УСТРОЙСТВО ЕМКОСТНОГО ТИПА ДЛЯ ОХРАННОЙ СИГНАЛИЗАЦИИ

Полезная модель относится к техническим средствам охраны, а именно к устройствам сигнализации, формирующим тревожное извещение при изменении емкости чувствительного элемента.
Известно устройство для тревожной сигнализации емкостного типа (а.с. СССР №372571, 1973 г.), содержащее антенны, подключенные к концам первичной обмотки дифференциального трансформатора, отвод которой подключен к одной клемме генератора, другая клемма которого соединена с шиной нулевого потенциала, вторичная обмотка дифференциального трансформатора через усилитель подключена к схеме обработки сигнала, первичная обмотка дифференциального трансформатора выполнена несимметричной.
Недостатком устройства является низкая надежность и помехоустойчивость устройства, невысокая устойчивость к погодно-климатическим воздействиям.
Известно устройство емкостного типа для охранной сигнализации, содержащее два чувствительных элемента в виде емкостных антенн, соединенные с выводами первичной обмотки дифференциального трансформатора, фильтр высоких частот и исполнительный блок в виде реле (Патент РФ №2277263, 2006 г.).
Недостатком устройства является наличие двух антенн взаимной компенсации на чувствительные элементы, что увеличивает габариты и стоимость устройства, наличие зоны низкой чувствительности между антеннами при равенстве сигналов воздействия на обе антенны, ограниченная устойчивость к радиопомехам.
В основу настоящей полезной модели положено решение задачи, позволяющее упростить конструкцию устройства, увеличить чувствительность,
а также повысить помехозащищенность и устойчивость к погодно-климатическим воздействиям.
Поставленная задача решается тем, что в устройстве емкостного типа для охранной сигнализации, содержащем последовательно соединенные узел формирования сигнала, детектор, усилитель, пороговое устройство и исполнительный механизм, узел формирования сигнала состоит из входного колебательного LC-контура, высокочастотного генератора и антенны-датчика, параллельно соединенных между собой через конденсаторы малой емкости, при этом входной колебательный LC-контур находится в частично расстроенном состоянии по отношению к высокочастотному генератору и предварительно настроен на уровень высокочастотного напряжения, составляющий 0,4÷0,9 максимального уровня напряжения высокочастотного генератора.
Полезная модель поясняется чертежом, где на фиг.1 приведена функциональная схема емкостного устройства.
Предлагаемое емкостное устройство содержит узел формирования сигнала 1, в состав которого входит параллельный LC-контур, антенна датчик и высокочастотный генератор. Узел детектора 2 включает в себя высокоомный детектор на полевом транзисторе и двухзвенный фильтр нижних частот. Усилитель сигнала 3 состоит из двух каскадов усиления и полосового фильтра. Пороговое устройство 4 выполнено на основе логических элементов КМОП. Узлы устройства соединены между собой последовательно.
Предлагаемое устройство работает следующим образом.
Сигнал срабатывания формируется в параллельном колебательном LC-контуре, являющимся входом устройства и подавляющим поступающие с антенны-датчика на устройство электромагнитные воздействия: различного рода наводки и радиопомехи.. На колебательный LC-контур подается два сигнала. Один - высокочастотный сигнал, поступающий от ВЧ-генератора. Второй сигнал - сигнал воздействия, следующий от антенны-датчика. Под действием ВЧ-сигнала с генератора на LC-контуре образуется ВЧ-напряжение,
которое зависит от настройки контура и сигнала от антенны-датчика. На контур через конденсатор малой емкости подается ВЧ-напряжение от генератора, по отношению к которому LC-контур находится в частично расстроенном состоянии и настроен на более низкую частоту. На контуре необходимо поддерживать ВЧ-напряжение в диапазоне 0,4-0,9 от максимального уровня. Стабилизация работы контура достигается соответствующей подборкой температурного коэффициента емкости (ТКЕ) контурного конденсатора. LC-контур находится в резонансном состоянии, т.к. на уровень ВЧ-напряжения контура оказывает влияние резонансное явление в цепи генератор - LC-контур. Незначительное изменение частоты настройки контура вызывает значительное изменение LC-контура в цепи. Настройка контура зависит от емкости антенны, которая присоединена к нему через конденсатор малой емкости. При приближении нарушителя к охраняемому объекту изменяется емкость антенны и, следовательно, уровень ВЧ-напряжения на LC-контуре, что является сигналом к срабатыванию устройства. По отношению к помехам LC-контур параллельного типа имеет более низкое электрическое сопротивление и шунтирует их на корпус, обеспечивая низкий уровень шумов на входе устройства и, как следствие, высокий уровень чувствительности и помехоустойчивости. Оптимальное значение емкости разделительного конденсатора в цепи между генератором и LC-контуром определяется в зависимости от рабочей частоты устройства и находится на уровне нескольких пикофарад. Этот конденсатор и LC-контур образуют делитель в цепи ВЧ-сигнала (емкостное сопротивление конденсатора и полное сопротивление контура). На приходящий с антенны сигнал приближения посторонних LC-контур реагирует изменением своего сопротивления. Для работы узла формирования необходимо, чтобы это изменение сопротивления воздействовало на уровень ВЧ-напряжения контура. Для этого сигнал с генератора требуется подавать через сопротивление, величина которого должна
быть сравнима с сопротивлением контура на рабочей частоте и подбираться в зависимости от этой частоты.
С целью снижения влияния окружающих предметов и погодно-климатических колебаний на настройку контура, а также отсутствия в контуре паразитных емкостей, понижающих его добротность, между антенной и LC-контуром устанавливается конденсатор малой емкости.
С выхода узла формирователя сигнал поступает на вход детектора. С целью получения термостабильности и экономичности разработана схема детектора на полевом транзисторе с фильтром низких частот в цепи истока. Транзистор работает на малом токе стока, следовательно, на нелинейном участке характеристики он выполняет функцию детектора. В цепь истока включен двухзвенный фильтр нижних частот для сглаживания пульсаций ВЧ-напряжения и выделения полезного сигнала, имеющего инфранизкую частоту.
С выхода детектора сигнал поступает на вход усилителя. В предлагаемом изобретении используется полосовой усилитель, усиливающий только полезный сигнал инфранизкой частоты и обеспечивающий высокую степень усиления для реализации возможностей малошумящего формирования сигнала срабатывания входного узла. При этом полосовой усилитель обеспечивает возможность работы устройства от батареи. Эти преимущества усилителя реализованы в усилителе на логических элементах КМОП, работающих в линейном режиме. В качестве усилительных каскадов используются инверторы, имеющие значительное усиление в линейном режиме работы. Высокое входное сопротивление элементов КМОП позволяет использовать разделительные конденсаторы малой емкости, обладающие повышенной надежностью и пониженными шумами по сравнению с электролитическими конденсаторами.
С выхода усилителя сигнал поступает на пороговое устройство. Пороговое устройство также выполнено на логических элементах КМОП, что обеспечивает его стабильность и экономичность. Элементы КМОП имеют термостабильные и пороговые, и выходные напряжения. Кроме того, входные
элементы порогового устройства и выходной каскад усилителя находятся в одном корпусе микросхемы, что дополнительно повышает стабильность работы устройства и упрощает налаживание - позволяет не подбирать сопротивления резисторов входного делителя. При поступлении на вход порогового устройства сигнала, достаточного для переключения одного из входных элементов, на выходе устройства появляется сигнал определенной длительности, формируемый одним из двух одновибраторов. Наличие двух одновибраторов позволяет различать тип воздействия на антенну - приближающиеся или отдаляющиеся по отношению к антенне движения нарушителей (либо металлических предметов). Такая способность существенно расширяет возможности устройства. Наличие диодов предназначено для обеспечения устойчивой работы схемы и для быстрой разрядки времязадающих конденсаторов при установке одновибраторов в исходное состояние после подачи выходного сигнала срабатывания. С выхода порогового устройства сигнал - импульс определенной длительности подается на вход исполнительного механизма.
Устройство обладает универсальностью работы на различных частотах. При работе на пониженной частоте обеспечивается экономичность устройства, малый уровень излучения радиопомех в эфир, простота изготовления и настройки генератора схемы. Работа устройства на повышенной частоте позволяет получить высокую чувствительность и устойчивость к наводкам и радиопомехам.
Применение предложенного емкостного устройства для охранной сигнализации, по сравнению с известным, позволяет повысить чувствительность и помехозащищенность, увеличить устойчивость к погодно-климатическим воздействиям, кроме того, устройство не содержит дорогостоящих материалов, достаточно просто в настройке и удобно в работе.