Устройство для обнаружения объекта в контролируемой зоне Советский патент 1982 года по МПК G08B13/24 

1

Изобретение относится к техническим средствам автоматизации, в частности к созданию устройств для обнаружения объектов, движущихся на конвейере.

Известно устройство для сигнализации движения тел в поле передатчика, состоящее из передатчика электромагнитных ультравысокочастотных колебаний, приемника с антенной, на выходе которого формируется постоянное напряжение при постоянной напряженности поля, а при наличии движущегося предмета изменяется напряженность поля из приемной антенны и выходное напряжение приемника модулируется и поступает на аналогоцифровой преобразователь. После соответствующих преобразований и фильтрации результирующий сигнал воздействует на схему аварийной сигнализации 1.

Недостатком такого устройства является его сложность, так как оно

имеет в своем составе такие сложные блоки как передатчик; и приемник ультравысокочастотных колебаний, аналого-цифровой преобразователь.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является емкостной блок объектного оборудования охранно-пожарной си(- нализации Комплекс-СК (k), который содержит чувствительный элемент, ге10нератор синусоидальных колебаний, ограничитель амплитуды, ключевой элемент, дифференцирующую цепь, селектор полярности, фильтр верхних час15тот, импульсный усилитель, демодуляторы, полосовой фильтр, арифметическое устройство, усилитель ультранизких частот, временной селектор и выходной ключевой каскад.

20

При приближении объекта к сохраняемой зоне изменяется частота генератора синусоидальных колебаний. Последовательность импульсов от генератора, проходя через ограничитель амплитуды, ключевой элемент, дифференцирующую цепь, селектор полярности, импульсивный усилитель и демодуляторы, преобразуется в изменение амплитуды импульсов. Далее сигнал усиливается , выпрямляется, селектируется по длительности и при превышении порогового значения открывает выходной ключевой каскад. Чувствительность устройства от О до 2 м приприближении объекта со скоростью не менее 0,1 M/c Недостатком известного устройства яаляется малый диапазон чувствительности, величина которого зависит от скорости движения объекта в охраняемой aioHe и при скоростях менее 0,1 м/с устройство срабатывает только при соприкосновении объекта с чувствительным элементом. Недостатком также является необходимость применения прецизионного порогового элемента. Цель изобретения - повышение чу ствительности устройства, чтобы оно обеспечивало фиксацию объектов в диапазоне от нескольких метров до н скольких сантиметров при различных скоростях движения обнаруживаемого объекта.. Поставленная цель достигается те что в устройство для обнаружения объекта в контролируемой зоне, содержащее чувствительный элемент, соединенный с контуром генератора синусоидальных колебаний, выход кот рого соединен с формирователем импу льсов, выход которого соединен с од ним из входов блока синхронизации, введен генератор прямоугольных импульсов и блок формирования сигналов тревоги, который выполнен в виде первого, второго, третьего и чет вертого элементов И, синхронного RS-триггера, реверсивного счетчика, блока элементов НЕ, первого и второго элементов ИЛИ, выходы первого и второго элементов И соединены соOTsetcTBeHHO с суммирующим и вычита щим входами реверсивного счетчика, выходы которого соединены с соответствующими входами первого элемента ИЛИ, а через блок элементов НЕ - с соответствующими входами вто рого элемента ИЛИ, выходы первого и второго элементов ИЛИ соединены соот ветственно с первыми входами третье 4 го и четвертого элементов И, выходы которых соединены с первым и вторым входом синхронного RS-триггера,- выход которого соединен с выходом устройства для обнаружения объекта, выход старшего разряда реверсивного счетчика соединен с вторыми входами третьего и четвертого элементов И, выход формирователя импульсов соединен с первыми входами первого и второго элементов И блока формирования сигналов тревоги, генератор прямоугольных импульсов соединен с другим входом блока синхронизации, соответствующие выходы которого соединены с вторь1 ми входами первого и второго элементов И, блока формирования сигналов тревоги, третьим входом синхронного RS-триггера блока формирования сигналов тревоги и установочным входом реверсивного счетчика блока формирования сигналов тревоги. Введение в устройство генератора прямоугольных колебаний стабилизированного кварцем позволяет через фиксированные промежутки времени подавать сигналы от генератора синусоидальных колебаний через формирователь поочередно сначала на суммирующий вход, а затем на вычитающий вход блока формирования сигнала тревоги, выполненного в виде реверсивного двоичного счетчика с дешифратором его состояний. Если в течение двух равных промежутков времени следующих один за другим в счетчике останется какой-либо код прямой или инверсный превышающий несколько единиц, то это означает, что частота генератора синусоидальных колебаний изменилась из-за появления за это время в контролируемой зоне обнаруживаемого объекта. На фиг. 1 приведена структурная схема устройства для обнаружения объекта в контролируемой зоне; на фиг. 2 - функциональная схема блока формирования сигнала тревоги; на фиг, 3 диаграммы работы блока формирования сигнала тревоги. Устройство содержит чувствительный элемент 1, выход которого соединен .с колебательным контуром генератора 2 синусоидальных колебаний, выход генератора синусоидальных колебаний соединен с выходом формирователя 3 импульсов, выход которого подключен к информационному входу блока 5 формирования сигнала тре воги и к одному из входов блока t синхронизации, выходы которого подключены к управляющим входам блока 5 формирования сигнала тревоги, а выход 7 его подключается к регистрирующему устройству, генератор 6 прямоугольных импульсов стабилизированный кварцем. Чувствительный элемент 1 выполнен в виде металлической пластины. Генератор 2 синусоидальных колебаний реагирует-на изменение емкости, вносимой в его колебательный контур при приближении объекта к чувствительному элементу. Формирователь 3 импульсов преобразует синусоидальные колебания в прямоугольные. Генератор 6 прямоугол ных импульсов стабилизированный квар цем, имеет частоту несколько мегогерц. Блок синхронизации k вырабатывает сигналы, которые подключают выход формирователя 3 импульсов к информационным входам блока 5 формирования сигнала тревоги и производит его опрос и сброс. Блок 5 формирования сигнала тревоги (на фиг. 2) состоит из элемен тов И 8-11, реверсивного счетчика 1 блока элементов НЕ 13 и ИЛИ k и 15 и синхронного RS-триггера 16. Причем элементы И 10 и 11, НЕ 13, ИЛИ 14 15 выполняют функции дешифратора со стояний двоичного реверсивного счет чика 12. Информационный вход 17 блока 5 со единен с вторыми входами элементов И 8 и 9. На первый вход 18 элемента И 8 подан сигнал от блока k синхрон зации, а на первый вход 19 элемента И 9 подан другой сигнал от блока Ц синхронизации. На вход 20 двоичного реверсивного счетчика 12 подан си|- нал установки в ноль двоичного реверсивного счетчика 12 от блока k синхронизации. Прямые выходы разрядов двоичного реверсивного счетчика 12, за исключением, например, двух выходов младших разрядов, соединены с соответствующими входами элементов НЕ 13 и ИЛИ 15. Кроме того, прямой выход старшего разрядо двоичного реверсивного счетчика 12 соединен с первым выходом элемента И 10. Выходы блока элементов НЕ 13 соединены с входами элемента ИЛИ I. Кроме того, старший выход блока элементов НЕ 13, соединен с первым выходом элемента И 11. Выходы элементов ИЛИ k и 15 соединены соответственно с вторыми входами элементов И 10 и 11. Выход элемента И 11 соединен с S входами синхронного RS-триггера 6, а выход элемента И 10 соединен с входом R синхронного RS-триггера 16.На вход 21 синхронного RS-триггера 16 подан сигнал синхронизации от блока синхронизации, а выход 7 синхронного RS-триггера 16 соединен с регистрирующим устройством. Устройство работает следующим образом. При включении питания устройства и отсутствии объекта в зоне обнаружения генератор 2 синусоидальных колебаний выдает на вход формирователя 3 импульсов синусоидальное . ряжение определенной частоты. Формирователь 3 импульсов преобразует синусоидальные колебания в последовательность прямоугольных им пульсов той же частоты и подает их на один из входов блока синхронизации и информационный вход блока 5На другой вход блока синхронизации поступают импульсы от генератора прямоугольных импульсов стабилизированного кварцем с частотой в .несколько мвгогерц. В блоке Ц синхронизации частота от генератора прямоугольных импульсов понижается до нужной величины и блок k выдает на свои управляющие выходы через фиксированные и равные промежутки времени импульсы разрешения на пропуск частоты от формирователя 3 импульсов, а также импульс на разрешение дешифрации реверсивного счетчика и его сброс. При отсутствии объекта в зоне обнаружения ближайший первый импульс, поступивший от блока k на вход 18, разрешает проходить частоте, поступающей постоянно на информационный вход 17, через элемент И 8 на суммирующий вход двоичного реверсивного счетчика 12, до тех пор, пока не окончится импульс на входе 18. Затем с некоторым интерралом на вход 19 поступает импульс от блока 4, разрешающий проходить частоте с входа 17, через.элемент И 9 на вычитающий вход двоичн/ого реверсивного счетчика 12. После окончания импульса на входе 19 содержимое реверсивного двоичного счетчика 12 до жно быть равно нулю. Однако изза девиации частоты следования импульсов, поступающих на вход 17 блока 5, которая зависит от измене ний не контролируемых внешних условий, содержимое двоичного реверсивного счетчика 12 может оказатьсй не равным нулю. Его содержимое равно величине ухода частоты генератора 2 синусоидальных колебаний, зависящег от внешних условий, за период Т (фиг. 3 а). Эта величина равна нескольким положительным или отри-ч цателъным единицам, поэтому выходы нескольких младших, разрядов двоичного реверсивного счетчика 12, например, двух, (на фиг. 2) не соединены с соответствующими входами блока элементов НЕ 13 и ИЛИ 15. Таким образом, на всех подключен ных выходах двоичного реверсивного счетчика 12 нули, если уход частоты был в сторону уменьшения, или все единицы, если уход частоты - в сторону увеличения. Если на всех подключенных выходах двоичного реверсивного счетчика 12 присутствуют единицы, то на соответствующих им входах элемен,та ИЛИ 15 появляются единицы, которые переключают элемент ИЛИ 15 и на второй вход элемента И 11 поступает единица, которая не переключает эле мент И 11, так как на первый вход его поступает нуль с выхода старшего разряда блока элементов НЕ 13. Элемент И 10 тоже не переключается, так как на его второй вход поступает нуль .с выхода элемента ИЛИ 1 и по сигналу синхронизации, поступившему на вход 21, синхронный RS-триг гер 16 на изменяет своего состояния Если на всех подключенных выходах двоичного реверсивного счетчика 12 нули, то на соответствующих им в ходах ;блока элементов НЕ 13 появляю ся единицы, которые переключают эле мент ИЛИ И и на второй вход элемента И 10 поступает единица, кото рая не переключает элемент И 10. так как на первый вход его поступает нуль с выхода старшего разряда двоичного реверсивного счетчика 12, На 8 первый вход элемента И 11 поступает единица от старшего выхода блока . элементов НЕ 13, но он тоже не переключается, так как на второй его вход поступает нуль с выхода элемента ИЛИ 15 и по сигналу, поступившему на вход 21, синхронный RS-триггер 1б не изменяет своего состояния . Затем по сигналу, поступившему на вход 20, производится сброс в нуль двоичного реверсивного счетчика 12 и период работы Т повторяется. При вхождении объекта в зону обнаружения последовательность работы блока 5 аналогична описанной, но на вычитающий вход двоичного реверсивного счетчика 12 поступит импульсов меньше, чем на его суммирующий вход в предшествующий момент времени.. В двоичном реверсивном счетчике 12 накапливается некоторое положительное число и на некоторых его выходах появляются единицы, которые переключают элемент ИЛИ 15 и на второй вход элемента И 11 поступает единица. Одновременно на первый вход элемента И 11 поступает единица со старшего выхода блока элементов НЕ 13 и элемент И 11, переключившись, устанавливает синхронный RS-триггер 16, по импульсу синхронизации поданному на его вход 21, в единичное состояние. При приближении объекта к центру зоны обнаружения проходит несколько периодов Т работы устройства и положительное число, остающееся в двоич ном реверсивном счетчика 12, увеличивается и в каждом периоде работы устройства синхронный RS-триггер 16 ус танавливается в ;исходное состояние, хотя он находится в этом состоянии после первого его срабатывания при вторжении объекта в зоне обнаружения. После того, как объект минует центр зоны обнаружения и начнет от него удаляться число остающееся в двоичном реверсивном счетчике 12 отрицательное и на его выходе старшего разряда и на выходах некоторых других разрядбв двоичного реверсивного счетчика 12 появляются единицы, а на остальных разрядах его устанавливаются нули. Единицы, поступившие на входы элемента ИЛИ 15, переключают его. Нули же, поступившие на входы блока элементов НЕ 13, переключают элемент ИЛИ И. Таким образом, на вторых входах элементов И 10 и 11 устанавливается по единице. Однако элемент И 11 не переключается, так как на первый его вход подан нуль с выхода старшего ра ряда блока элементов НЕ 13. Элемент И 10 переключается а единичное состо яние, так как на первый его вход в это время подана единица с выхода старшего разряда двоичного реверсивного счетчика 12. Сигнал с выхода эл мента И 10 по сигналу, поданному на вход 21, синхронного RS-триггера 16 сбрасывает этот триггер в нуль и регистрирующее устройство зафиксируе обнаружение объекта. Предлагаемое устройство использовано в системе для учета пассажиров перевозимых эскалаторами станций мет рополитенов. Параметры сигналов, приведенных на фиг. 3, при скорости движения объекта 1-1,5 м/с и частота информационного сигнала на входе 17 блока 5 700 кГц следующие: период работы блока синхронизации Т равен 80 мс, длительность импульсов (фиг. 3 а,б) равна 20 мс, а длительность импульсов (фиг. 3 в,г) равна 5 мс. Формула изобретения Устройство для обнаружения объекта в контролируемой зоне, содержащее чувствительный элемент, соединенный с контуром генератора синусоидальных колебаний, выход которого соединен через формирователь импульсов с одним из входов блока синхронизации, отличающееся тем что, с целью повышения чувствительности устройства, в него введен гене ратор прямоугольных импульсов и бло формирования сигнала тревоги, который выполнен в виде первого, второго, третьего и четвертого элементов И, синхронного RS-триггера, реверсивного счетчика,.блока элементов НЕ, первого и второго элементов ИЛИ, выходы первого и второго элементов И соединены соответственно с суммирующим и вычитающим входами реверсивного счетчика , выходы которого соединены с соответствующими входами первого элемента ИЛИ, а через блок элементов НЕ - с соответствующими входами второго элемента ИЛИ, выходы первого и второго элементов ИЛИ соединены соответственно с первыми входами третьего и четвертого элементов И, выходы которых соединены с первым и вторым входом синхронного RS-триггера, выход которого соединен с выходом устройства для обнаружения объекта, выход старшего разряда реверсивного счетчика соединен с вторыми входами третьего и четвертого элементов И, выход формирователя импульсов соединен с первыми входами первого и вто рого элементов И блока формирования сигнала тревоги , генератор прямоугольных импульсов соединен с другим входом блока синхронизации, соответствующие выходы которого соединены с вторыми входами первого и второго элементов И, блока формирования сигнала тревоги, третьим входом синхронного RS-триггера блока формирования сигнала тревоги и установочным входом реверсивного счетчика блока формирования сигнала тревоги. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Патент США № 4155078, 340/561, 1976. 2. Блок емкостной. Объектовое оборудование охраннопожарной сигнализации. Комплекс-СК, Техническое описание и инструкция по эксплуатации. ДВ З.ОбЗ.ОООТО (прототип).

ф1/г. /

фуг. г