СИСТЕМА КОНТРОЛЯ РАСХОДА И УТЕЧЕК БЫТОВОГО ГАЗА В МНОГОКВАРТИРНЫХ ДОМАХ
HOUSEHOLD GAS CONSUMPTION AND LEAKAGE MONITORING SYSTEM IN APARTMENT BUILDINGS

Предлагаемая система относится к области приборостроения, в частности к системам и устройствам формирования измерительной управляющей информации по первичным параметрам, определяющим расход природного газа и контроль его утечек в многоквартирных домах.
Следует отметить, что в стране ежегодно происходит несколько десятков аварий и пожаров с человеческими жертвами в результате утечки бытового газа, причиной большинства из которых является несвоевременная сигнализация об аварийной ситуации или ее полное отсутствие.
Известные системы и устройства контроля расхода и утечек бытового газа в многоквартирных домах (патенты РФ №2.037.797, №2.08.036, №2.124.745, №2.141.626, №3.147.145, №2.161.785, №2.281.614, №2.289.229, №2.370.823, №2.414.003; патенты США №5.493.272, №6.741.174, №6.774.802, №6.856.253, №6.892.751; патенты Франции №2.811.117, №2.850.772; патент Германии №4.412.447; патент ЕР №0.523.655; патент WO №86/08.431 и другие.
Из известных систем и устройств, наиболее близкой к предлагаемой, является система контроля расхода и утечек бытового газа в многоквартирных домах (патент РФ №2.414.003, G08B 17/10, 2009), которая и выбрана в качестве прототипа.
Известная система обеспечивает повышение безопасности эксплуатации газового оборудования в подъездах многоквартирных домов за счет непрерывного контроля в реальном времени уровней суммарной загазованности и дисбаланса расхода газа, как в отдельных квартирах, так и в подъездах в целом, с передачей тревожной информации на сотовые телефоны жильцов и в оперативную диспетчерскую службу путем использования радиоканала и сложных сигналов с фазовой манипуляцией.
Однако указанному устройству присуще явление обратной работы, которое может быть двух типов. Первый тип «обратной работы» обусловлен неопределенностью начальной фазы опорного напряжения, выделяемого непосредственно из принимаемого ФМн-сигнала промежуточной частоты. При равновероятных значениях переменной составляющей фазы сигнала:
ϕ1 = 0 и ϕ2 = π отсутствует признак, который позволял бы «привязать» фазу ϕпр опорного напряжения к одной из фаз сигнала. Поэтому фаза опорного напряжения всегда имеет два устойчивых состояния: ϕup (фиг. 4з) и ϕup+π (фиг. 4к). Это легко показать аналитически. Если произвести деление, аналогичное предыдущему, но предварительно добавив к аргументу угол 2π, что не изменяет исходного напряжения, то после деления на два получится напряжение, сдвинутое по фазе на π (фиг. 4к).
Следовательно, двузначность фазы полученного опорного напряжения вытекает из самого процесса деления. Физически указанная двузначность фазы объясняется неустойчивой работой делителя 65 фазы на два.
Σ2
Σ3
Таким образом, даже имея в точке приема опорное напряжение с постоянной фазой и частотой, равной промежуточной частоте принимаемого ФМн-сигнала, можно выделить аналог либо исходного модулирующего кода M(t) (фиг. 4и), либо инверсный (обратный) модулирующий код M(t) (фиг. 4л), в зависимости от того как будут сфазированы входной ФМн сигнал промежуточной частоты (фиг. 4б) и опорного напряжения (фиг. 4з,к).
Σ1
Σ2
Σ3
1
1i
Σ2
Σ3
Σ1
Однако, анализируя аналог модулирующего кода M(t) (фиг. 4а), выделяемого из принимаемого ФМн-сигнала промежуточной частоты (фиг. 4, б), в прямом M (t) (фиг. 4и) или в обратном коде M (t) (фиг. 4л), можно достоверно определить номер N многоквартирного дома и номер N квартиры, в которой зафиксировано превышение допустимого уровня загазованности. При этом непринципиально в прямом M (t) (фиг. 4и) или в обратном коде M (t) (фиг. 4л) коде анализируется аналог модулирующего кода M (t) (фиг. 4а). Необходимо, чтобы было обеспечено постоянство фазы опорного напряжения, а, следовательно, и аналога модулирующего кода в течение всего времени приема и анализа. Именно такая ситуация возникает в тех реальных условиях приема, когда отсутствуют априорные сведения о параметрах принимаемого ФМн-сигнала. Поэтому в процессе когерентного приема и синхронного детектирования ФМн-сигналов есть необходимость раскрывать неопределенность фазы опорного напряжения, которая является внутренним свойством данных сигналов.
1
1i
Таким образом, первый тип «обратной работы» не снижает помехоустойчивости когерентного приема ФМн-сигналов и не влияет на достоверность определения номера N многоквартирного дома и номер N квартиры, в которой зафиксировано превышение допустимого уровня загазованности.
ПР
ПР
1
2
4
Второй тип «обратной работы» обусловлен переходами фазы опорного напряжения из одного состояния ϕ в другое ϕ + π под действием помех, кратковременного прекращения приема и других дестабилизирующих факторов. Эти переходы за время приема ФМн-сигнала происходят в случайные моменты времени, например, t, t (фиг. 4г). При этом на выходе фазового детектора 67 выделяется искаженный аналог модулирующего кода М (t) (фиг. 4д). Данный тип «обратной работы» является весьма вредным в технике когерентного приема и синхронного детектирования ФМн-сигнала и делает невозможным достоверное определение вышеуказанных параметров. Именно из-за этого типа «обратной работы» классическая фазовая манипуляция долгое время не находили широкого применения несмотря на ряд своих преимуществ.
1
1i
Наличие ложных сигналов (помех), принимаемых по дополнительным каналам, и явление «обратной работы» второго типа приводит к снижению помехоустойчивости когерентного приема ФМн-сигналов и достоверности определения номера N многоквартирного дома и номер N квартиры, в которой зафиксировано превышение допустимого уровня загазованности.
1
1i
Технической задачей изобретения является повышение помехоустойчивости когерентного приема ФМн-сигналов и достоверности определения номера N многоквартирного дома и номер N квартиры, в которой зафиксировано превышение допустимого уровня загазованности путем подавления ложных сигналов (помех), принимаемых по дополнительным каналам, и устранения явления «обратной работы» второго типа.
Поставленная задача решается тем, что система контроля расхода и утечек бытового газа в многоквартирных домах, содержащая, в соответствии с ближайшим аналогом, квартирные счетчики расхода газа с импульсными выходами, квартирные датчики загазованности, клапаны отсечки подачи газа, сумматор общей загазованности подъезда многоквартирного дома, блок сравнения уровня суммарной загазованности с допустимым значением, источник опорного напряжения уровня суммарной загазованности, блок оценки текущего дисбаланса расхода газа в подъезде многоквартирного дома, сумматор дисбаланса, блок выделения модуля дисбаланса, источник опорного напряжения уровня допустимого дисбаланса, подъездные счетчики расхода газа с импульсными выходами, подъездные датчики загазованности, подъездные клапаны отсечки подачи газа, квартирные и подъездные блоки управления клапанами отсечки газа, представляющие собой логические элементы «ИЛИ», квартирные и подъездные блоки сравнения уровня загазованности с допустимым значением, квартирные и подъездные источники опорного напряжения уровней допустимой загазованности, квартирные и подъездные счетчики импульсов, квартирные и подъездные преобразователи частоты импульсов в аналоговый сигнал и модем сотовой связи, при этом выходы квартирных и подъездных датчиков загазованности подсоединены через квартирные и подъездные блоки сравнения уровня загазованности с допустимым значением к первому входу квартирных и подъездных блоков управления клапанами отсечки подачи газа, представляющих собой логические элементы «ИЛИ», к второму входу квартирных и подъездных блоков сравнения уровня загазованности с допустимым значением подсоединены выходы соответственно квартирных и подъездных источников опорного напряжения уровней допустимой загазованности, вторые входы квартирных и подъездных блоков управления клапанами отсечки подачи газов, представляющих собой логические элементы «ИЛИ», подсоединены к управляющим выходам модема сотовой связи, третьи входы квартирных блоков управления клапанами отсечки подачи газа, представляющими собой логические элементы «ИЛИ», подсоединены к выходу подъездного блока управления клапанами отсечки подачи газа, выходы квартирных и подъездных датчиков загазованности подсоединены к суммирующим входам сумматора общей загазованности подъезда многоквартирного дома, выход которого через блок сравнения уровня суммарной загазованности с допустимым значением подсоединен к входу модема сотовой связи и третьему входу подъездного блока управления клапанами отсечки подачи газа, представляющего собой логические элементы «ИЛИ», к второму входу блока сравнения уровня суммарной загазованности с допустимым значением подключен выход источника опорного напряжения уровня суммарной загазованности, выходы квартирных счетчиков расхода газа через квартирные счетчики импульсов подсоединены к входам модема сотовой связи и через квартирные преобразователи частоты импульсов в аналоговый сигнал к вычитающим входам сумматора дисбаланса, суммирующий вход которого через подъездный преобразователь частоты импульсов в аналоговый сигнал подсоединен к выходу подъездного счетчика расхода газа с импульсным выходом, выход сумматора дисбаланса через блок выделения модуля дисбаланса и блок оценки текущего дисбаланса расхода газа в подъезде многоквартирного дома подсоединен к входу модема сотовой связи и четвертому входу подъездного блока управления клапанами отсечки газа, представляющего собой логические элементы «ИЛИ», второй вход блока оценки текущего дисбаланса расхода газа подсоединен к источнику опорного напряжения уровня допустимого дисбаланса, выходы квартирных и подъездных блоков управления клапанами отсечки подачи газа, представляющего собой логические элементы «ИЛИ», подсоединены соответственно к управляющим входам квартирных и подъездных клапанов отсечки подачи газа, кроме того система снабжена квартирными блоками сигнализации, подъездными блоками сигнализации, домовым генератором псевдослучайной последовательности, двумя логическими элементами «ИЛИ», сумматором, задающим генератором, фазовым манипулятором, усилителем мощности, передающей антенной и панорамным приемником, установленным в оперативной диспетчерской службе, причем каждый квартирный блок сигнализации выполнен в виде ключа, генератора псевдослучайной последовательности, светового и звукового сигнализаторов, подключенных к выходу квартирного блока сравнения уровня загазованности с допустимым значением, второй вход ключа соединен с выходом генератора псевдослучайной последовательности, а выход подключен к входу линии задержки, каждый подъездный блок сигнализации выполнен в виде ключа, генератора псевдослучайной последовательности, светового и звукового сигнализаторов, подключены к выходу подъездного блока сравнения уровня загазованности с допустимым значением, второй вход ключа соединен с выходом генератора псевдослучайной последовательности, а выход подключен к входу лини задержки, выходы квартирных блоков сравнения уровня загазованности с допустимым значением через первый логический элемент «ИЛИ» соединены с первым входом домового генератора псевдослучайной последовательности, второй вход которого через второй логический элемент «ИЛИ» соединен с выходами подъездных блоков сравнения уровня загазованности с допустимым значением, а к выходу последовательно подключены сумматор, другие входы которого соединены с выходами квартирных и подъездных блоков сигнализации, фазовый манипулятор, второй вход которого соединен с выходом задающего генератора, усилитель мощности и передающая антенна, панорамный приемник выполнен в виде последовательно включенных приемной антенны, усилителя высокой частоты и первого смесителя, второй вход которого через первый гетеродин соединен с выходом блока поиска, последовательно включенных усилителя промежуточной частоты, удвоителя фазы, второго анализатора спектра, блока сравнения, второй вход которого через первый анализатор спектра соединен с выходом усилителя промежуточной частоты, порогового блока, второй вход которого через линию задержки соединен с его выходом, ключа, второй вход которого соединен с выходом усилителя промежуточной частоты, фазового детектора и блока регистрации и анализа, к выходу удвоителя фазы последовательно подключены первый узкополосный фильтр, делитель фазы на два и второй узкополосный фильтр, управляющий вход блока поиска соединен с выходом порогового блока, отличается от ближайшего аналога тем, что панорамный приемник снабжен усилителем первой суммарной частоты, вторым гетеродином, вторым смесителем, частотным детектором, триггером и двойным балансным переключателем, причем к выходу первого смесителя последовательно подключены усилитель первой суммарной частоты и второй смеситель, второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина, а выход подключен к входу усилителя промежуточной частоты, к выходу второго узкополосного фильтра последовательно подключены частотный детектор, триггер и двойной балансный переключатель, второй вход которого соединен с выходом второго узкополосного фильтра, а выход подключен к второму входу фазового детектора.
Структурная схема системы контроля расхода и утечек бытового газа в многоквартирных домах представлена на фиг. 1. Структурная схема панорамного приемника, установленного в оперативной диспетчерской службе, изображена на фиг. 2. Частотная диаграмма, иллюстрирующая образование дополнительных каналов приема, представлена на фиг. 3. Временные диаграммы, поясняющие принцип работы панорамного приемника, показаны на фиг. 4.
Система содержит последовательно включенные квартирный датчик 1.i загазованности, квартирный блок 5.i сравнения уровня загазованности с допустимым значением, второй вход которого соединен с выходом квартирного источника 6.i опорного напряжения уровня допустимой загазованности, модем 24 сотовой связи, логический элемент «ИЛИ» 4.i и квартирный клапан 3.i отсечки подачи газа, последовательно включенные квартирный счетчик 2.i расхода газа с импульсным выходом и квартирный счетчик 7.i импульсов, выход которого подключен к модему 24 сотовой связи, последовательно включенные подъездный датчик 9.j загазованности, подъездный блок 13.j сравнения уровня загазованности с допустимым значением, второй вход которого соединен с выходом подъездного источника 14.j опорного напряжения уровня допустимой загазованности, модем 24 сотовой связи, логический элемент «ИЛИ» 12.j и подъездный клапан 11.j отсечки подачи газа, последовательно включенные подъездный счетчик 10.j расхода газа с импульсным выходом и подъездный счетчик 15.j импульсов, выход которого подключен к модему 24 сотовой связи, последовательно подключенные к датчикам 1.i и 9.j загазованности сумматор 17.j общей загазованности подъезда многоквартирного дома, блок 18.j сравнения уровня суммарной загазованности с допустимым значением, второй вход соединен с выходом источника 19.j опорного напряжения уровня суммарной загазованности, модем 24 сотовой связи, последовательно подключенные к выходу подъездного счетчика 10.j расхода газа с импульсным выходом, подъездный преобразователь 16.j частоты импульсов в аналоговый сигнал, сумматор 20.j дисбаланса, другие входы которого через квартирный преобразователь 8.i частоты импульсов в аналоговый сигнал соединены с выходом квартирного счетчика 2.i расхода газа с импульсным выходом, блок 21.j выделения модуля дисбаланса и блок 22j оценки текущего дисбаланса расхода газа в подъезде многоквартирного дома, второй вход которого соединен с выходом источника 23j опорного напряжения уровня допустимого дисбаланса, а выход подключен к модему 24 сотовой связи, третий вход логического элемента «ИЛИ» 4.i соединен с выходом логического элемента «ИЛИ» 12.j, другие входы которого соединены с выходами подъездного блока 13.j сравнения уровня загазованности с допустимым значением, блока 18.j сравнения уровня суммарной загазованности с допустимым значением и блока 22.j оценки текущего дисбаланса расхода газа, подключенные к выходу квартирного блока 5.i сравнения уровня загазованности с допустимым значением, квартирный световой сигнализатор 26.i, квартирный звуковой сигнализатор 27.i и ключ 29.i, второй вход которого соединен с выходом квартирного генератора 28.i псевдослучайной последовательности (ПСП), а выход подключен к линии 30.i задержки, подключенные к выходу подъездного блока 13.j сравнения уровня загазованности с допустимым значением, подъездный световой сигнализатор 33.j, подъездный звуковой сигнализатор 34.j и ключ 36.j, второй вход которого соединен с выходом подъездного генератора 35.j ПСП, а выход подключен к линии 37.j задержки (i=l,2,…,n, j=1,2,…,m, где n-количество квартир в подъезде многоквартирного дома, m-количество подъездов в многоквартирном доме).
К выходу блока 18.j сравнения уровня суммарной загазованности с допустимым значением подключены световой анализатор 38.j, звуковой анализатор 39.j, генератор 40.j псевдослучайной последовательности и ключ 41.j, второй вход соединен с выходом генератора 40.j псевдослучайной последовательности, а выход подключен к входу линии 42.j задержки.
Квартирный световой сигнализатор 26.i, звуковой сигнализатор 27.i, генератор 28.i ПСП, ключ 29.i и линия 30.i задержки образуют квартирный блок 25.i сигнализации.
Подъездный световой сигнализатор 33.j, звуковой сигнализатор 34.j, генератор 35.j, ключ 36.j и линия 37.j задержки образуют подъездный блок 32.j сигнализации.
Выходы квартирных блоков 5.i сравнения уровня загазованности с допустимым значением через первый логический элемент «ИЛИ» 31.i соединены с первым входом домового генератора 44 псевдослучайной последовательности, второй вход которого через второй логический элемент «ИЛИ» соединен с выходами подъездных блоков 32.j сравнения уровня загазованности с допустимым значением, а к выходу последовательно подключены сумматор 45, другие входы которого соединены с выходами квартирных 25.i и подъездных блоков 32.j сигнализации, фазовый манипулятор 47, второй вход которого соединен с выходом задающего генератора 46, усилитель 48 мощности и передающая антенна 49.
Панорамный приемник, установленный в оперативной диспетчерской службе, содержит последовательно включенные приемную антенну 50, усилитель 51 высокой частоты, первый смеситель 54, второй вход которого через первый гетеродин 53 соединен с выходом блока 52 поиска, усилитель 69 первой суммарной частоты, второй смеситель 71, второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина 70, усилитель 55 промежуточной частоты, удвоитель 58 фазы, второй анализатор 59 спектра, блок 60 сравнения, второй вход которого через первый анализатор 57 спектра соединен с выходом усилителя 55 промежуточной частоты, пороговый блок 61, второй вход которого через линию 62 задержки соединен с его выходом, ключ 63, второй вход которого соединен с выходом усилителя 55 промежуточной частоты, фазовый детектор 67 и блок 68 регистрации анализа. К выходу удвоителя 58 фазы последовательно подключены первый узкополосный фильтр 64, делитель фазы 65 на два, второй узкополосный фильтр 66, частотный детектор 72, триггер 73 и двойной балансный переключатель 74, второй вход которого соединен с выходом второго узкополосного фильтра 66, а выход подключен к второму входу фазового детектора 67. Управляющий вход блока 52 поиска соединен с выходом порогового блока 61.
Анализаторы 57 и 59 спектра, удвоитель фазы 58, блок 60 сравнения, пороговый блок 61 и линия 62 задержки образуют обнаружитель (селектор) 56 сложных сигналов с фазовой манипуляцией (ФМн).
Система контроля расхода и утечек бытового газа в многоквартирных домах работает следующим образом.
В нормальном режиме работы все подъездные 11.j (j=1, 2, …, m) и квартирные 3.i (i=1, 2, …, n) клапаны отсечки подачи газа открыты, газ поступает в квартиры, подъездные 10.j и квартирные 2.i счетчики расхода газа с импульсными выходами через соответствующие счетчики 15.j и 7.i импульсов передают информацию о суммарном и поквартирном расходе газа на модем 24 сотовой связи и далее по каналам сотовой связи в службы газового хозяйства, оперативные диспетчерские службы и на сотовые телефоны жильцов.
Применение для передачи информации сотовой связи позволяет в автоматическом режиме или по запросу одновременно передавать ее практически неограниченному количеству лиц, заинтересованных в получении данной информации и имеющих доступ к ее получению.
В случае каких-либо нарушений в системе газоснабжения многоквартирного дома система контроля расхода и утечек бытового газа в автоматическом режиме вырабатывает и передает по каналам сотовой связи в службы газового хозяйства, оперативные диспетчерские службы и на сотовые телефоны жильцов информацию, содержащую данные о характере нарушения.
В случае повышения уровня загазованности в какой-либо квартире многоквартирного дома, квартирный датчик 1.i (i=1, 2, …, n) загазованности вырабатывает сигнал, соответствующий этому уровню. Данный сигнал на квартирном блоке 5.i (i=1, 2, …, n) сравнения уровня загазованности с допустимым значением сравнивается с сигналом источника 6.i (i=1, 2, …, n) опорного напряжения уровня допустимой загазованности и в случае превышения допустимого уровня загазованности блок 5.i вырабатывает сигнал, который одновременно подается через блок 4.i управления на квартирный клапан 3.i отсечки подачи газа, на модем 24 сотовой связи с дальнейшей передачей информации по каналам сотовой связи в службы газового хозяйства, оперативные диспетчерские службы и на сотовый телефон жильцов данной квартиры, где было зафиксировано повышение допустимого уровня загазованности, на квартирные световой 26.i и звуковой 27.i сигнализаторы и на управляющие входы генератора 28.i ПСП и ключа 29.i, открывая его. В исходном состоянии ключи 29.i, 36.j и 41.j всегда закрыты. Световой 26.i и звуковой 27.i сигнализаторы срабатывают и извещают жильцов данной квартиры об аварийной ситуации.
Управляющий сигнал с выхода блока 5.i сравнению уровня загазованности с допустимым значением одновременно через логический элемент «ИЛИ» 31.i поступает на управляющий вход домового генератора 44 ПСП и запускает его.
1
1
1
1
1
1
Квартирный генератор 28.i ПСП (i=1,2,…,n) формирует код M(t), который является номером квартиры, где было зафиксировано повышение допустимого уровня загазованности, и через открытый ключ 29.i поступает на вход линии 30.i задержки, время задержки τi которой равно длительности Ti кода Mi(t) (τi=Ti).
1
Домовой генератор 44 ПСП формирует код Mi(t), который является номером многоквартирного дома, в одной из квартир которого зафиксировано превышение уровня загазованности.
1
1
Модулирующие коды Mi(t) и M(t) поступают на входы сумматора 45, на выходе которого формируется суммарный код
Σ1
1
1
M(t)=M(t)+Mi(t),
который поступает на первый вход фазового манипулятора 47. На второй вход последнего подается гармоническое колебание с выхода задающего генератора 46
1
1
1
1
1
U(t)=Vcos (Wt+ϕ), 0≤t≤T,
1
1
1
1
где V, W, ϕ, T - амплитуда, несущая частота, начальная фаза и длительность гармонического колебания.
На выходе фазового манипулятора 47 образуется сложный сигнал с фазовой манипуляцией (ФМн)
2
1
1
К1
1
1
U(t)=Vcos [Wt+ϕ (t)+ ϕ], 0≤t≤T,
К1
Σ1
К1
Э
Э
Э
где ϕ (t)={0,π} - манипулируемая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с модулирующим кодом M(t), причем ϕ (t)=const при Кτ<t<(К+1)τ и может изменятся скачком при t=Кτ, т.е. на границах между элементарными посылками
Σ1
(К=1,2,…,N):
Э
Σ1
τ, N - длительность и количество элементарных посылок, из которых составлен сигнал длительности.
1
1
Э
Σ1
Σ1
1
1
T (T=τN):N = N+Ni,
1
N - номер многоквартирного дома,
1
Ni - номер квартиры, в которой зафиксировано превышение допустимого уровня загазованности,
1
который после усиления в усилителе 48 мощности поступает в передающую антенну 49 и излучает ею в эфир на частоте W.
В оперативной диспетчерской службе панорамным приемником осуществляется поиск ФМн-сигналов в заданном диапазоне частот Df. Это происходит за счет перестройки гетеродина 53 по линейному пилообразному закону с помощью блока 52 поиска, в качестве которого может быть использован генератор пилообразного напряжения.
2
Принимаемый сложный ФМн-сигнал U(t) с выхода приемной антенны 50 через усилитель 51 высокой частоты поступает на первый вход смесителя 54, на второй вход которого подается напряжение гетеродина 53 линейно изменяющейся частоты
Г1
Г1
Г1
Г1
П
2
U(t)=Vcos(Wt + πγt+ϕ), 0≤t≤Т,
Г1
где W - начальная частота гетеродина;
П
γ=Df/T - скорость изменения частоты гетеродина;
Df - диапазон просматриваемых частот;
П
Т - период перестройки частоты гетеродина.
На выходе первого смесителя 54 образуются напряжения комбинационной частоты. Усилителем 69 выделяется напряжение первой суммарной частоты
где
- первая суммарная частота
которое поступает на первый вход второго смесителя 71. На второй вход последнего подается напряжение второго гетеродина 70.
Г2
Г2
Г2
Г2
U (t)=Vcos (Wt+ϕ)
На выходе второго смесителя 71 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 55 выделяется напряжение промежуточной (разностной) частоты.
ПР
ПР
ПР
К1
ПР
2
U(t)=Vcos [Wt+ϕ(t)+πγt+ϕ], 0≤t≤T,
где
-промежуточная (разностная) частота
которое поступает на вход обнаружителя (селектора) 56, состоящего из удвоителя 58 фазы, анализаторов 57 и 59 спектра, блока 60 сравнения, порогового блока 61 и линии 62 задержки.
На выходе удвоителя 58 фазы образуется напряжение
3
3
ПР
ПР
1
2
U (t) =V cos (2Wt+2πγt+2ϕ), 0≤t≤T,
где
в котором фазовая манипуляция уже отсутствует, так как
К1
2ϕ(t)={0,2π}.
2
1
Ширина спектра Δf второй гармоники сигнала определяется длительностью T сигнала
2
1
Δf=1/Т,
C
Э
тогда как ширина спектра Δf входного ФМн-сигнала определяется длительностью τ его элементарных посылок
C
Э
Δf=1/τ,
т.е. ширина спектра второй гармоники сигнала в  раз меньше ширины спектра входного ФМн-сигнала.
Следовательно, при удвоении фазы ФМн-сигнала его ширина спектра «сворачивается» в  раз. Это обстоятельство и позволяет обнаружить и отселектировать ФМн-сигнал даже тогда, когда его мощность на входе панорамного приемника меньше мощности шумов и помех.
C
2
C
2
C
2
C
2
ПОР
ПОР
ПОР
Ширина спектра Δf входного ФМн-сигнала измеряется с помощью анализатора 57 спектра, а ширина спектра Δf второй гармоники сигнала - с помощью анализатора 59 спектра. Напряжения V и V, пропорциональные Δf и Δf соответственно, с выходов анализаторов 57 и 59 спектра поступают на два входа блока 60 сравнения. Так как V>>V, то на выходе блока 60 сравнения образуется постоянное напряжение, которое превышает пороговый уровень V в пороговом блоке 61. Если на два входа блока 60 сравнения подаются приблизительно равные напряжения, то на его выходе постоянное напряжение отсутствует. Пороговое напряжение V выбирается таким, чтобы его не превышали случайные помехи. При повышении порогового уровня V в пороговом блоке 61 формируется постоянное напряжение, которое свидетельствует об обнаружении сложного ФМн-сигнала и поступает на вход линии 62 задержки, на управляющий вход ключа 63, открывая его, и на управляющий вход блока 52 поиска, выключая его. Ключ 63 в исходном состоянии всегда закрыт.
При прекращении перестройки гетеродина 53 усилителем 55 выделяется следующее напряжение (фиг. 4б)
ПР1
ПР
ПР
К1
ПР
U(t)=Vcos [Wt+ϕ(t)+ϕ], 0≤t≤T,
которое через открытый ключ 63 поступает на первый (информационный) вход фазового детектора 67.
На выходе удвоителя 58 фазы в этом случае образуется гармоническое колебание (фиг. 4в)
4
4
ПР
ПР
U(t)=Vcos (2Wt+2ϕ), 0≤t≤T,
которое выделяется узкополосным фильтром 64 и поступает на вход делителя 65 фазы на два. На выходе последнего образуется гармоническое колебание (фиг. 4г)
5
5
ПР
ПР
1
U (t)=V cos (Wt+ϕ), 0≤t≤T,
1
2
которое выделяется узкополосным фильтром 66 и поступает на первый вход двойного балансного переключателя 74 и на вход частотного детектора 72, который предназначен для обнаружения момента возникновения «обратной работы» второго типа. При скачкообразном изменении фазы опорного напряжения на +180° в момент времени t (фиг. 4е) на выходе частотного детектора 72 появляется короткий положительный импульс, а при скачке фазы на - 180° в момент времени t (возвращение фазы опорного напряжения в первоначальное состояние) - отрицательный короткий импульс. Знакочередующие импульсы с выхода частотного детектора 72 (фиг. 4е) управляют работой триггера 73 (фиг. 4ж), в свою очередь, управляет работой двойного балансного переключателя 74. В устойчивом состоянии, когда фаза опорного напряжения совпадает, например, с нулевой фазой принимаемого ФМн-сигнала, на выходе триггера 73 образуется отрицательное напряжение и балансный переключатель 74 находится в своем первоначальном положении, при котором опорное напряжение с выхода второго узкополосного фильтра 66 поступает на второй (опорный) вход фазового детектора 67 без изменения.
1
2
При скачкообразном изменении фазы опорного напряжения на +180°, обусловленным, например, неустойчивой работой делителя 65 фазы на два под действием помех, триггер 73 положительным коротким импульсом с выхода частотного детектора 72 переводится в другое устойчивое состояние. При этом выходное напряжение триггера 72 в момент времени t становится и относится положительным до очередного скачка фазы в момент времени t, который возвращает фазу опорного напряжения в первоначальное состояние. Положительное выходное напряжение триггера (фиг. 4ж) переводит балансный переключатель 74 в другое устойчивое состояние, при котором опорное напряжение с выхода второго узкополосного фильтра 66 поступает на второй (опорный) вход фазового детектора 67 с изменением фазы на -180°. Это позволяет устранить нестабильность фазы опорного напряжения, вызванную скачкообразным ее изменением под действием помех, и связанную с ней «обратную работу» второго типа.
Следовательно, частотный детектор 72 обеспечивает обнаружение момента возникновения «обратной работы» второго типа, а триггер 73 и двойной балансный переключатель 74 устраняют ее.
В результате синхронного детектирования на выходе фазового детектора 67 образуются низкочастотное напряжение (фиг. 4и,л)
H
H
К1
1
U(t)=VCosϕ (t),0≤t≤T
где ,
Σ
пропорциональное модулирующему коду M(t) (фиг. 4а).
1
1i
Это напряжение поступает в блок 68 регистрации и анализа, где определяется номер N многоквартирного дома и номер N квартиры, в которой зарегистрировано превышение допустимого уровня загазованности.
з
По истечении времени задержки τ постоянное напряжение с выхода порогового блока 61 поступает на вход сброса и сбрасывает его на нулевой уровень. При этом ключ 63 закрывается, а блок 52 поиска включается, то есть они переводятся в свои исходные состояния.
2
При обнаружении очередного ФМн-сигнала на другой частоте, например, W, работа панорамного приемника происходит аналогичным образом.
C
Описанная выше работа панорамного приемника соответствует случаю приема ложных ФМн-сигналов по основному каналу на частоте W.
З
Если ложный сигнал (помеха) поступает на вход панорамного приемника по зеркальному приему на частоте W
З
З
З
з
З
U(t)=Vcos(Wt+ϕ), 0≤t≤T,
то на выходе первого смесителя 54 образуется напряжение второй суммарной частоты
где
- вторая суммарная частота;
H
Σ1
H
Σ1
Σ2
Σ1
ПР
которое не попадает в полосу пропускания усилителя 69 первой суммарной частоты. Это объясняется тем, что частота настройки W усилителя 69 первой суммарной частоты выбирается равной W (W = W, W - W= 2W).
З
Следовательно, ложный сигнал (помеха), принимаемый по зеркальному каналу на частоте W, подавляется. По аналогичным причинам подавляются и ложные сигналы (помехи), принимаемые по другим дополнительным каналам.
Восстановление газоснабжения может быть осуществлено лишь после устранения источника повышенной загазованности.
В случае повышения уровня загазованности в подъезде многоквартирного дома, подъездный датчик 9.j (j=1,2,…,m) загазованности вырабатывает сигнал, который на подъездном блоке 13.j сравнения уровня загазованности с допустимым значением сравнивается с сигналом источника 14.j опорного напряжения уровня допустимой загазованности в случае повышения уровня загазованности блок 13.j вырабатывает сигнал, который одновременно подается через блок 12.j управления на подъездный клапан 11.j отсечки подачи газа, через блок 4.i управления на квартирный клапан 3.i отсечки подачи газа, на модем 24 сотовой связи с дальнейшей передачей информации на по каналам сотовой связи в службы газового хозяйства, оперативные диспетчерские службы и на сотовые телефоны всех жильцов данного подъезда, на подъездные световой 33.j и звуковой 34.j сигнализаторы и на управляющие входы генератора 35.j ПСП и ключа 36.j, открывая его. Световой 33.j и звуковой 34.j сигнализаторы срабатывают и извещают жильцов данного подъезда об аварийной ситуации.
Управляющий сигнал с выхода блока 13.j сравнения уровня загазованности с допустимым значением одновременно через логический элемент «ИЛИ» 43.j поступает на управляющий вход домового генератора 44 ПСП и запускает его.
2
2j
2j
2j
2j
2j
Подъездный генератор 35.j ПСП (j=1,2,…,m) формирует код Mj(t), который является номером подъезда, где было зафиксировано превышение допустимого уровня загазованности, и через открытый ключ 36.j поступает на вход линии 31.j, задержки, время задержки τ которой равно длительности T, когда M(t) (τ=T).
1
Домовой генератор 44 ПСП формирует код M(t), который является номером многоквартирного дома, в одном из подъездов которого зафиксировано превышение допустимого уровня загазованности.
2j
1
Модулирующие коды M(t) и M(t) поступают на входы сумматора 45, на выходе которого формируется суммарный код:
который поступает на первый вход фазового манипулятора 47. В дальнейшем работа системы происходит так, как это описано выше.
В случае повышения суммарного уровня загазованности в подъезде в целом и в отдельных квартирах подъезда многоквартирного дома сигналы квартирных 1.i (i=1,2,…,n) и подъездных 9.j (j=l,2,…,m) датчиков загазованности поступаю на сумматор 17.j общей загазованности подъездов многоквартирного дома, где суммируются, а затем сравниваются с уровнем допустимой суммарной загазованности 19.j на блоке 18.j сравнения уровня суммарной загазованности с допустимым значением. Затем сигнал через блок 12.j управления подается на подъездный 11.j и через блоки 4.i управления на квартирные клапаны 3.j отсечки подачи газа. Также с блока 18.j сравнения уровня суммарной загазованности с допустимым значением сигнал подается на модем 24 сотовой связи и по каналам сотовой связи в службы газового хозяйства, оперативные диспетчерские службы и на сотовые телефоны жильцов данного многоквартирного дома, а также на подъездные световой 38.j и звуковой 39.j сигнализаторы и на управляющие входы генератора 40.j ПСП и ключа 41.j.
В дальнейшем работа системы происходит так, как это описано выше.
В случае существенного рассогласования потоков входящего в подъездную сеть и расходуемого в квартирах газа сумматор 20.j дисбаланса, на суммирующий вход которого подается сигнал с подъездного 16.j, а на вычитающие входы с квартирных преобразователей 2.j частоты импульсов в аналоговый сигнал, вырабатывается сигнал рассогласования потоков входящего и расходуемого газа. Этот сигнал через блок 21.j выделения модуля дисбаланса поступает в блок 22.j оценки текущего дисбаланса расхода газа в подъезде многоквартирного дома, где сравнивается со значением уровня допустимого дисбаланса, формируемого источником 23.j. В случае превышения этого уровня сигнал через блок 12.j подается на подъездный 11.j и через блоки 4.i управления на квартирные клапаны 3.i отсечки подачи газа. Кроме того, сигнал с блока 22.j оценки текущего дисбаланса расхода газа в подъезде многоквартирного дома подается на модем 24 сотовой связи и по каналам сотовой связи в службы газового хозяйства, оперативные диспетчерские службы и на сотовые телефоны жильцов данного подъезда.
Предлагаемая система обеспечивает световую и звуковую сигнализацию о превышении уровня загазованности, как в отдельных квартирах, так и в подъездах в целом, а также позволяет повысить надежность и достоверность передачи тревожной информации в оперативную диспетчерскую службу. Это достигается использованием радиоканала и сложных сигналов с фазовой манипуляцией, которые передаются на разных частотах. Каждому многоквартирному дому отводится своя несущая частота.
С точки зрения обнаружения сложные ФМн-сигналы обладают высокой энергетической и структурной скрытностью.
Энергетическая скрытность данных сигналов обусловлена их высокой сжимаемостью по времени и по спектру при оптимальной обработке, что позволяет снизить мгновенную излучаемую мощность. Вследствие этого сложный ФМн-сигнал в точке приема может оказаться замаскированным шумами и помехами. Причем энергия сложного ФМн-сигнала отнюдь не мала, она просто распределена по частотно-временной области так, что в каждой точке этой области мощность сигнала меньше мощности шумов и помех.
Структурная скрытность сложных ФМн-сигналов обусловлена большим разнообразием их форм и значительными диапазонами изменений параметров, что затрудняет оптимальную или хотя бы квазиоптимальную обработку сложных ФМн-сигналов априорно неизвестной структуры с целью повышения чувствительности приемника.
Сложные ФМн-сигналы позволяют использовать структурную селекцию. Это значит, что появляется возможность разделять сигналы, действующие в одной и той же полосе частот и в одни и те же промежутки времени.
Предлагаемая система обеспечивает повышение безопасности эксплуатации газового оборудования в многоквартирных домах за счет непрерывного контроля в реальном времени уровней суммарной загазованности и дисбаланса расхода газа, как в отдельных квартирах, так и в подъезде в целом с передачей тревожной информации по каналам сотовой связи в службы газового хозяйства, оперативные диспетчерские службы и на сотовые телефоны жильцов и по радиоканалу с использованием сложных сигналов с фазовой манипуляцией, а также с использованием световой и звуковой сигнализации в квартирах и в подъездах многоквартирного дома.
Применение для передачи тревожной информации сотовой связи позволяет в автоматическом режиме или по запросу одновременно передавать ее всем заинтересованным в данной информации лицам. Также сотовая связь позволяет информировать жильцов о плановых отключениях и других действиях газовых служб.
1
1i
C
Г1
Г2
Таким образом, предлагаемая система по сравнению с известной системой и другими техническими решениями аналогичного назначения обеспечивает повышение помехоустойчивости когерентного приема ФМн-сигналов и достоверности определения номера N многоквартирного дома и номер N квартиры, в которой зафиксировано превышение допустимого уровня загазованности. Это достигается подавлением ложных сигналов (помех), принимаемых по дополнительным каналам, и устранения явления «обратной работы» второго типа. Прием для подавления ложных сигналов (помех), принимаемых по дополнительным каналам, используется двойное преобразование частоты принимаемых сигналов. При первом преобразовании несущая частота W, принимаемых сигналов преобразуется «вверх» с использованием частоты W первого гетеродина и выделяется напряжение первой суммарной частоты . А при втором преобразовании первая суммарная частота  преобразуется «вниз» с использованием частоты W второго гетеродина и выделяется напряжение промежуточной частоты
Устранения явления «обратной работы» второго типа достигается методом стабилизации фазы опорного напряжения с использованием частотного детектора, триггера и двойного балансного переключателя. Причем, частотный детектор обеспечивает обнаружения момента возникновения явления «обратной работы» второго типа, а триггер и двойной балансный переключатель устраняют ее.