 7 пороговое значение заряда на выходе петли может быть определено по формуле (1).

Выражение для коэффициента усиления зарядочувствительного усилителя 4 как системы с емкостной параллельной обратной связью по напряжению будет иметь вид:

где: С_ос - емкость конденсатора параллельной отрицательной обратной связи по напряжению.

Выражение (2) справедливо, если выполняется соотношение (условие глубокой обратной связи):

где: К - коэффициент усиления усилителя 4 с разомкнутой обратной связью.

Подставляя (2) в (1), получим:

Из (4) следует, что пороговое значение заряда (чувствительность трибоэлектрического канала) не зависит от емкости петли, т.е. не зависит от величины контролируемого периметра и от возможного попадания влаги внутрь кабеля. Предлагаемое устройство в отличие от прототипа не имеет в петле короткозамкнутого витка, поэтому здесь не будет наблюдаться паразитного снижения чувствительности магнитоэлектрического канала. Кроме того, предлагаемое устройство значительно проще, т.к. в связи с введением многовитковой петли отпадает надобность во входном повышающем инфранизкочастотном трансформаторе с большим коэффициентом трансформации. Выполнение многовитковой петли последовательным соединением приводов многопроводного кабеля позволяет также упростить и удешевить конструкцию устройства.

Изобретение относится к технике охранной сигнализации и может быть использовано для обнаружения проникновения на контролируемую территорию или в помещение нарушителя, несущего с собой ферромагнитные предметы. Магнито-трибоэлектрическое устройство охранной сигнализации содержит чувствительный элемент, выполненный в виде экранированного кабеля, последовательно соединенные усилитель напряжения, первый полосовой фильтр и первый пороговый элемент и второй пороговый элемент. В устройство введены дифференциальный усилитель напряжения, зарядочувствительный усилитель. Экранированный кабель расположен на охраняемом объекте в виде многовитковой петли, начало и конец витков петли подключены ко входам дифференциального усилителя напряжения, выход которого связан со входом второго полосового фильтра. Экран кабеля соединен с шиной нулевого потенциала. Техническим результатом является повышение помехоустойчивости, чувствительности и упрощения устройства. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Магнито-трибоэлектрическое устройство охранной сигнализации, содержащее чувствительный элемент, выполненный в виде экранированного кабеля, последовательно соединенные усилитель напряжения, первый полосовой фильтр и первый пороговый элемент, выход которого подключен к одному входу блока совпадения, другой вход которого соединен с выходом второго порогового элемента, вход которого связан с выходом второго полосового фильтра, отличающееся тем, что, с целью повышения помехоустойчивости, чувствительности и упрощения устройства, в него введены дифференциальный усилитель напряжения, зарядочувствительный усилитель, а экранированный кабель расположен на охраняемом объекте в виде многовитковой петли, начало и конец витков петли подключены ко входам дифференциального усилителя напряжения, выход которого связан со входом второго полосового фильтра, средняя точка витков петли экранированного кабеля соединена со входом зарядочувствительного усилителя, выход которого подключен ко входу усилителя напряжения, а экран кабеля соединен с шиной нулевого потенциала.2.Устройство по п.1, отличающееся тем, что многовитковая петля образована последовательным соединением проводов многопроводного кабеля.