СТАБИЛИЗИРОВАННОЕ ЕМКОСТНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОХРАННОЙ СИГНАЛИЗАЦИИ
STABILISED CAPACITIVE ALARM DEVICE

Изобретение относится к техническим средствам охранной сигнализации, а именно к электронным устройствам формирования сигналов тревожного извещения при приближении посторонних к охраняемому рубежу.
Известно устройство сигнализации с формированием сигнала срабатывания во входном LC-контуре: «Устройство емкостного типа для охранной сигнализации», которое разработано в 2007 г., и зарегистрировано в 2008 г. в качестве Полезной модели, №патента 79348 (позднее, через патентного поверенного была подана новая заявка с просьбой зарегистрировать данное емкостное устройство в качестве изобретения вместо полезной модели).
Это устройство имеет повышенную чувствительность и помехозащищенность, но устойчивость к температурным и погодно-климатическим воздействиям у нее ограничена: сигнал срабатывания в данном устройстве формируется во входном LC-контуре, который установлен в частично расстроенное состояние по отношению к поступающему на него ВЧ-сигналу с генератора. Этот сигнал создает на LC-контуре рабочее ВЧ-напряжение, которое должно находиться в пределах 0,4…0,9 от максимального уровня (когда контур в состоянии резонанса). У находящегося в рабочем состоянии LC-контура амплитуда ВЧ-напряжения сильно зависит от емкости контура и емкости антенны-датчика (благодаря резонансному явлению в цепи генератор-LC-контур), что обеспечивает высокую чувствительность устройства. При этом LC-контур сохраняет свои селективные свойства и подавляет поступающие с антенны-датчика электромагнитные воздействия - радиопомехи и наводки, что обеспечивает высокую помехоустойчивость конструкции. Однако находящийся в состоянии неполного резонанса LC-контур при температурных колебаниях имеет пониженную стабильность работы, а именно: нестабильный уровень рабочего ВЧ-напряжения - из-за сильной зависимости своего сопротивления на рабочей частоте от своей емкости и от емкости антенны-датчика, которая колеблется во время погодно-климатических изменений.
Например, сезонные изменения температуры оказывают воздействия на геометрические размеры антенны-датчика, изменяя ее емкость. Аналогичные воздействия на антенну оказывают и изменения влажности и налипание на нее мокрого снега.
Изменения емкости антенны-датчика и LC-контура приводят к значительному изменению сопротивления LC-контура в цепи и, как следствие, к дрейфу рабочего ВЧ-напряжения на выходе формирователя сигнала, что понижает надежность работы устройства и вынуждает подключать антенну к LC-контуру через конденсатор малой емкости, что снижает чувствительность конструкции.
Предложенное к рассмотрению изобретение состоит в следующем: в емкостное устройство введена Схема стабилизации и автоматической настройки входного LC-контура 5, содержащяя последовательно соединенные Узел компенсации 6 и Узел
управления 7. Это позволило устранить дрейф рабочего ВЧ-напряжения контура и, кроме того, обеспечило возможность использовать на входе емкостного устройства «Контур высокой добротности»- разновидность LC-контура, в котором для повышения добротности и снижения потерь и шумов витки катушки из посеребренного провода установлены на стойках и не соприкасаются с каркасом, а конденсатор имеет воздушный диэлектрик. Это значительно улучшает селективность контура и повышает помехоустойчивость и чувствительность емкостного устройства.
Достигнутый технический результат использования предложенного изобретения
1. Повышение надежности и устойчивости к помехам и погодно-климатическим воздействиям.
2. Повышение чувствительности.
3. Создание новых эксплуатационных возможностей: для охранного устройства становится ненужной настройка при установке его на объекте, это позволяет приобретать и устанавливать охранное устройство самим покупателем, без вызова специалиста, что дает возможность массового использования данной конструкции.
4. Упрощается налаживание емкостного устройства: отпадает необходимость подбора Т.К.Е. конденсатора входного LC-контура.
Схема стабилизации и настройки входного контура обеспечивает настройку и стабилизацию работы Формирователя сигнала срабатывания 1 путем управляемого введения в его входной LC-контур компенсирующей емкости, формирующейся в Узле компенсации, на вход которого поступает управляющее напряжение с выхода Узла управления.
Узел компенсации, содержащий элементы с электронно-управляемой емкостью (варикапы VD1, VD2); фильтр импульсных помех Rф1, Rф1, Сф и резистор питания для VD1:Rп (типовая схема) через конденсатор связи Сcв - вводит во входной LC-контур компенсирующую емкость для стабилизации работы контура и поддержания в заданных пределах его рабочего ВЧ-напряжения.
На вход Узла компенсации поступает управляющее напряжение для питания варикапов с выхода Формирователя управляющего напряжения, входящего в состав Узла управления, на вход которого, через Детектор 2 термостабильного типа, и Фильтр нижних частот поступает сигнал от входного LC-контура. Если под влиянием температурных или иных климатических воздействий изменится уровень ВЧ-напряжения на LC-контуре, то соответственно изменится и потенциал на входе Узла управления и далее на входе Формирователя управляющего напряжения, вызывая изменение напряжения питания варикапов Узла компенсации, которые соединены емкостной связью с входным LC-контуром, изменяя его емкость и восстанавливая первоначальный (рабочий) уровень ВЧ-напряжения на LC-контуре.
Для того чтобы процесс стабилизации LC-контура не влиял на амплитуду сигнала срабатывания, идущего с антенны-датчика, в Узел управления включен Фильтр нижних частот, пропускающий только медленно изменяющие свою амплитуду сигналы климатических воздействий.
Для того чтобы емкостное устройство не нуждалось в настройке при установке его на охраняемом объекте в Узел управления введена Схема автоматической настройки, выход которой соединен со входом Узла компенсации, а вход - с выходом Детектора 2 Узла формирователя сигнала 1. Схема приводится в действие при каждом включении (подаче напряжения питания) на емкостное устройство и подает на вход Узла компенсации плавно изменяющийся - убывающий или нарастающий - уровень питающего напряжения на варикапы VD1 и VD2 для настройки входного LC-контура. Напряжение настройки подается до тех пор, пока ВЧ-напряжение на LC-контуре не достигнет рабочего уровня, величина которого зависит от места установки устройства, от конкретных условий его работы. После этого Схема автоматической настройки отключается, а рабочее ВЧ-напряжение LC-контура поддерживается на заданном уровне схемой Формирователя управляющего напряжения после получения им соответствующей команды от Схемы автоматической настройки перед ее отключением.
С выхода Формирователя сигнала срабатывания 1 сигнал поступает на Детектор 2; затем на Усилитель сигнала 3; далее на Пороговое устройство 4 и затем на исполнительный механизм.
Детектор - экономичный, термостабильного типа - на полевом транзисторе, работающем на нелинейном участке характеристики - на малом токе стока.
Усилитель сигнала - полосовой, инфранизкочастотный, термостабильный и экономичный - выполнен на инверторах КМОП, работающих в линейном режиме при напряжении питания 3 V.
Пороговое устройство - термостабильное и экономичное - на элементах КМОП, его входной элемент находится в одном корпусе микросхемы с Усилителем сигнала.
Конструкция емкостного устройства не содержит дорогостоящих деталей и позволяет использовать обычные логические микросхемы типа К561ЛА7 или их зарубежные аналоги с высоким усилением в линейном режиме работы.