Периметровое вибрационное средство обнаружения "Пигмалион"

Полезная модель относится к средствам охранной сигнализации и может быть использована для охраны периметра, оборудованного заграждением от несанкционированного проникновения «сквозь», «через» или «под заграждением» людей и (или) предупреждения о попытке такого проникновения.
Заявленное устройство может использоваться самостоятельно, а также совместно с другими охранными устройствами и системами.
Из уровня техники известны различные средства охраны территории и объектов. Так, из описания к патенту известно оптическое устройство тревожной сигнализации, содержащее генератор импульсов, два ИК-излучателя, оптически связанных с двумя приемниками, выходы которых подключены к логическому блоку, выход которого является выходом устройства, введены второй генератор импульсов, два импульсных трансформатора, причем выходы генераторов импульсов нагружены на первичные обмотки импульсных трансформаторов с индуктивностями L1 и L2 соответственно и зашунтированы конденсаторами С1 и С2 соответственно, при этом резонансные частоты образованных LC-контуров соответствуют частотам первого и второго генераторов импульсов, а ИК-излучатели подключены соответственно к вторичным обмоткам импульсных трансформаторов (RU 94003432, дата публикации 27.05.1996).
Известно средство охранной сигнализации для использования в системах обнаружения при охране различных объектов, включающее в себя кабельный датчик, подключенный к усилителю заряда, выход которого через последовательно соединенные полосовой фильтр, первый детектор огибающей и первый пороговый элемент подключен к первому входу генератора импульсов тревоги, и второй детектор огибающей, выход которого через второй пороговый элемент подключен ко второму управляющему входу генератора импульсов тревоги. Устройство дополнено фильтром верхних частот, вход которого соединен с выходом первого детектора огибающей, а выход соединен с входом второго детектора огибающей (RU 72342, дата публикации 10.04.2008).
Недостатком известных устройств является их низкая надежность, поскольку указанные выше средства охранной сигнализации патент не имеют канала подкопа, не имеют «встроенных» настроек под различные типы заграждения, что сокращает возможности использования данного средства на заграждениях разных типов, удорожает проекты за счет необходимости использования дополнительных средств охраны для блокирования подкопа, увеличения количества сигнальных линий.
Наиболее близким аналогом к заявленной полезной модели является средство охраны периметровое, которое содержит чувствительные элементы (кабельные датчики), последовательно соединенные с усилителем заряда, дифференциальным усилителем с программируемым коэффициентом усиления, выход которого подключен к входу полосового фильтра и фильтру низкой частоты, а выход полосового фильтра подключен к фильтру низкой частоты и фильтру высокой частоты, при этом выход усилителя заряда, выходы фильтров низкой частоты и фильтра высокой частоты подключены к входам микропроцессора, выполненного с возможностью разделения сигнала по пяти программно-реализованным в нем каналам обработки сигнала, выходы которых подключены к генератору импульсов тревоги (RU 114199, дата публикации 10.03.2012).
Недостатком наиболее близкого аналога является отсутствие возможности определить способ воздействия нарушителя на заграждение на уровне выходных сигналов устройства обнаружения, что снижает надежность охраны объектов.
Технической проблемой заявленной полезной модели является создание более эффективной конструкции периметрового вибрационного средства обнаружения «Пигмалион».
Техническим результатом заявленной полезной модели является повышение надежности периметровой охраны при эксплуатации периметрового вибрационного средства обнаружения «Пигмалион», что достигается за счет повышения достоверности полученных данных при обработке и выдаче сигналов от одного из двух генераторов импульсов тревоги, подключенных к разным выходам программно-реализованной схемы обработки сигналов.
Технический результат достигается за счет выполнения периметрового вибрационного средства обнаружения, содержащего корпус, в котором установлен усилитель заряда, выполненный с возможностью соединения его входа с двумя чувствительными элементами и соединенный с дифференциальным усилителем с программируемым коэффициентом усиления, выход которого подключен к входу полосового фильтра и входу фильтра низкой частоты, а выход полосового фильтра подключен к входу фильтра низкой частоты и входу фильтра высокой частоты, при этом выход усилителя заряда, выходы фильтров низкой частоты и фильтра высокой частоты подключены к входам микропроцессора, к выходам которого подключены два генератора импульсов тревоги, при этом микропроцессор выполнен с возможностью разделения сигнала по пяти программно-реализованным в нем каналам обработки сигнала и дальнейшего их объединения в две группы сигналов с выводом каждой группы на отдельный выход микропроцессора и на свой генератор импульсов тревоги.
За счет наличия одновременно двух генераторов импульсов тревоги, вход каждого из которых последовательно подключен к своим каналам обработки сигнала, обеспечивается возможность разделения сигналов, свидетельствующих о разных типах воздействия на чувствительный элемент по длительности воздействия на ограждение, на два типа, что позволяет значительно повысить достоверность при обработке сигналов и повышает степень надежности охраны периметров объектов различного назначения. Разделение сигналов позволило разделить каналы обработки на каналы, имеющие 100% вероятность обнаружения попытки вторжения нарушителя на территорию охраняемого объекта от остальных, что значительно повышает надежность охраны.
В микропроцессоре программно реализована схема обработки сигналов с разделением на пять каналов обработки входящих сигналов и реализованы оптимальные настройки под всевозможные типы заграждения. За счет разделения сигнала по пяти каналам обеспечивается высокая помехоустойчивость средства охраны путем ввода оптимальных настроек под конкретный тип заграждения и подавления помех, идущих на частотах, не соответствующих полосам пропускания имеющихся каналов. За счет выполнения микропроцессора с возможностью последующего объединения пяти полученных сигналов в две группы с выводом каждой группы на отдельный выход микропроцессора и на свой генератор импульсов тревоги обеспечивается повышение надежности охраны периметров объектов различного назначения.
Все элементы периметрового вибрационного средства соединены между собой сборочными операциями на предприятии-изготовителе и закреплены в едином корпусе, все блоки устройства соединены между собой электрической и механической связью.
Введение второго генератора импульсов тревоги и второго реле меняет алгоритм охраны объекта по сравнению с наиболее близким аналогом. При поступлении сигнала от первого реле охранник-оператор обязан провести верификацию сигнала, для чего просматривает видео от видеокамеры (видеокамер), совмещенной(ых) с участком периметра, где произошло срабатывание, оценивает ситуацию и при необходимости подает команду «силам реагирования». При поступлении сигнала от второго реле охранник-оператор обязан подать команду «силам реагирования» немедленно, так как верификацию проводить нет необходимости, что повышает быстродействие системы «человек - машина».
Усилитель заряда выполнен с возможностью соединения его входа с по меньшей мере одним чувствительным элементом (кабельным датчиком), каждый из которых закреплен на сигнальном заграждении или установлен в грунте.
Каждый выход генератора импульсов тревоги соединен со своим выходным реле.
В частном случае реализации программно-реализованные в устройстве каналы обработки сигнала могут представлять собой пять каналов обработки сигналов, а именно: канал контроля целостности чувствительных элементов, канал перелаза через заграждение, канал перекуса (т.к. пролаз осуществляется только при условии перекуса необходимого количества элементов заграждения), канал перепила заграждения, канал противоподкопа (контроль подкопа под заграждением).
Канал контроля целостности чувствительных элементов содержит пороговое устройство, последовательно соединенное с детектором длительности. Вход канала целостности чувствительных элементов подключен к выходу усилителя заряда.
Канал перелаза содержит последовательно подключенные полосовой фильтр, детектор огибающей, соединенный с входом микропроцессора, в котором программно реализованы пороговое устройство и детектор длительности. Вход канала перелаза через усилитель низкой частоты подключен к выходу фильтра низкой частоты.
Канал перекуса включает четыре параллельные цепи, каждая из которых состоит из полосового фильтра и детектора огибающей, выходы которого подключены к входам микропроцессора, в котором программно реализован сумматор, последовательно соединенный с пороговым устройством, детектором длительности и счетчиком. Вход канала перекуса через усилитель высокой частоты подключен к фильтру высокой частоты.
Канал перепила включает в себя программно-реализованные ограничитель, интегрирующую цепь, дифференцирующую цепь и пороговое устройство. Вход канала перепила через усилитель с программируемым коэффициентом усиления, полосовой фильтр и детектор огибающей подключены к фильтру высокой частоты.
Канал противоподкопа включает в себя последовательно соединенные фильтр низкой частоты и предварительный усилитель низкой частоты, выход которого подключен к входу микропроцессора и программно-реализованного порогового устройства и детектора длительности. Вход канала противоподкопа соединен с выходом дифференциального усилителя с программируемым коэффициентом усиления.
Наличие в устройстве дифференциального усилителя с программируемым коэффициентом усиления усиливает только сигналы, лежащие в диапазоне частот, соответствующем сигналам, появляющимся в чувствительном элементе при воздействии на заграждение человека, преодолевающего заграждение заданным способом, а именно: перелазом, подкопом или пролазом сквозь отверстие, вырезанное в заграждении. При этом коэффициент усиления сигналов зависит от их амплитуды, что повышает помехоустойчивость средства охраны, так как защищает его от больших по амплитуде, но коротких одиночных импульсов.
Далее решение поясняется ссылками на фигуры, на которых изображено следующее:
на фиг. 1 - функциональная схема вибрационного средства обнаружения «Пигмалион»;
на фиг. 2 - функциональная схема вибрационного средства обнаружения «Пигмалион».
На функциональной схеме вибрационного средства обнаружения «Пигмалион» (фиг. 1) обозначены следующие элементы:
- ЧЭ - чувствительный элемент;
- ЗУ - зарядный усилитель;
- Канал обработки сигнала 1 - канал контроля целостности чувствительного элемента;
- Канал обработки сигнала 2 - канал контроля попыток преодоления заграждения методом перелаза через заграждение;
- Канал обработки сигнала 3 - канал контроля попыток преодоления заграждения методом пролаза сквозь заграждение (канал перекуса);
- Канал обработки сигнала 4 - канал контроля попыток преодоления заграждения методом перепила заграждения;
- Канал обработки сигнала 5 - канал контроля попыток преодоления заграждения методом подкопа под заграждением;
- Вых. реле 1, Вых. реле 2 - выходное реле.
Чувствительные элементы (ЧЭ) крепятся на заграждение (или другие поверхности) и/или укладываются в грунт. При воздействии на поверхность заграждения, на котором закреплены чувствительные элементы ЧЭ, или на грунт, в котором уложены ЧЭ (в случае подкопа), в кабеле формируется электрический сигнал, который усиливается усилителем заряда (ЗУ). Выход ЗУ подключен к входам схемы обработки сигнала. Схема обработки сигнала разделяет входящие электрические сигналы по признакам, соответствующим способу воздействия на заграждение, это амплитуда, частота и длительность сигнала. При наличии заданных амплитуды, частоты и длительности входящего сигнала он обрабатывается соответствующим каналом обработки сигналов. Разделение входного сигнала по каналам позволяет обеспечить высокую помехоустойчивость средства охраны путем ввода оптимальных настроек под конкретный тип заграждения и подавления помех, идущих на частотах не соответствующих полосам пропускания имеющихся каналов. Если входной сигнал, обрабатываемый конкретным каналом обработки сигнала, полностью соответствует заданным программно-реализованным оптимальным настройкам для данного способа преодоления заграждения, то на выходе канала появляется импульс, запускающий подключенный к нему генератор импульсов тревоги, который генерирует импульс на выходное реле. Выходное реле формирует сигнал с заданными длительностью и типом.
На панели «Пигмалиона», закрываемой крышкой под сигнализацией, имеется 6 переключателей. Каждому типу заграждения соответствует определенное положение разных переключателей, которые и меняют настройки, программно-реализованные в микропроцессоре.
На функциональной схеме вибрационного средства обнаружения «Пигмалион» (фиг. 2), где выделены контуры элементов, относящихся к заявленному периметровому вибрационному средству обнаружения «Пигмалион», обозначены следующие элементы:
- ЧЭ - чувствительный элемент;
- ЗУ - зарядный усилитель;
- ПрДУ - дифференциальный усилитель с программируемым коэффициентом усиления (предназначен для усиления сигналов, лежащих в заданном диапазоне частот, т.е. частот, на которых ожидается появление полезных сигналов (это полоса от долей герца до сотен герц), и ослабления частот, на которых ожидается появление только помехи (более сотен герц));
- ПФ1, ПФ2, ПФ3, ПФ4, ПФ5, ПФ6 - полосовые фильтры;
- ПрУ1, ПрУ2, ПрУ3 - предварительные усилители (дифференциальные усилители с программируемым коэффициентом усиления предназначены для усиления сигналов, поступающих только в узком диапазоне частот, что обеспечивает высокую избирательность каналов);
- ДО1, ДО2, ДО3, ДО4, ДО5 - детекторы огибающей;
- ПУ1, ПУ2, ПУ3, ПУ4, ПУ5 - пороговые усилители;
- ДД1, ДД2, ДД3, ДД4 - детекторы длительности (программно-реализованные устройства, которые формируют логическую «1», если сигнал на выходе порогового устройства присутствует более заданного времени);
- ∑ - сумматор;
- Сч - счетчик;
- О - ограничитель (ограничивает сигнал по амплитуде, что препятствует срабатыванию средства охраны от относительно короткого, но большого по амплитуде сигнала);
- ИЦ - интегрирующая цепь;
-ДЦ - дифференцирующая цепь (устройство, предназначенное для дифференцирования по времени электрических сигналов);
- Вых. Реле1, Вых. Реле2 - выходные реле.
Все блоки, изображенные на функциональных схемах внутри блока «Микропроцессор» являются программно-реализованными.
Канал контроля целостности ЧЭ подключен к выходу ЗУ и включает в себя сопротивление между экранами и всеми объединенными жилами кабеля, подключенное на другом конце каждого ЧЭ, программно-реализованное пороговое устройство (ПУ1), последовательно соединенное с детектором длительности (ДД1). Канал контроля целостности ЧЭ работает следующим образом: при обрыве или коротком замыкании любого ЧЭ изменяется сопротивление ЧЭ и срабатывает ПУ1, если сигнал на выходе ПУ1 присутствует дольше заданного времени, то ДД1 выдает сигнал на генератор импульсов тревоги 1.
Канал перелаза включает в себя последовательно подключенные полосовой фильтр (ПФ2), детектор огибающей (ДО1), подключенные к входам микропроцессора, отвечающим за перелаз, и программно-реализованные пороговое устройство (ПУ2) и детектор длительности (ДД2). Канал перелаза работает следующим образом: при появлении сигнала на выходе ПрУ1, он обрезается по низкой частоте ПФ2, формируется ДО1 и поступает на вход ПУ2. Если ПУ2 срабатывает и на его выходе сигнал присутствует дольше заданного времени, то ДД2 выдает сигнал на генератор импульсов тревоги 1.
Канал перекуса включает четыре параллельные цепи, каждая из которых состоит из полосового фильтра (ПФ3-ПФ6) и детектора огибающей (ДО2-ДО5), выходы которых подключены к входам микропроцессора и сумматору (Σ), который последовательно соединен с пороговым устройством (ПУ3), детектором длительности (ДД3) и счетчиком (Сч). Канал перекуса работает следующим образом: при появлении сигнала на выходе ПрУ2 он обрезается по низкой частоте ПФ3, ПФ4, ПФ5 или ПФ6, формируется ДО2, ДО3, ДО или ДО6 и поступает на сумматор (∑), где суммируется и попадает на вход порогового устройства ПУ3 и далее на вход ДД3. Как только напряжение на сумматоре превысит пороговое значение ПУ3, оно откроется и пропустит часть импульса на вход ДД3, ДД3 выдает сигнал в счетчик, откуда при достижении заданного количества перекусов поступает на генератор импульсов тревоги 1. Если в течение заданного времени на вход Сч не поступает заданное количество импульсов, необходимое для срабатывания, то он обнуляется.
Канал перепила включает в себя программно-реализованные ограничитель (О), интегрирующую цепь (ИЦ), дифференцирующую цепь (ДЦ) и пороговое устройство (ПУ4). Канал перепила работает следующим образом: сформированный сигнал с выхода ДО5 поступает на вход О, где ограничивается по определенному закону.
Интегрирующая цепь «интегрирует» (накапливает) сигналы. После окончания интегрирования (накопления) дифференцирующая цепь выдает короткий импульс, который поступает на вход ПУ4 и, пройдя через последовательно соединенные ДЦ и ИЦ, попадает на вход ПУ4. Если ПУ4 срабатывает, то выдает сигнал на генератор импульсов тревоги 2. Перепиливание - длительный ритмичный процесс, связанный с разрушением заграждения. Сигнал при перепиливании должен иметь следующие стабильные характеристики: частота, амплитуда и длительность.
Канал противоподкопа включает в себя последовательно соединенные фильтр низкой частоты (ФНЧ2), предварительный усилитель низкой частоты (ПрУ3), программно-реализованные пороговое устройство (ПУ5) и детектор длительности (ДД4). Канал противоподкопа работает следующим образом: сигнал с выходы ПрДУ фильтруется по низкой частоте ФНЧ2, усиливается ПрУ3 и поступает на ПУ5. Если ПУ5 срабатывает, и на его выходе сигнал присутствует дольше заданного времени, то ДД4 выдает сигнал на генератор импульсов тревоги 2. При поступлении на любой из входов генераторов импульсов тревоги сигнала от подключенного к нему канала последний генерирует импульс на вход выходного реле, которое вырабатывает сигнал заданной длительности и типа.
Периметровое вибрационное средство обнаружения «ПИГМАЛИОН» работает следующим образом.
Чувствительные элементы (кабельные датчики из кабеля ТППэп) подключаются одним концом к усилителю заряда (ЗУ), а на другом конце кабельного датчика между экраном и всеми объединенными жилами включены резисторы. Экран и жилы находятся внутри кабеля. При воздействии нарушителя на заграждение оно начинает двигаться (колебаться), что приводит к движению (колебаниям) кабельного датчика. Колебание кабельного датчика приводит к появлению в нем электрических зарядов.
Усилитель заряда ЗУ усиливает электрический сигнал, сформированный в кабеле, т.е. усиливает весь спектр частот, сформированных в кабеле (полезный сигнал, несущий информацию о нарушителе, и помеху). Выход ЗУ подключен к входу дифференциального усилителя с программируемым коэффициентом усиления ПрДУ, где производится усиление сигналов, лежащих в заданном диапазоне частот. Дифференциальный усилитель с программируемым коэффициентом усиления ПрДУ предназначен для усиления сигналов, лежащих в заданном диапазоне частот, т.е. частот, на которых ожидается появления полезных сигналов (это полоса от долей герца до сотен герц), и ослабления частот, на которых ожидается появление только помехи (более сотен герц). Сигнал с выхода ПрДУ разделяется на частотные составляющие, для чего к нему подключены входы полосового фильтра (ПФ1) и фильтра низкой частоты ФНЧ2 (вход «канала противоподкопа»). Для борьбы с индустриальной помехой (50 Гц) к выходу ПФ1 подключены фильтры низкой (ФНЧ1) и высокой частот (ФВЧ). Фильтр низкой частоты ФНЧ1 пропускает в свой канал только сигналы, идущие на частотах, измеряемых в долях герца, а фильтр ФНЧ2 - единицы герц. В то время как фильтр высокой частоты ФВЧ пропускает в свой канал только сигналы, идущие на частотах, измеряемых в десятках и сотнях герц. Частота индустриальной помехи находится между полосами пропускания ФНЧ1 и ФВЧ и поэтому не проходит на входы микропроцессора. Сигнал с выхода ФНЧ1, усиленный предварительным усилителем низкой частоты ПрУ1, поступает на вход «канала перелаза». Сигнал с выхода ФВЧ, усиленный предварительным усилителем высокой частоты ПрУ2, поступает на вход канала перекуса.
При срабатывании любого из каналов: контроля целостности ЧЭ, перелаза, перекуса, перепила или подкопа, на выходе соответствующего канала появляется сигнал, который поступает на вход генератора импульсов тревоги. Генератор импульсов тревоги формирует тревожные сигналы заданных длительности и типа.
Заявителем на периметровое средство обнаружения разработан комплект конструкторской документации, изготовлен опытный образец и проведены его испытания. Испытания опытного образца подтвердили полную реализацию указанного заявителем назначения.