ДОПЛЕРОВСКИЙ РАДИОВОЛНОВОЙ ИЗВЕЩАТЕЛЬ С ИСПОЛНИТЕЛЬНЫМ УСТРОЙСТВОМ ДЛЯ ОХРАННОЙ ТРЕВОЖНОЙ СИГНАЛИЗАЦИИ
DOPPLER RADIO WAVE DETECTOR WITH ACTUATING DEVICE FOR ALARM SIGNALLING

Изобретение относится к радиотехнике, более точно к радиолокации, в частности к устройствам контроля за перемещением объектов, оно может быть применено в системах охранной тревожной сигнализации в качестве датчика.
Широко известны устройства, работа которых основана на эффекте Доплера для обнаружения движущихся объектов (з-ка ФРГ №3495295, G01S 17/15), слежения за движущимися объектами (з-ка ФРГ №39072996, G01S 13/08; 15/08, 1990 г.), определения скорости перемещения объектов (з-ка ФРГ №3937851, G01S 17/58) и т.д.
Важным требованием для подобных извещателей является сочетание высокой вероятности обнаружения в любой окружающей среде при всех способах вторжения в охраняемую зону и малой вероятности возникновения ложной тревоги.
Известен радиолокационный приемопередатчик с малой дальностью действия (з-ка РТС (WO) N 90/13049, G01S 13/34; 7/03, 1990 г.). Этот приемопередатчик имеет генератор на полевом транзисторе Ga, As. Приемопередатчик может работать при малых дальностях на низкой промежуточной частоте и обнаруживать цели на расстоянии менее 10 м.
Известно устройство обнаружения нарушителя (Патент Великобритании №22185991, G01S 1356, H4D, 1989 г.). Указанное устройство - импульсная доплеровская РЛС для обнаружения нарушителя характерна малой мощностью излучения, что позволяет избежать создания радиопомех и применить несущую частоту. Для восстановления чистого ЭХО-сигнала низкого уровня в устройстве используется корреляционный принцип обработки. Описанные конструкции достаточно сложны, что ограничивает их применение в системах охранной сигнализации массового применения. Кроме того, предложенные в этих устройствах способы повышения чувствительности не решают в полной мере задачу повышения их помехозащищенности при воздействии на вход СВЧ сигнала с широким спектром.
Известен радиоволновой доплеровский канал с системой самоконтроля работоспособности, преимущественно для охранного извещателя (патент №2167432 С1, G01S 7/40, 13/56, опубл. 2001 г.). Техническое результат которого заключается в определении факта маскирования радиоволнового канала, фиксировании несанкционированного и самопроизвольного, вызванного неисправностью, изменения дальности действия этого канала.
Известен доплеровский радиоволновой извещатель для охранной тревожной сигнализации (Патент RU №2117962 C1, G01S 13/56, опубл. 1998 г.), выбранный за прототип. Система содержит приемо-передающий с доплеровским смесителем блок, последовательно соединенный с усилителем, фильтром, амплитудным детектором, компаратором с формированием опорного напряжения и сигнала тревоги, и интегратор, интегратор включен между детектором и компаратором, при этом извещатель включает в себя связанные между собой дополнительный интегратор и ограничитель, вход которого соединен с фильтром, выход с амплитудным детектором, а фильтр выполнен режекторным с частотами подавления соответствующими гармониками питающей сети. За счет использования режекторного фильтра и ограничителя с интегратором данное устройство обладает повышенной помехозащищенностью от СВЧ-излучения люминесцентных источников дневного света, промодулированное переменным напряжением питающей сети.
Недостатком данного извещателя является то, что с формирователя сигнала тревоги, тревожное извещение выдается в виде заданной длительности и заданного вида, заложенный принцип не позволяет согласовать работу данного извещателя со средствами сбора и отображения информации, так как их принцип работы основан на изменении сопротивления шлейфа сигнализации.
Целью данного изобретения является повышение эффективности работы, то есть реализовать замыкание (размыкание) выходных сигнальных цепей при наличии тревожного извещения, повреждениях передающего или приемного устройства, отключении источника питания. Снизить вероятность ложных срабатываний при изменении метеорологических условий.
Эта задача решена тем, что в структурную схему извещателя дополнительно введено исполнительное устройство.
Сущность изобретения пояснена чертежом, где:
на фиг.1 приведена структурная схема извещателя в соответствии с п.1 формулы.
Извещатель имеет СВЧ-блок 1, состоящий из задающего генератора 2, связного с доплеровским смесителем 3, передающей 4 и приемной 5 антенной. Низкочастотный доплеровский сигнал поступает с выхода смесителя на малошумящий усилитель 6, далее на режекторный фильтр 7, затем в усилитель низкой частоты (УНЧ) 8, далее сигнал поступает на ограничитель 9. Уровень ограничения задается интегратором 10.
После ограничения доплеровский сигнал поступает на амплитудный детектор 11, интегратор 12. С выхода интегратора сигнал в виде постоянного напряжения подают на вход компаратора 13, который соединен с блоком опорного напряжения 14 с его выхода на формирователь сигнала тревоги 15, а с его выхода на исполнительное устройство 16.
На фиг.2 приведена принципиальная схема исполнительного устройства.
На фиг.3 - временная диаграмма, поясняющая работу ждущего мультивибратора.
Исполнительное устройство выполнено на транзисторах VT1, VT2-VT4, VT5, VT6. Его коммутирующим элементом служит поляризованное двухобмоточное реле. Якорь реле имеет левое преобладание, т.е., когда обе обмотки реле обесточены, якорь находится у левого контакта. Обмотка 1-2 реле является коллекторной нагрузкой транзистора VT2. Полярность включения обмотки такова, что ток, протекающий по ней, вызывает отклонение якоря к правому контакту.
Вторая обмотка реле включена в коллекторную цепь транзистора VT5 и имеет такую полярность, при которой проходящий по ней ток вызывает отклонение якоря к левому контакту.
Для надежного управления работой реле по обмотке 3-4 необходимо, чтобы ток, протекающий через нее, с некоторым запасом компенсировал действие тока через обмотку 1-2. С этой целью коллекторный ток транзистора VT5 установлен несколько больше коллекторного тока транзистора VT2. Это достигнуто тем, что сопротивление резистора R14 взято больше сопротивления резистора R21.
На транзисторах VT3,VT4 выполнен каскад с эмиттерной связью. Режим работы транзисторов по постоянному току определяется резисторами R13, R15, R16, R17, R18. Связь между транзисторами осуществляется за счет резистора R15, включенного в общую цепь эмиттеров.
бэ
э
э
бэ
В цепь базы транзистора VT3 через развязывающий диод VD3 подается напряжение U1 с выхода детектора, а в цепь базы транзистора УТ4 - напряжение U2 с выхода регулируемого делителя. Оба напряжения для транзисторов являются отпирающими. При отсутствии сигнала оба напряжения постоянны. Поскольку U1>U2, то транзистор VT3 открыт, а транзистор VT4 закрыт. Это объясняется следующим образом. Напряжение, прикладываемое к переходу база-эмиттер транзистора VT4, равно разнице U=U2-U. Поскольку в исходном состоянии U1>U2, то напряжение U, создаваемое током эмиттера транзистора VT3 на резисторе R15, больше напряжения U2. Поэтому напряжение U имеет полярность, при которой транзистор VT4 заперт.
Падение напряжения, образующееся на резисторе R16 за счет коллекторного тока транзистора VT3, непосредственно прикладывается к цепи базы транзистора VT2. Это напряжение удерживает транзистор VT2 в открытом состоянии. Коллекторный ток транзистора VT2 протекает через обмотку 1-2 реле. Якорь реле находится у правого контакта, т.е. одна выходная сигнальная цепь датчика разомкнута, а другая - замкнута.
На транзисторах VT5 и VT6 выполнен ждущий мультивибратор (одновибратор), который обеспечивает подачу сигнала тревоги в течении трех секунд.
В данном мультивибраторе одна связь между транзисторами осуществляется через конденсаторы С4, С5, а другая - с помощью резистора R21, который является общим для обоих транзисторов.
В состоянии устойчивого равновесия мультивибратора транзистор VT6 открыт и находится в режиме насыщения. Этот режим обеспечивается резисторами R19, R21, R20.
Эмиттерный ток транзистора VT6, проходя через резистор R21, создает на нем падение напряжения. Это напряжение для транзистора VT5 является запирающим. По абсолютной величине оно больше напряжения, подаваемого в цепь базы этого транзистора с делителя R18, VD7, R20. Поэтому транзистор VT5 закрыт и обмотка 3-4 реле обесточена. Конденсаторы С4, С5 заряжены.
Запуск мультивибратора осуществляется импульсом отрицательной полярности, поступающим на базу транзистора VT5 непосредственно с коллекторной цепи транзистора VT4 или с коллекторной цепи транзистора VT1 через развязывающий диод VD5.
В состав детектора входят полупроводниковый диод VD1 и конденсатор фильтра С1.
Регулируемый делитель напряжения состоит из резисторов R1-R7 и переключателя. Делитель подключен к выходу детектора. Он позволяет получить напряжение, составляющее определенную часть выходного напряжения детектора. Значение этой части может устанавливаться различным. Оно регулируется дискретно при помощи переключателя S.
Работает исполнительное устройство следующим образом.
Допустим, что при входе нарушителя в зону обнаружения, амплитуда радиоимпульсов на входе приемного устройства уменьшилась. Вследствие этого уменьшится напряжение U1 на выходе детектора. Это, в свою очередь, приведет к уменьшению напряжения U2, подаваемого в цепь базы транзистора VT4 с выхода регулируемого делителя. Скорость уменьшения напряжения U2 определяется постоянной времени цепи разряда конденсатора С3 и в данном случае значительно меньше скорости уменьшения напряжения U1. Поэтому напряжение U1, уменьшаясь, может стать меньше напряжения U2.
Как только напряжение U1 станет меньше напряжения U2, транзистор VT3 закроется. Падение напряжения на резисторе R15 от тока эмиттера этого транзистора уменьшится до нуля. Транзистор VT4 откроется, так как в это время к его базе приложенное отпирающее напряжение U2 с конденсатора С3.
При закрывании транзистора VT3 уменьшается до нуля его коллекторный ток и падение напряжения на резисторе R16. Вследствие этого транзистор VT2 закроется. Ток через обмотку 1-2 реле станет равным нулю, и якорь реле перебросится к левому контакту.
Одновременно с этим при открывании транзистора VT4 значительно возрастет ток, протекающий через резистор R18. За счет этого резко увеличится падение напряжения на резисторе R 18.
Это напряжение по отношению к корпусу имеет отрицательную полярность и является запускающим для ждущего мультивибратора. Происходит запуск мультивибратора. При этом транзистор VT5 открывается, а транзистор VT6 закрывается. Конденсаторы С4, С5 разряжаются через резистор R19, источник питания, резистор R21 и открытый транзистор VT5. Такое состояние мультивибратора будет сохранятся до тех пор, пока не разрядятся конденсаторы С4 и С5.
При закрывании транзистора VT6 уменьшается падение напряжения на резисторе R20 от тока коллектора. За счет этого отрицательное напряжение, подаваемое в цепь базы транзистора VT5 с резистора R18, увеличится. Это напряжение способствует удержанию транзистора VT5 в открытом состоянии во время разряда конденсаторов С4, С5.
В то время, когда транзистор VT5 открыт, через обмотку 3-4 реле протекает коллекторный ток. Вследствие этого якорь реле удерживается у левого контакта.
Таким образом, за счет обесточивания обмотки 1-2 и включения обмотки 3-4 реле перебрасывает якорь к левому контакту и тем самым замыкает одну выходную сигнальную цепь датчика и размыкает другую.
При восстановлении напряжения U1 транзистор VT3 и VT2 открываются, а транзистор VT4 закрывается. Через обмотку 1-2 реле вновь протекает ток. Однако якорь реле будет оставаться у левого контакта до тех пор, пока вторая обмотка находится под током.
После разряда конденсаторов С4, С5 транзисторы мультивибратора возвращаются в исходное состояние. Обмотка 3-4 реле обесточивается, и якорь реле перебрасывается к правому контакту, т.е. занимает свое исходное положение.
Транзистор VT1 включен по схеме с общим эмиттером. Его коллекторной нагрузкой служит резистор R12. В цепь эмиттера транзистора подается стабилизированное напряжение, получаемое от стабилизатора VD4, R11.
Резисторы R9, R10 образуют делитель напряжения. На него подается положительное напряжение U1 с выхода детектора. Часть этого напряжения снимается с резистора R9, подается в цепь базы транзистора VT1. При номинальном значении напряжения U1 напряжение, подаваемое в цепь базы, несколько меньше напряжения в цепи эмиттера, т.е. потенциал базы ниже потенциала эмиттера. Поэтому в исходном состоянии транзистор VT1 закрыт.
Если напряжение U1 на входе детектора за счет появления нарушителя в зоне обнаружения возрастет, то соответственно возрастет и напряжение в цепи базы транзистора VT1. Как только потенциал базы транзистора превысит потенциал эмиттера, транзистор VT1 откроется. Его коллекторный ток, проходя через резистор R12, создает на нем падение напряжения. Это напряжение по отношению к корпусу имеет отрицательную полярность и через развязывающий диод VD5 воздействует на базу транзистора VT5.
Ждущий мультивибратор запускается, и реле срабатывает по обмотке 3-4. Якорь реле перебрасывается к левому контакту, замыкая одну выходную сигнальную цепь и размыкая другую. При этом обмотка реле 1-2 остается под током.
Таким образом, исполнительное устройство срабатывает при любом изменении напряжения U1, обусловленном появлением нарушителя в зоне обнаружения извещателя путем замыкания (размыкания) выходных сигнальных цепей.
Повреждения передающего или приемного устройства приводят к резкому уменьшению напряжения U1 на выходе исполнительного устройства. В этих случаях исполнительное устройство срабатывает, т.е. якорь реле перебрасывается к левому контакту, замыкая одну цепь сигнализации и размыкая другую.
При выключении источника питания извещателя обмотка 1-2 реле обесточивается, и его якорь перебрасывается к левому контакту, замыкая одну цепь сигнализации и размыкая другую.
Исполнительное устройство не сработает от изменений напряжения U1, которые происходят из-за изменения метеорологических условий (появление тумана, дождя, снегопада). Изменения метеорологических условий происходят сравнительно медленно. Эти изменения вызывают уменьшение напряжения U1 на входе исполнительного устройства. Скорость уменьшения этого напряжения примерно равна скорости уменьшения U2 на выходе регулируемого делителя. Поэтому напряжение U1, уменьшаясь, не может стать меньше напряжения U2. Это значит, что транзистор VT3 не закроется и исполнительное устройство не сработает. Таким образом, снижается вероятность ложных срабатываний извещателя при изменении метеорологических условий.
Оптимально логические алгоритмы, как оптимальные допороговые, используют решающее правило Неймана-Пирсона. Оно строится на распределении плотности вероятности Ws(X) параметра Х при наличии полезного сигнала, а также плотности Wp(X) для помеховых воздействий. Тогда оптимальное решающее правило записывается в виде:
обн
лс
где П - фиксированное значение, тогда, правдоподобие вероятности обнаружения Р и вероятность ложного срабатывания Р будут равны:
где интегрирование ведется в области параметра X, попадание в которую приводит к срабатыванию извещателя.
1
2
n
Параметр Х может быть вектором X=(X,X…X). После логарифмирования оптимально решающее правило принимает вид:
где Л - значение порога. При выполнении данного неравенства формируется сигнал тревоги.
Таким образом, к срабатыванию извещателя будут приводить те значения X, которые дадут максимальный вклад в вероятность обнаружения при минимальном вкладе в вероятность ложного срабатывания.
Литература
1. Андрианов Н.В. Учебное пособие для высших военных училищ. Датчики обнаружения, 1982 г.
2. Груба И.И. Системы охранной сигнализации. Технические средства обнаружения. - М. - СОЛОН-ПРЕСС, 2012 г.