Способ устранения болезненных ощущений емкостного пробоя в электрошоковых устройствах и устройство защиты для осуществления способа
METHOD FOR ELIMINATION OF CAPACITIVE BREAKDOWN PAIN FEELINGS IN ELECTRIC SHOCK AND PROTECTION DEVICE FOR IMPLEMENTATION THEREOF

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к полицейским и гражданским электрошоковым устройствам (ЭШУ), дистанционным электрошоковым устройствам (ДЭШУ) с электрическим средством воздействия на цель.
Уровень техники
Известны контактные и дистанционные электрошоковые устройства (ЭШУ), воздействующие на правонарушителя (нарушителя общественного порядка) разрядами электрического тока высокого напряжения, которые передаются на тело правонарушителя путем непосредственного контакта рабочих электродов ЭШУ с телом правонарушителя, либо при помощи электрических проводников, выстреливаемых из ЭШУ и закрепляемых на теле правонарушителя различными способами. Недостатком большинства образцов современных ЭШУ являются их большие габариты, являющиеся, в том числе, следствием борьбы с явлением, которое называется «емкостной разряд» или, по-иному, «емкостной пробой». Данное явление заключается в следующем. При электрическом контакте только одного из рабочих электродов ЭШУ или ДЭШУ с электрической емкостью 50…100 пФ (естественным конденсатором, одной обкладкой которого служит поверхность тела правонарушителя) при электрическом потенциале на упомянутом электроде, составляющем для стандартных ЭШУ 50…120 кВ, между внутренними электропроводящими частями ЭШУ и рукой пользователя, удерживающего ЭШУ или ДЭШУ, появляется электрический разряд (искра), возникающий в процессе заряда второй обкладки упомянутого естественного конденсатора, причем в качестве этой второй обкладки служит поверхность тела самого пользователя.
Пространственная протяженность искрового разряда при емкостном пробое по сухому воздуху составляет величину до 8…12 мм при значениях силы тока в импульсе, составляющей несколько микроампер на сопротивлении 1000 Ом, эквивалентном принятому для определения характеристик ЭШУ или ДЭШУ электрическому сопротивлению тела человека (в соответствии с ГОСТ Р 50940-96). Поэтому искровой разряд при явлении емкостного пробоя (вследствие малой силы тока) неопасен для пользователя ЭШУ или ДЭШУ, т.е. не обладает поражающими свойствами, однако может оказаться болезненным, и часто является причиной «боязни собственного устройства» у пользователя ЭШУ или ДЭШУ.
При использовании контактных ЭШУ емкостные пробои возникают весьма редко, поскольку пользователь прижимает рабочие электроды к телу правонарушителя практически одновременно, так что контакт только одного рабочего электрода ЭШУ с телом правонарушителя (в том числе через воздушный промежуток, образованный одеждой последнего) маловероятен, хотя в практике применения ЭШУ такие случаи известны. Однако при использовании ДЭШУ случаи возникновения контакта только одного рабочего электрода с телом правонарушителя и, соответственно, возникновения емкостного пробоя, могут происходить достаточно часто, например, при закреплении на теле правонарушителя только одного электрического проводника, соединенного, соответственно, с одним рабочим электродом, вследствие обрыва одного из электрических проводников или частичном промахе (один из двух проводников пролетает мимо цели).
В этом случае неизбежно возникает емкостной пробой, вследствие чего пользователь ЭШУ или ДЭШУ получает серию болезненных электрических разрядов от собственного устройства, что может вызвать условный рефлекс «использование устройства = боль», т.е. боязнь собственного устройства и, соответственно, психологическую установку на отказ от использования устройства даже в ситуациях, в которых его использование необходимо.
Для борьбы с явлением емкостного пробоя на тело пользователя ЭШУ применяют пространственное разнесение (отдаление) любой внутренней электропроводящей части ЭШУ, независимо от того, является ли она низковольтной или высоковольтной частью ЭШУ (в том числе элементов индикации и управления, аккумуляторных батарей), от мест в корпусе ЭШУ, имеющих выход на поверхность устройства (щели в местах разъема частей корпуса, места выходов элементов индикации и управления, контактных элементов встроенной аккумуляторной батареи и т.п.). Расстояние, на которое производится отдаление электропроводящих частей от указанных выше мест корпуса ЭШУ, должно быть не менее чем в 1,5…2 раза больше протяженности искрового разряда емкостного пробоя, составляющего 8…12 мм по сухому воздуху, для недопущения развития поверхностного разряда по прилегающим частям корпуса ЭШУ, пусть даже выполненного из электроизоляционного материала. Необходимость такого отдаления электропроводящих частей от указанных мест в корпусе ЭШУ, требует, в свою очередь, увеличения габаритов ЭШУ.
Другой способ устранения емкостного пробоя на тело пользователя ЭШУ состоит в полной электрической изоляции, т.е. отделения внутренних электропроводящих частей от указанных мест в корпусе электрически прочной преградой, преимущественно выполненной из электроизоляционного эластичного материала типа резины. Такой способ также увеличивает габариты ЭШУ вследствие необходимости укладки в корпус внутреннего электроизоляционного чехла, в который упаковывается электрическая схема ЭШУ. Упомянутый чехол должен иметь толщину материала не менее 1…2 мм, что неминуемо приводит к увеличению всего внутреннего объема и соответствующему увеличению наружных габаритов. Кроме того, полная электрическая изоляция электрической схемы ЭШУ, в том числе его элементов управления (элементов индикации, предохранителя, пусковой клавиши или спускового крючка и т.п.), а также контактных элементов встроенной аккумуляторной батареи, является крайне дорогой и представляет весьма сложную конструктивную задачу, что отрицательно сказывается на конечной цене ЭШУ для потребителя. Увеличение наружных габаритов электрошоковых устройств делает невозможной их дальнейшую миниатюризацию, хотя современная элементная база потенциально предоставляет такую возможность. Кроме того, при использовании данного способа существенно ухудшаются условия отвода тепла от нагруженных элементов электрической схемы ЭШУ, что повышает риск выхода ЭШУ из строя.
Аналог и прототип способа устранения болезненных ощущений емкостного пробоя в электрошоковых устройствах из известного уровня техники и в результате патентного поиска не обнаружены.
Аналог и прототип устройства для устранения болезненных ощущений емкостного пробоя в электрошоковых устройствах из известного уровня техники и в результате патентного поиска не обнаружены.
Раскрытие изобретения
Целью изобретения является создание способа предотвращения болезненных ощущений пользователя ЭШУ или ДЭШУ при возникновении емкостного пробоя. Целью изобретения является также создание устройства для реализации способа. Конечная цель изобретения - возможность создания миниатюрных ЭШУ или ДЭШУ.
Сущность изобретения заключается в том, что в способе для устранения болезненных ощущений пользователя электрошокового устройства при емкостном пробое, осуществляют автоматическое выключение генератора электрошокового устройства, вырабатывающего высоковольтные импульсы электрического тока, в момент начала вырабатывания им высоковольтного потенциала, заряжающего электрическую емкость тела пользователя, причем сигналом на выключение упомянутой электрической схемы служит первый импульс высоковольтного потенциала, отбираемый от электропроводящих частей электрической схемы электрошокового устройства и проходящий на тело пользователя через специальное контактное место, а именно, через контрольный электрод, соединенный с электронной схемой отключения.
Сущность изобретения заключается также в том, что последующее включение упомянутого генератора осуществляется вручную путем повторного включения электрошокового устройства.
Сущность изобретения заключается также в том, что последующее включение упомянутого генератора осуществляется автоматически через запрограммированное время после его отключения.
Сущность изобретения заключается также в том, что устройство для реализации способа устранения болезненных ощущений пользователя электрошокового устройства при емкостном пробое содержит контрольный электрод, делитель-ограничитель, компаратор, одновибратор или триггер, соединенные с генератором электрошокового устройства, вырабатывающим высоковольтные импульсы электрического тока.
Сущность изобретения заключается также в том, что в устройство для реализации способа введено дополнительное устройство сигнализации, соединенное с упомянутым одновибратором или триггером.
Сущность изобретения заключается также в том, что упомянутое дополнительное устройство сигнализации выполнено в виде звукового индикатора.
Сущность изобретения заключается также в том, что упомянутое дополнительное устройство сигнализации выполнено в виде светового индикатора.
Сущность изобретения заключается также в том, что упомянутое дополнительное устройство сигнализации выполнено в виде вибрационного индикатора.
Сущность изобретения заключается также в том, что упомянутое дополнительное устройство сигнализации выполнено в виде любой комбинации звукового, светового и вибрационного индикаторов.
Описание чертежей
Фиг. 1. Блок-схема устройства защиты для осуществления заявляемого способа в ЭШУ генератором формирования высоковольтных импульсов электрического тока ЭШУ без управления микроконтроллером.
Фиг. 2. Блок-схема устройства защиты для осуществления заявляемого способа в ЭШУ с формированием высокого напряжения генератором высоковольтных импульсов электрического тока ЭШУ, управляемым микроконтроллером.
Фиг. 1. При образовании условий для возникновения емкостного пробоя (C > 10…20 пФ) через делитель-ограничитель 1 и контрольный электрод 2, соединенный с владельцем ЭШУ (пользователем), начинает протекать ток емкостного пробоя, и на входе компаратора 3 появляется нарастающее напряжение. При достижении им порога срабатывания компаратора 3, запускается одновибратор 4 (или срабатывает триггер), вырабатывающий управляющий сигнал блокировки работы генератора электрошокового устройства, вырабатывающего высоковольтные импульсы электрического тока.
При использовании триггера формирование импульсов тока высокого напряжения блокируется до повторного нажатия на кнопку «ПУСК» ЭШУ. При использовании одновибратора длительность формируемого им импульса определяет время, в течение которого упомянутый генератор импульсов тока высокого напряжения заблокирован, и может быть подобрана для конкретной задачи. Выбором коэффициента деления делителя-ограничителя 1 и порога срабатывания компаратора 4 определяется критическая величина емкости C, при которой срабатывает схема защиты.
Условие для возникновения емкостного пробоя - это отсутствие касания одного из электродов объекта воздействия (цели), либо непопадание одного из зондов ДЭШУ в объект воздействия (цель), либо обрыв одного из токопроводов ДЭШУ, т.е. в общем случае - нештатное (неэффективное) применение ЭШУ или ДЭШУ.
При использовании одновибратора можно реализовать режим, при котором ЭШУ или ДЭШУ (упомянутый генератор электрических импульсов тока высокого напряжения в ЭШУ или ДЭШУ) будет отключаться после единичного электрического разряда емкостного пробоя на владельца ЭШУ или ДЭШУ, указывая (самим не слишком болезненно ощутимым для пользователя фактом единичного пробоя и последующим отключением генератора, либо путем формирования дополнительного сигнала индикации промаха (в общем виде - нештатного режима ЭШУ или ДЭШУ), например, светового, звукового или иного) владельцу/пользователю, что ЭШУ или ДЭШУ используется нештатно (неэффективно), и необходимо либо обеспечить контакт обоих электродов ЭШУ с объектом воздействия (целью), либо произвести повторный выстрел из ДЭШУ. Спустя запрограммированное время (например, через 0.2…1 с) ЭШУ или ДЭШУ может снова включиться. Если при этом нештатная ситуация исправлена, то ЭШУ или ДЭШУ начнет работать в нормальном режиме, воздействуя на цель. Если же нештатная ситуация не исправлена, устройство снова укажет владельцу следующим единичным электрическим разрядом емкостного пробоя, что ЭШУ или ДЭШУ используется нештатно (неэффективно), и необходимо либо обеспечить контакт обоих электродов ЭШУ с объектом воздействия (целью), либо произвести повторный выстрел из ДЭШУ.
Фиг. 2. При использовании устройства защиты в схемах ЭШУ, в которых для формирования высоковольтных разрядов используется микроконтроллер, схема узла защиты упрощается, так как компаратор содержится в составе многих микроконтроллеров, а одновибратор или триггер легко реализуются программными методами.
Контрольный электрод 2 представляет собой электропроводящий слой, нанесенный на, по крайней мере, часть внешней поверхности рукоятки или иной части поверхности удержания электрошокового устройства, выполненный в виде вакуумной, химической или гальванической металлизации, или наклеенного электропроводящего покрытия (например, металлической фольги) или нанесенной электропроводящей краски, или выполненный иным подходящим способом.
Упомянутый электропроводящий слой контрольного электрода 2 электрически, например, при помощи электрического проводника, подключен к входу делителя-ограничителя 1.
Механизм работы способа и устройства защиты для устранения болезненных ощущений емкостного пробоя в электрошоковых устройствах наиболее просто описывается следующим образом.
При выстреле из ДЭШУ, в случае непопадания (например, вследствие обрыва электрического проводника при выстреле) одного из электрических проводников в тело правонарушителя происходит электрическое соединение одного из рабочих электродов ДЭШУ с электрической емкостью 50…100 пФ (естественным конденсатором, одной обкладкой которого служит поверхность тела правонарушителя или иного объекта воздействия) при электрическом потенциале на упомянутом электроде, составляющем для стандартных ЭШУ или ДЭШУ 50…120 кВ, между внутренними электропроводящими частями ЭШУ и рукой пользователя, удерживающего ЭШУ или ДЭШУ, появляется электрический разряд (искра), возникающий в процессе заряда второй обкладки упомянутого естественного конденсатора, причем в качестве этой второй обкладки служит поверхность тела самого пользователя. Этот разряд обычно возникает в месте наименьшего воздушного промежутка между каким-либо элементом электропроводящей части электрической схемы ЭШУ и поверхностью ладони руки пользователя, удерживающей оружие (причем препятствием для высоковольтного разряда не может служить ни тканевая, ни кожаная перчатка, надетая на руку пользователя). В рассматриваемом устройстве высоковольтный разряд емкостного пробоя возникнет между рукой пользователя и контрольным электродом 2. Пробой воздушного промежутка электрическим разрядом представляет собой фактически точечное электрическое воздействие на нервные окончания ладони руки пользователя, расположенные в точке пробоя. Такой, даже единичный, электрический разряд может вызвать некоторое болезненное ощущение, но, в связи с высоким быстродействием электронной схемы устройства защиты, генератор электрошокового устройства, вырабатывающий высоковольтные импульсы электрического тока, будет отключен за такое короткое время, что пользователь ощутит воздействие только единичного разряда емкостного пробоя (даже при частоте работы ЭШУ или ДЭШУ более 300 Гц). При этом, в настоящее время типичная частота выходных электрических разрядов ЭШУ или ДЭШУ не превышает 300 Гц. Аналогичное явление емкостного пробоя может возникнуть и в ЭШУ контактного действия в случае контакта только одного рабочего электрода с электропроводящим телом (поверхностью) с размерами, близкими или превышающими размеры человека, обладающим сравнительно большой (50…100 пФ и более) электрической емкостью. И в этом случае устройство защиты практически моментально выключит генератор электрошокового устройства, вырабатывающий высоковольтные импульсы электрического тока, так что пользователь ощутит лишь единственный разряд.
Пример реализации
Дистанционное электрошоковое устройство выполнено в форм-факторе пистолета. Выходное напряжение на рабочих электродах составляет 70…90 кВ, расстояние между рабочими электродами составляет 26 мм, электрическая мощность воздействия составляет 3 Вт, допустимое время воздействия на правонарушителя - не более 3 с.