ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ОХРАННОЙ СИГНАЛИЗАЦИИ

Полезная модель относится к техническим сигнальным устройствам обнаружения на основе волоконной оптики, использующим в качестве чувствительного элемента волоконно-оптический кабель и предназначено для использования в системах обнаружения и защиты от проникновения объектов любой степени важности, как самостоятельно, так и совместно с другими устройствами и системами.
В настоящее время для охраны различных участков местности, зданий, внутренних помещений, ограждений и других объектов, доступ к которым посторонним лицам запрещен, все чаще применяют технические средства. Они призваны обеспечить выявление нарушителя в пределах контролируемой зоны и определить, на каком ее участке - произошло нарушение.
Так, из описания к патенту РФ №70390 на полезную модель известен волоконно-оптический датчик охранной сигнализации, содержащий последовательно расположенные и оптически связанные между собой когерентный источник оптического излучения, многомодовое оптическое волокно, расположенное в охраняемой зоне, блок преобразования модового состава излучения и фотоприемник с электронным блоком обработки сигнала, при этом в устройство дополнительно введен блок формирования поперечных мод световода, выполненный в виде дифракционного оптического элемента, расположенный после когерентного источника оптического излучения и оптически связанный с ним, а блок преобразования модового состава выполнен в виде дифракционного оптического элемента, согласованного с модой, формируемой блоком формирования поперечных мод (МПК: G08B 13/18 (2006.01), опубликован 20.01.2008).
Наиболее близким аналогом к патентуемому решению является волоконно-оптическая система охранной сигнализации, известная из патента РФ №2079888 (МПК 6: G08B 13/186, опубликован 20.05.1997). Система содержит когерентный источник света, выход которого через отрезок многомодового оптического волокна и формирователь светового потока сочленен с входом фотодетектора, выход фотодетектора соединен с входом формирователя сигнала тревоги, выполненного в виде разделительного конденсатора, первого компаратора, формирователя длительности импульсов и индикаторного элемента, первая обкладка разделительного конденсатора является входом формирователя сигнала тревоги, а вторая обкладка соединена с первым входом первого компаратора, на втором входе которого установлен опорный уровень первого компаратора, при этом формирователь сигнала тревоги снабжен интегратором, селектором длительности сигнала, логическим элементом ИЛИ и вторым компаратором, первый вход которого через интегратор соединен с первой обкладкой разделительного конденсатора, на втором входе установлен опорный уровень второго компаратора, а выход соединен с первым входом логического элемента ИЛИ, второй вход логического элемента ИЛИ соединен через формирователь длительности импульсов с выходом селектора длительности сигнала, вход которого соединен с выходом первого компаратора, выход логического элемента ИЛИ соединен с входом индикаторного элемента.
К недостаткам данного устройства относятся: недостаточная избирательность обрабатываемых сигналов и, как следствие, низкая наработка на ложное срабатывание, отсутствие средств адаптации к различным типам заграждений, а также отсутствие возможности настройки под конкретные, изменяющиеся в ходе эксплуатации условия.
Техническим результатом, который достигается, при использовании патентуемого решения, является повышение надежности обнаружения преодоления нарушителем сетчатых и решетчатых заграждений, путем максимальной адаптации устройства обнаружения под конкретный тип заграждения в условиях реальной помеховой обстановки. Технический результат достигается за счет использования схемных решений, позволяющих повысить качество выделения и обработки полезного сигнала на конкретном типе заграждения, а также значительно повысить наработку на ложное срабатывание.
Заявленный технический результат достигается за счет использования оптоволоконного устройства охранной сигнализации, содержащего когерентный источник света, выход которого через отрезок многомодового оптического волокна и формирователь светового потока сочленен с входом фотодетектора, формирователь сигнала тревоги, снабженный интегратором, селектором длительности сигнала, формирователем длительности импульсов, логической схемой «ИЛИ», первым и вторым компараторами. Согласно патентуемому решению, выход фотодетектора соединен с входом формирователя сигнала тревоги через логарифмический усилитель тока, формирователь сигнала тревоги выполнен в виде избирательного усилителя, двух каналов обработки сигнала по низкой и высокой частоте, логической схемы «ИЛИ» и выходного реле, при этом канал обработки сигнала по высокой частоте состоит из первого компаратора, селектора длительности сигнала и формирователя длительности импульсов, канал обработки сигнала по низкой частоте состоит из интегратора и второго компаратора, а формирователь сигнала тревоги дополнительно содержит регулятор чувствительности, расположенный на входе избирательного усилителя, счетчик количества импульсов и регулятор опорного напряжения на первом компараторе.
Наличие двух каналов обработки позволяет расширить диапазон обнаруживаемых воздействий нарушителя на элементы заграждения. Высокочастотный канал обнаруживает прорезание (прорубание) отверстий в заграждении с целью преодоления сквозь заграждение. Низкочастотный канал обнаруживает перелаз через заграждение или подлаз под заграждение.
При этом в качестве регулятора чувствительности полезного сигнала и помехи (далее - регулятор «Чувствительность») использован «потенциометр» - резистор с «плавающим» (переменным) контактом номиналом 10 кОм.
Использование данного регулятора позволяет изменять амплитуды полезного сигнала и помехи на входе избирательного усилителя. Регулятор «Чувствительность» в схеме «отвечает» за то, чтобы обеспечить на входе компаратора достаточный по амплитуде полезный сигнал при незначительном уровне помехи.
В качестве регулятора опорного напряжения, выход которого связан со входом первого компаратора (далее - регулятор «Порог»), использован «потенциометр» - резистор с «плавающим» (переменным) контактом номиналом 10 кОм.
Использование данного регулятора позволяет изменять величину опорного напряжения на компараторе, что задает минимальную величину входного сигнала достаточную для «срабатывания» средства обнаружения. Регулятор «Порог» в схеме «отвечает» за установку такого минимально-достаточного усиления полезного сигнала, которое обеспечит гарантированное обнаружение нарушителя.
Счетчик количества импульсов (далее - Регулятор «Счет») расположен на входе выходного реле и выдает импульс после поступления на вход заданного количества импульсов. Регулятор «Счет» в схеме «отвечает» за число однотипных воздействий на заграждение, которое обеспечит гарантированное обнаружение «нарушителя», но отсеивает «одиночные» помехи.
Использование данного регулятора позволяет задать количество импульсов, вызывающих выдачу средством обнаружения сигнала тревоги.
Логарифмический усилитель - усилитель, выходной сигнал которого, приблизительно, пропорционален логарифму входного сигнала. На выходе логарифмического усилителя амплитуда выходного сигнала «выравнивается» коэффициент усиления выше для импульсов меньшей амплитуды, и амплитуда выходного импульса тока не может превышать заданную величину. Эта особенность логарифмического усилителя позволяет использовать его в качестве автоматического регулятора усиления.
Значительное увеличение качества выделения и обработки полезного сигнала достигается путем:
- применения устройств, позволяющих бороться с «мощными» одиночными помехами;
- повышения качества фильтрации входного сигнала, за счет ограничения диапазона частот обрабатываемых сигналов.
Значительное увеличение наработки на ложное срабатывание достигается адаптацией средства обнаружения под конкретный тип заграждения путем:
- применения устройств, снижающих уровень обрабатываемых сигналов до величин, позволяющих обеспечить минимально-достаточного усиление полезного сигнала, до уровня, обеспечиваемого гарантированное обнаружение заданного воздействия. Величина задаваемого при настройке воздействия на заграждение учитывает конкретные антропометрические признаки потенциального нарушителя;
- применения устройств, позволяющих изменять величину порога срабатывания средства;
- применения устройств, позволяющих изменять длительность воздействия на чувствительный элемент.
Новым в предлагаемой системе является то, что в систему введены: логарифмический усилитель, осуществляющий автоматическую регулировку усиления сигнала; избирательный усилитель, осуществляющий усиление сигнала с заданными свойствами; три регулятора: «Чувствительность», «Счет» и «Порог», позволяющие настроить средство обнаружения под конкретные, изменяющиеся в ходе эксплуатации условия.
Техническая сущность и принцип действия предложенной полезной модели поясняется ссылками на фигуру 1, на которой изображена функциональная схема оптоволоконной системы охранной сигнализации ПОСТ-ВО.
В состав оптоволоконной системы охранной сигнализации входят:
- когерентный источник света (1);
- отрезок многомодового оптического волокна (2);
- формирователь светового потока (3);
- фотодетектор (4);
- логарифмический усилитель тока (5);
- регулятор «Чувствительность» (6);
- формирователь сигнала тревоги (7);
- избирательный усилитель (8);
- регулятор «Порог» (9);
- первый компаратор (10);
- селектор длительности сигнала (11);
- формирователь длительности импульсов (12);
- интегратор (13);
- второй компаратор (14);
- логическую схему ИЛИ (15);
- регулятор «Счет» (16);
- выходное реле (17).
Когерентный источник света 1 через отрезок многомодового оптического волокна 2 и формирователь светового потока 3 сочленен с входом фотодетектора 4 совмещенного с логарифмическим усилителем тока 5. Выход усилителя соединен с входом формирователя сигнала тревоги 7, выполненного в виде избирательного усилителя 8, компаратора 10, селектора длительности сигнала 11, формирователя длительности импульсов 12 и выходного реле 17. Формирователь сигнала тревоги 7 дополнительно включает в себя регулятор «Чувствительность» 6, регулятор «Порог» 9, интегратор 13, второй компаратор 14, логическую схему ИЛИ 15 и регулятор «Счет» 16.
Перед началом работы системы ПОСТ-BO формируется его зона обнаружения путем закрепления его «чувствительного элемента» (отрезка многомодового оптического волокна 2) на защищаемой («блокируемой») поверхности. По «чувствительному элементу» непрерывно двигается последовательность световых импульсов вырабатываемых когерентным источником света 1. Колебания защищаемой поверхности, вызванные проникновением нарушителя на объект, передаются на «чувствительный элемент» 2. Оптический сигнал, через формирователь светового потока 4 поступает от «чувствительного элемента» 2 на фотодетектор 4, где регистрируется и преобразуется в электрический сигнал, который после усиления в логарифмическом усилителе 5 обрабатываются формирователем сигнала тревоги 7.
Воздействие нарушителя на зону обнаружения ПОСТ-BO приводит к значительной деформации оптического волокна, условия внутреннего отражения, проходящего в нем оптического сигнала значительно изменяются, в результате чего изменяются фазовые и пространственные характеристики луча на выходе кабеля 2, что приводит к появлению на выходе фотодетектора 4 полезного сигнала (сигнала, несущего в себе информацию о силе и количестве воздействий нарушителя на заграждение), который после усиления в логарифмическом усилителе 5 поступает на вход формирователя сигнала тревоги 7.
Воздействие помеховых факторов (ветер, мелкие животные, небольшие растения) на зону обнаружения ПОСТ-BO приводит к незначительной деформации оптического волокна, условия внутреннего отражения, проходящего в нем оптического сигнала изменяются незначительно, в результате чего незначительно изменяются фазовые и пространственные характеристики луча на выходе кабеля 2, что приводит к появлению на выходе фотодетектора (4) сигнала помехи, который после усиления в логарифмическом усилителе 5 поступает на вход формирователя сигнала тревоги 7.
Входной сигнал (сигнал, появляющийся в результате сложения полезного сигнала и сигнала помехи) формирователя сигнала тревоги 7 ослабленный в заданное количество раз регулятором «Чувствительность» 6 поступает на избирательный усилитель 8, который усиливает полезный сигнал и часть помехи, идущей в диапазоне частот полезного сигнала (помеха, лежащая вне заданного диапазона частот, отсеивается). Сигнал с выхода избирательного усилителя 8 поступает на один вход компаратора 10 и на вход интегратора 13. Вход компаратора 10 является входом высокочастотного канала обработки сигнала, а вход интегратора 13 - входом низкочастотного канала.
На второй вход компаратора 10 постоянно подается регулируемое опорное напряжение с регулятора «Порог» 9. В момент, когда на первом входе компаратора 10 напряжение превысит заданное пороговое значение, на его выходе появится сигнал, амплитуда которого равна разнице между его двумя входными сигналами, он поступит на селектор длительности сигнала 11. Селектор длительности сигнала 11 пропускает сигналы, имеющие заданную длительность, которые преобразуются формирователем длительности импульсов 12 в импульсы необходимой длительности и амплитуды для работы логической схемы ИЛИ 15. С выхода логической схемы ИЛИ 15 импульсы поступает на регулятор «Счет» 16. При поступлении в регулятор «Счет» 16 заданного количества импульсов на его выходе появляется сигнал, который вызывает срабатывание выходного реле 17 - его контакты размыкаются.
Интегратор 13 пропускает низкочастотные сигналы значительной длительности, которые поступают на один вход второго компаратора 14. На другом входе второго компаратора 14 постоянно присутствует опорное напряжение. В момент, когда на выходе интегратора 13 появляется сигнал, компаратор 14 выдает импульс на логическую схему ИЛИ 15. С выхода логической схемы ИЛИ 15 импульсы поступает на регулятор «Счет» 16. При поступлении в регулятор «Счет» 16 заданного количества импульсов на его выходе появляется сигнал, который вызывает срабатывание выходного реле 17 - его контакты размыкаются.
Таким образом, предложенное устройство охранной сигнализации может быть реализовано на широко используемых в приборостроении элементах. Оно обладает большей степенью вероятности обнаружения вторжения и может использоваться в любых условиях.
Заявителем разработан комплект конструкторской документации НТБМ.425411.001, изготовлен опытный образец волоконно-оптического устройства охранной сигнализации и проведены его испытания. Испытания опытного образца подтвердили полную реализацию указанного заявителем назначения.