ОХРАННОЕ УСТРОЙСТВО НА ОСНОВЕ СПИРАЛЬНОГО ЗАГРАЖДЕНИЯ
SECURITY DEVICE ON THE BASIS OF SPIRAL FENCE

Изобретение относится к сигнализационным заграждениям на основе спиральных элементов и предназначено для защиты периметров объектов и протяженных рубежей охраны на равнинной и пересеченной местности.
Известные конструкции мобильных заграждений (патент РФ №2315159, дата публикации 20.01.2008 г., патент РФ №98456, дата публикации 27.12.2010 г.), содержащих три спирали одинакового диаметра из колючей ленты, армированной проволочным сердечником, ориентированные относительно друг друга в форме треугольной призмы, причем все витки соседних спиралей попарно соединены между собой в точках их соприкосновения, равномерно распределенных по окружности витка и расположенных на одной прямой по длине спирали, при этом блоки мобильных заграждений снабжены или контейнером из двух размыкаемых металлических каркасов с замками с проушинами для фиксации каркасов на земле и между собой, или металлическими решетками, скрепленными скобами и упаковочной лентой.
Использование рассмотренных конструкций позволяет обеспечить охрану объекта за счет обеспечения возможности травмирования нарушителя при контакте с зазубренными элементами колючей проволоки при попытке преодоления спирального заграждения напрямую. Однако при раздвигании спиральных витков или другой их деформации проникновение на защищаемую территорию становится возможным, что свидетельствует о недостаточной заградительной способности конструкций. Также монтаж заграждений на местности происходит вручную, требует установки торцевых витков, снабженных контейнерами или металлическими решетками, что повышает трудоемкость проведения работ.
1
2
Известна конструкция охранного устройства на основе спирального заграждения (патент РФ №2425200, дата публикации 27.07.2011 г.), принятого за наиболее близкий аналог к заявляемому решению и содержащего три спирали одинакового диаметра из колючей ленты, армированной проволочным сердечником, ориентированные относительно друг друга в форме треугольной призмы таким образом, что две нижние спирали составляют основание, а третья верхняя спираль - вершину призмы, причем все витки соседних спиралей попарно соединены между собой в точках их соприкосновения, расположенных на одной прямой по длине спирали, при этом устройство содержит вибрационное средство обнаружения, имеющее два кабельных чувствительных элемента, нижний и верхний, при этом нижний чувствительный элемент закрепляется на одной из нижних спиралей по ее длине и с угловым расстоянием ϕ от 0 до 90° относительно экватора, а верхний чувствительный элемент закрепляется на верхней спирали параллельно нижнему чувствительному элементу и с угловым расстоянием ϕ от 0 до 90° относительно экватора этой спирали, при этом под экватором спирали понимается горизонтальная плоскость, проходящая через центр витка спирали. Кабельные чувствительные элементы выполнены на основе специальных трибоэлектрических кабелей, восприимчивых к вибрации.
Рассмотренная конструкция заграждения предполагает установку блока обработки сигнала в виде металлического съемного корпуса с кронштейном, с помощью которого он устанавливается, например, внутри шкафа для защиты от атмосферных воздействий и механических повреждений. В итоге, при использовании трибоэлектрических кабелей в качестве кабельных чувствительных элементов необходимо устанавливать по одному шкафу с блоком обработки сигнала на каждом участке заграждения длиной 250-300 м либо использовать шкаф со сдвоенным блоком обработки, расположенный посередине между двумя охраняемым участками общей длиной 500-600 м (http://uchebnik.online/uchebnik-predprinimatelstvo/vibratsionnyie-sistemyi-sensornyimi-40319.html). Наличие навесного оборудования делает конструкцию заграждения менее мобильной и более громоздкой, так как шкафы с блоками обработки сигнала располагаются на всем протяжении сигнализационного заграждения. Также трибоэлектрические кабели являются восприимчивыми к электромагнитным помехам, погодным условиям и т.д. (http://www.secuteck.ru/articles2/OPS/sistemy-ohrany-perimetra-s-sensornym-kabelem-obzor-perspektivnyh-tehnologiy). При этом необходимо проведение дополнительных работ по настройке и регулировке трибоэлектрических кабелей для минимизации ложных срабатываний и потерь сигнала при эксплуатации заграждения. Кроме того, при попытке перелаза возможно повреждение кабельных чувствительных элементов, не защищенных никакой оболочкой с внешней стороны, что может привести к отсутствию сигнала с кабеля о проникновении нарушителя на территорию. Приведенные данные свидетельствует о недостаточных охранных заградительных свойствах рассмотренного устройства.
Задачей изобретения является создание надежного охранного устройства на основе спирального заграждения с возможностью быстрого монтажа и демонтажа на местности.
Техническим результатом изобретения является повышение сигнализационных и заградительных свойств охранного устройства за счет выполнения кабельного чувствительного элемента в виде оптического модуля с оптоволокном, заключенного в металлическую оболочку.
Технический результат достигается при использовании охранного устройства на основе спирального заграждения, содержащего спирали, ориентированные относительно друг друга с получением объемной фигуры, причем витки соседних спиралей попарно соединены между собой в точках их соприкосновения, расположенных на одной прямой по длине спирали, при этом охранное устройство содержит кабельный чувствительный элемент, в качестве которого используется металлический трос со встроенным внутрь оптическим модулем с оптоволокном, закрепляемый в точках с угловым расстоянием 0±90 градусов относительно экватора этой спирали, причем под экватором спирали понимается горизонтальная плоскость, проходящая через центр масс витка спирали.
Под объемной фигурой, образуемой спиралями заграждения, подразумевается понятие «объемной фигуры», используемое в геометрии: часть пространства, ограниченная поверхностью.
Охранное устройство может иметь три или шесть спиралей или любое другое количество спиралей, которые могут быть ориентированы относительно друг друга, например, в форме треугольной призмы или любой другой объемной фигуры. При этом охранное устройство может содержать спирали с витками любой возможной формы и любого размера, с одинаковым или разным диаметром в случае выполнения их круглой формы. Также спирали могут выполняться с режущими элементами или без режущих элементов (фиг. 1а-1ж).
Под центром масс витка спирали подразумевается геометрическая точка внутри витка спирали, которая определяет распределение массы этой спирали. Определение положение центра массы системы материальных точек в классической механике определяется известным образом (например, Физический энциклопедический словарь. - М.: Советская энциклопедия. Глав. ред. A.M. Прохоров, 1983 г.).
Заявляемое охранное устройство может быть выполнено устанавливаемым непосредственно на грунт или с заглублением в грунт, то есть в виде безопорной объемной фигуры. Также при необходимости охраняемое устройство может иметь специальные опоры (например, столбы) для увеличения устойчивости положения.
При получении объемной фигуры из спиралей выделяют нижний ряд спиралей, которые расположены у основания фигуры или находятся на грунте или заглублены в грунт; верхний ряд спиралей, которые расположены на вершине объемной фигуры; промежуточные ряды спиралей, расположенные между верхним и нижним рядами спиралей.
В зависимости от используемой объемной фигуры, образуемой спиралями, может быть использован один металлический трос со встроенным внутрь оптическим модулем с оптоволокном, расположенный на одной из спиралей нижнего ряда, а также может быть использовано несколько металлических тросов со встроенным внутрь оптическим модулем с оптоволокном, расположенных на спиралях нескольких рядов.
Металлический трос, выполняющий роль внешней оболочки для оптического модуля с оптоволокном, может быть выполнен из стали, титана или специального композитного материала с высоким сопротивлением механическому разрушению методом разреза или разрыва.
Для получения мобильного варианта охранного устройства могут быть использованы держатели троса, допускающие его скольжение, которые также закрепляются в точках соединения соседних витков спиралей с угловым расстоянием 0±90 градусов относительно экватора этой спирали, при этом через них проходит металлический трос со встроенным внутрь оптическим модулем с оптоволокном. Под держателем троса, допускающим его скольжение, в рамках настоящего изобретения понимается проушина в виде скобы, у которой одна из частей перемещается относительно другой.
Использование в качестве кабельного чувствительного элемента металлического троса со встроенным внутрь оптическим модулем с оптоволокном позволяет отказаться от размещения шкафов с блоками обработки сигнала на всем протяжении сигнализационного заграждения, а также любых элементов, требующих настройки и регулировки, за счет использования элементов заграждения, связанных с оптическим модулем с оптоволокном, позволяющим передавать сигналы с малыми потерями и обеспечивать сбор информации сразу со всей длины заграждения в одном месте (Щербинина В.И., Русанов Ю.А. Волоконно-оптические технологии в системах видеонаблюдения и охраны периметра http://www.secuteck.ru/articles2/OPS/fib_opt_ss_4_2004).
В итоге, металлический трос с расположенным внутри него оптическим модулем с оптоволокном позволяет получить сенсорное распределенное устройство для регистрации механических воздействий на спиральную конструкцию охранного заграждения, что позволяет одновременно повысить прочность кабельного чувствительного элемента и обеспечить возможность дистанционного получения информации о состоянии спирального заграждения об оказании на него воздействия, что в итоге повышает сигнализационные и заградительные свойства охранного устройства. Также повышению заградительных свойств охранного устройства способствует образование объемной фигуры из спиралей любой высоты, формы и ширины в зависимости от условий использования.
На фиг. 1а показан вариант охранного устройства из трех спиралей одинакового диаметра, выполненных из ленты без режущих элементов, на фиг. 1б - вариант охранного устройства из трех спиралей одинакового диаметра, две нижние из которых выполнены из ленты без режущих элементов, а верхняя - из ленты с режущими элементами, на фиг. 1в - вариант охранного устройства из шести спиралей одинакового диаметра, выполненных из ленты без режущих элементов, фиг. 1г - вариант охранного устройства из шести спиралей, из которых центральная спираль в основании и верхняя спираль выполнены из ленты с режущими элементами, остальные спирали - из ленты без режущих элементов, фиг. 1д - вариант охранного устройства со спиралями разных диаметров, фиг. 1е и фиг. 1ж - варианты охранного устройства со спиралями разной формы.
На фиг. 2а показан металлический трос с оптическим модулем с оптоволокном, проходящий через держатели троса при сжатом положении спирального заграждения.
На фиг. 2б показан металлический трос с оптическим модулем с оптоволокном, проходящий через держатели троса при растянутом положении спирального заграждения.
На фиг. 3 показан вариант заявляемого охранного устройства, устанавливаемого на местности стационарно.
На фиг. 4 показан вариант заявляемого охранного устройства, которое является мобильным, то есть может складываться и раскладываться на местности при необходимости.
На фиг. 5 показан вариант заявляемого устройства, которое может быть как стационарным, так и мобильным.
Охранное устройство на основе спирального заграждения содержит спирали 1, ориентированные относительно друг друга с получением объемной фигуры, например, в форме треугольной призмы, при этом нижние спирали 2 составляют нижний ряд призмы, а верхняя спираль 3 - вершину призмы, причем все витки соседних спиралей попарно соединены между собой в точках их соприкосновения, расположенных на одной прямой по длине спирали 1. Также охранное устройство содержит кабельный чувствительный элемент, в качестве которого используется металлический трос с встроенным внутрь оптическим модулем с оптоволокном 4, закрепляемый в точках соединения соседних витков спиралей с угловым расстоянием 0±90 градусов относительно экватора этой спирали, например один металлический трос с встроенным внутрь оптическим модулем с оптоволокном 4 закрепляется на одной из нижних спиралей 2, а другой металлический трос с встроенным внутрь оптическим модулем с оптоволокном 4 закрепляется параллельно на верхней спирали 3, при этом под экватором спирали понимается горизонтальная плоскость через центр масс витка спирали (фиг. 1а-1д).
Держатель троса (фиг. 2а, 2б), через который проходит металлический трос с оптическим модулем с оптоволокном 4, в случае получения мобильного варианта охранного устройства, содержит проушину 5, выполненную из металла или пластика или металлопластика, при этом проушина 5 состоит из двух частей - подвижной 6 и неподвижной 7, каждая из которых имеет отверстие с диаметром, позволяющим металлическому тросу с оптическим кабелем с оптоволокном 4 скользить с малым трением. Части проушины 5 соединены между собой с помощью изгибной пружинящей пластины или пружинной проволоки таким образом, что плоскость подвижной части 6 проушины 5, в которой находится плоскость отверстия для указанного металлического троса 4, образует угол 20-30 градусов с плоскостью неподвижной частью 7 проушины 5 и плоскостью отверстия для указанного металлического троса 4. Неподвижная часть 7 проушины 5 жестко закрепляется на спиральном заграждении в точках соединения соседних витков спирали с наружной стороны спирали и перпендикулярно оси гирлянды спирали 1. Подвижная часть 6 проушины 5 располагается под углом к закрепленной неподвижной части 7 проушины 5 так, чтобы ее свободный торец располагался внутри витка спирали 1. К свободному торцу подвижной части 6 проушины 5 прикреплен дополнительный металлический трос-поводок 8, противоположный конец которого жестко закреплен на ближайшем соседнем соединении 9 двух витков спирали 1. В сжатом состоянии спирали 1, тросы-поводки 8 находятся в нерастянутом состоянии внутри витков спирали 1. При растяжении спирали 1 трос-поводок 8, натягиваясь, ограничивает своей длиной максимальную растяжку спиральной гирлянды (спирали 1). При этом при натяжении трос-поводок 8 сгибает подвижную наклонную часть 6 проушины 5, сдвигая тем самым отверстие, в котором находится металлический трос с оптическим модулем с оптоволокном 4, осуществляя в результате этого механическое воздействие на указанный трос с оптоволокном 4, тормозя его скольжение и фиксируя в проушине 5. Таким образом, обеспечивается автоматическая фиксация необходимой степени растяжения спирали.
Выбор количества спиралей основан на получении охранного устройства необходимой высоты в зависимости от условий его применения, в том числе климатических. Например, при использовании в районах с обильным выпадением осадков в виде снега необходимо сооружение более высокого спирального заграждения, для чего используется 6 и более спиралей, образующих объемную фигуру. В стандартных случаях может быть использовано охранное устройство, содержащее три спирали, расположенные, например, в виде призмы.
Выбор ленты с режущими элементами или без них для организации охранного устройства зависит от степени опасности для людей и животных, на которых не должны распространяться заградительные свойства такого устройства. На объектах, где возможно близкое расположение людей, детей и миграция животных, использование спиралей из ленты с режущими элементами запрещено. В данном случае возможно использование всех спиралей из ленты без режущих элементов или комбинация спиралей из двух видов ленты с использованием ленты без режущих элементов с той стороны, где возможен контакт с людьми и животными.
Монтаж стационарного охранного устройства для местности возможен в нескольких вариантах.
Согласно варианту, приведенному на фиг. 3, охранное устройство устанавливается на местности стационарно. На периметре охраняемого объекта развертываются спиральные гирлянды (спирали 1), которые далее укладываются друг на друга с образованием призмы или другой объемной фигуры. Соседние спирали из ленты без режущих элементов скрепляются скобами, спирали из ленты с режущими элементами входят в зацепление за счет наличия режущих элементов.
В грунте 10 на всю длину заграждения прокладывается многожильный оптический кабель связи 11, который подключен к блоку оптических приемопередатчиков 12, компьютерному блоку обработки сигналов 13, имеющему монитор для отображения информации 14, блок бесперебойного электропитания 15. Через определенные выбранные промежутки (участки охраны) 16 на оптическом кабеле связи 11 устанавливаются герметизируемые оптические муфты 17 различных конструкций и типоразмеров, как правило, серийно выпускаемые различными производителями, с пассивными интерференционными преобразователями. Также на каждом выбранном промежутке охраны 16 через нижние 2 и верхние 3 спирали в виде петель 18 проходит металлический трос с расположенным внутри оптическим модулем с оптоволокном 4, который закрепляется с помощью неразъемных металлических хомутов. Причем начало и конец указанного металлического троса 4 в виде петель 18 находится в соответствующей муфте 17.
Согласно варианту, приведенному на фиг. 4, охранное устройство является мобильным и реализуется следующим образом.
На спиралях 1 при производстве устанавливаются держатели троса - проушины 5, металлические тросы с оптическим модулем с оптоволокном 4, которые проходят через все проушины 5. Через нижний ряд 2 спиралей пропускается оптический кабель связи 12 и металлический трос с расположенным внутри оптическим модулем с оптоволокном 4. На выбранных промежутках - участках охраны 16 устанавливаются муфты 17, через которые проходят трос 4 и кабель связи 11. В каждой муфте 17 ответвляется отрезок троса с оптическим модулем 4, на конце которого монтируется концевой отражатель 19 для возврата сигнала по тому же пути обратно в муфту 17 и передачи по кабелю связи 11 в компьютерный блок обработки сигнала 13. При этом отражатель 19 ответвленной части троса 4 закрепляется на верхнем ряду 3 спиралей, а его длина равна выделенному участку охраны 16.
Спиральная гирлянда (спираль 1) сжимается путем намотки металлического троса с оптическим модулем с оптоволокном 4 на вал с помощью ручного или механического привода. Сжатая спираль 1 помещается в металлический контейнер и устанавливается в автомобильный прицеп или кузов автомобиля. На объекте вал растормаживается, первый виток спирали 1 закрепляется на поверхности земли и при движении автомобиля происходит ее разжимание. При этом металлические тросы с оптическим модулем 4 скользят через проушины 5 до тех пор, пока трос-поводок 8 не натянется и не ограничит дальнейшую растяжку спирали 1, одновременно фиксируя в проушине 6 металлический трос с оптическим модуле 4.
Согласно фиг. 5 металлический трос с оптическим модулем с оптоволокном 4 проходит через верхний 3 и нижний ряд спиралей 2 вместе с кабелем связи 11 по всей длине заграждения и соединяется с компьютерным блоком обработки сигнала 13.
Общий принцип работы охранного устройства основан на фотоупругом эффекте. При попытке пересечения спирального заграждения любым способом нарушитель производит механическое воздействие на элементы спирали. Деформация спирали приводит к деформации металлического троса с оптическим модулем и, соответственно к изгибу или микроизгибу оптического волокна внутри троса. Изгиб оптического волокна приводит к возникновению напряжений в материале оптического волокна, что сопровождается локальным изменением показателя преломления и, соответственно, модуляции фазы световых волн, распространяющихся в оптическом волокне. Интерференция различных когерентных составляющих световых волн, например интерференция мод оптического волокна, преобразует фазовую модуляцию в амплитудную.
Регистрация и анализ амплитудной модуляции во времени в компьютерном блоке обработки сигналов позволяет получить информацию, обработка которой позволяет распознать характер воздействия и принять решение о выработке сигнала «Тревога».
Заявляемое охранное устройство позволяет обеспечить надежную охрану объекта. При попытке раздвинуть или деформировать витки спирали происходит срабатывание вибрационного средства обнаружения. Помимо этого, использование металлического троса в качестве внешней оболочки позволяет повысить прочность кабельного чувствительного элемента даже при сильном механическом воздействии. Помимо этого, металлический трос способен препятствовать проезду автотранспортных средств на охраняемую территорию.
Заявляемое техническое решение обладает рядом существенных преимуществ, а именно:
- отсутствие необходимости использования дополнительного оборудования с привлечением обслуживающего персонала;
- обеспечение быстрого монтажа и демонтажа устройства при использовании металлического троса, который одновременно выполняет роль троса для сжатия и растяжения спирального заграждения и сенсорного распределенного устройства для регистрации механических воздействий и препятствия для проезда автотранспортных средств, что существенно расширяет его функциональные возможности;
- обеспечение визуального и телевизионного контроля территорий как внутри заграждения, так и с его наружной стороны.