УСТРОЙСТВО ЕМКОСТНОГО ТИПА ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ НАРУШИТЕЛЯ
CAPACITIVE DEVICE FOR DETECTING INTRUDER

Изобретение относится к техническим средствам охраны и может использоваться для охраны периметров объектов, протяженных участков местности, с использованием в качестве чувствительного элемента (ЧЭ) емкостного датчика (линии).
Известна группа устройств охранной сигнализации с емкостным чувствительным элементом, в которых чувствительными узлами являются дифференциальные трансформаторы, например, устройства для тревожной сигнализации емкостного типа (патент РФ №2010337, МПК G08B 13/26, патент РФ №2277263, МПК G08B 13/26, 2006 г.), отечественный прибор «Радиан-14» и т.д.
Недостатком данных устройств является невысокая надежность, обусловленная насыщением тракта обработки сигналов при большом разбалансе чувствительных элементов, например при неравномерном по длине антенны выпадении снега или дождя. Разбаланс антенн вызывает насыщение усилителя, при этом резко снижается чувствительность элемента.
Известна другая группа устройств, в которых чувствительным узлом является генератор частоты с включением в его частотозадающую цепь емкостного чувствительного элемента. Например, патенты RU 2025781, МПК G08B 13/26, RU 2126173, МПК G08B 13/26, RU 2504013, МПК G08B 13/26.
Общим недостатком известных устройств является недостаточная устойчивость к внешним воздействиям, таким как осадки, например, в виде дождя, снега и др., вызывающим изменение сопротивления изоляции ЧЭ относительно земли, что является причиной ложных срабатываний охранной сигнализации. Кроме того, для исключения влияния атмосферных воздействий необходимо производить периодическую очистку изоляторов и ЧЭ от пыли, грязи, влаги, снега и проверку работоспособности устройства с перенастройкой, регулировкой чувствительности.
Наиболее близким по технической сущности (следящий принцип) к заявляемому устройству является «Селективное емкостное устройство для охранной сигнализации» по патенту №2504013 от 10.01.2014 г., которое было выбрано в качестве прототипа.
Функциональная схема устройства-прототипа приведена на фиг. 1, где приняты следующие обозначения:
1.1 - генератор;
1.2 - первый буферный усилитель (элемент сопротивления);
1.3 - антенна-датчик;
1.4 - колебательный контур;
1.5 - второй буферный усилитель;
1.6 - полосовой фильтр;
1.7 - высокочастотный усилитель;
1.8 - детектор;
1.9 - низкочастотный усилитель;
1.10 - управляемый аттенюатор;
1.11 - пороговый блок;
1.12 - исполнительный блок;
1.13 - генератор постоянного напряжения;
1.14 - алгебраический сумматор;
1.15 - пиковый детектор.
Устройство-прототип содержит генератор (1.1), первый буферный усилитель (1.2), антенну-датчик (1.3), колебательный контур (1.4), второй буферный усилитель (1.5), полосовой фильтр (1.6), высокочастотный усилитель (1.7), детектор (1.8), низкочастотный усилитель (1.9), управляемый аттенюатор (1.10), пороговый блок (1.11), исполнительный блок (1.12), генератор постоянного напряжения (1.13), алгебраический сумматор (1.14), пиковый детектор (1.15).
Устройство-прототип работает следующим образом. Генератор 1.1 работает на частоте, равной резонансной частоте колебательного контура 1.4. На эту же частоту настроен и полосовой фильтр 1.6. Поэтому выходной сигнал генератора 1.1 беспрепятственно проходит через колебательный контур 1.4 и полосовой фильтр 1.6 и поступает на вход высокочастотного усилителя 1.7, в котором происходит усиление этого сигнала до уровня, необходимого для работы детектора 1.8. Первый 1.2 и второй 1.5 буферные усилители предназначены для уменьшения влияния на параметры (резонансную частоту и добротность) колебательного контура 1.4 генератора 1.1 и полосового фильтра 1.6 соответственно. Детектированный сигнал с выхода детектора 1.8 усиливается низкочастотным усилителем 1.9 и поступает через управляемый аттенюатор 1.10 на сигнальный вход порогового блока 1.11, на опорном входе которого установлено пороговое напряжение с уровнем, меньшим напряжения на сигнальном входе.
При приближении нарушителя увеличивается емкость между антенной-датчиком 1.3 и общим проводом, в результате чего увеличивается емкость колебательного контура 1.4 и изменяется его резонансная частота. Поэтому уровень сигнала генератора 1.1 на выходе колебательного контура 1.4 падает, а следовательно, падает также и уровень сигнала на сигнальном входе порогового блока 1.11, становясь меньше порогового напряжения. Это приводит к срабатыванию порогового блока 1.11, а вслед за ним и исполнительного блока 1.12, вырабатывающего сигнал тревожного извещения.
Недостатком устройства-прототипа является недостаточно высокая чувствительность.
Техническим результатом изобретения является - расширение функциональных возможностей, повышение чувствительности, надежности и достоверности, простота в применении.
Поставленный технический результат достигается за счет устройства, которое содержит задающий генератор (2.1), антенну-датчик (2.2), фазовый дискриминатор (2.3), генератор, управляемый напряжением (ГУН) (2.4), первый фильтр низких частот (2.5), буферный каскад (2.6), дифференцирующую цепь (2.7), второй фильтр низких частот (2.8), усилитель (2.9), детектор (2.10), компаратор (2.11), триггер (2.12).
На фиг. 2 приведена функциональная схема заявляемого устройства, где обозначено:
2.1 - задающий генератор;
2.2 - антенна-датчик;
2.3 - фазовый дискриминатор;
2.4 - генератор, управляемый напряжением;
2.5 - первый фильтр низких частот;
2.6 - буферный каскад;
2.7 - дифференцирующая цепь;
2.8 - второй фильтр низких частот
2.9 - усилитель;
2.10 - детектор;
2.11 - компаратор;
2.12 - триггер.
Заявляемое устройство работает следующим образом.
Задающий генератор 2.1 в зависимости от емкости применяемой антенны-датчика 2.2 вырабатывает сигнал определенной частоты до нескольких десятков кГц. Сигнал с задающего генератора 2.1 поступает на фазовый дискриминатор 2.3. Одновременно на фазовый дискриминатор 2.3 поступает сигнал с ГУН 2.4. Частота сигнала ГУН 2.4 зависит от управляющего напряжения, поступающего с фазового дискриминатора 2.3. Управляющее напряжение формируется таким образом (первый фильтр низкой частоты 2.5), что частота сигнала ГУН 2.4 всегда стремится быть равной частоте задающего генератора 2.1.
Сигнал управления, который через первый фильтр низкой частоты 2.5 поступает на ГУН 2.4 одновременно поступает на буферный каскад 2.6, далее на дифференцирующую цепь 2.7, после которой вырабатывается сигнал ошибки. Сигнал ошибки поступает на второй фильтр низкой частоты 2.8, далее на усилитель 2.9. Усиленный сигнал ошибки детектируется детектором 2.10, после чего поступает на исполнительное устройство: компаратор 2.11 и триггер 2.12.
При воздействии нарушителя на антенну-датчик 2.2 увеличивается емкость между антенной и землей, в результате чего уменьшается частота на выходе с задающего генератора 2.1. Этот сигнал с пониженной частотой поступает на вход фазового дискриминатора 2.3. Фазовый дискриминатор 2.3 регистрирует разность фаз (разность частот) между сигналами задающего генератора 2.1 и ГУН 2.4, преобразуя ее в импульсы, длительность которых пропорциональна этой разности. Выходной сигнал с фазового дискриминатора 2.3 сглаживается первым фильтром низкой частоты 2.5, формируя напряжение управления (рассогласования). Это напряжение управляет частотой генератора 2.4, приближая ее к частоте входного сигнала до тех пор, пока обе частоты не сравняются. Напряжение рассогласования через буферный каскад 2.6, дифференцирующую цепь 2.7, второй фильтр низкой частоты 2.8, усилитель 2.9 и детектор 2.10 поступает на исполнительное устройство, вырабатывающее сигнал тревоги.
Предлагаемое устройство не требует подстройки в процессе работы в широком диапазоне емкостей используемых датчиков и в широком диапазоне сопротивлений изоляции указанных датчиков и обладает мобильностью при развертывании.
Таким образом, введение в заявляемое устройство новых блоков и связей позволяет повысить чувствительность и надежность устройства, обеспечить простоту применения.
Источники информации
1. Патенты РФ №2010337, МПК G08B 13/26, 30.03.1994; №2277263, МПК G08B 13/26, 27.05.2006; №2025781, МПК G08B 13/26, 30.12. 1994; №2126173, МПК G08B 13/26, 10.02.1999; №2504013 МПК G08B 13/26, 10.01.2014.
2. Шило В.Л. Популярные микросхемы КМОП. Справочник. - М.: Издательство «Ягуар», 1993, с. 59-62.