Мобильное сигнализационное устройство с байонетным соединением функциональных модулей

Полезная модель относится к области охранной сигнализации, в частности к средствам тревожной сигнализации, предназначенным для обнаружения нарушителя, проникающего в зону обнаружения и вызвавшего срабатывания средства тревожной сигнализации во время движения нарушителя в зоне обнаружения.
Общеизвестны сейсмические средства обнаружения нарушителей, заключающиеся в преобразовании механических колебаний грунта в аналоговый электрический сигнал, в анализе спектра частот электрического сигнала и выделении характерного полезного сигнала, в сравнении амплитуд полезного сигнала с заданным пороговым уровнем и в формировании сигнала тревоги по превышению порогового уровня амплитудой полезного сигнала.
Общеизвестны магнитометрические средства обнаружения ферромагнитных материалов, заключающиеся в измерении изменений магнитного поля, преобразовании этих изменений в аналоговый электрический сигнал, в выделении характерного полезного сигнала, в сравнении амплитуды полезного сигнала с заданным пороговым уровнем и в формировании сигнала тревоги по превышению порогового уровня амплитудой полезного сигнала.
Общеизвестны акустические средства обнаружения, заключающиеся в анализе шумовой обстановке в зоне обнаружения и обеспечивающие обнаружение низколетящих летательных аппаратов путем сравнения и корреляции акустических сигнатур.
Общеизвестны инфракрасные пассивные средства обнаружения, которые обнаруживают изменения в инфракрасном диапазоне длин волн за счет разницы температур между нарушителем (человеком) и окружающей средой.
Физические принципы вышеуказанных средств обнаружения наиболее выгодны для организации мобильных средств обнаружения с элементами электропитания от аккумуляторных батарей ввиду возможности создания средств обнаружения с минимальным энергопотреблением, то есть с длительным временем автономной работы, которое является одной из важных характеристик мобильных средств обнаружения.
Известны также комбинации указанных средств обнаружения, используемых для более качественного обнаружения нарушителей при охране особо важных объектов.
Известно «Комбинированное сейсмо-магнитометрическое средство обнаружения с пониженным энергопотреблением», описанное в патенте на полезную модель RU №186543, МПК G08 13/24, G08 19/00, опубл. 2019 г. Средство обнаружение содержит микроконтроллер, 3-осевой магнитный (магнитометрический) датчик, 3-осевой акселерометр (сейсмический датчик), линию интерфейса, радиомодем с приемопередающей антенной для организации радиоканала связи и модуль приема-передачи.
Сходными существенными признаками являются: магнитометрический датчик, сейсмический датчик, линия интерфейса и радиомодем с приемопередающей антенной для организации радиоканала связи.
Недостатком средства обнаружения является отсутствие возможности поднятия радиомодема с приемопередающей антенной на большую высоту для устойчивой радиосвязи, установки сейсмического датчика глубже в грунт.
Известно «Сейсмоакустическое устройство обнаружения (Seismic-acoustic detection device)», описанное в патенте US №5054006, МПК Н04 В 1/06, опубл. 1991 г. Данное устройство содержит сейсмический датчик, акустический датчик и передатчик акустического сигнала. Конструкция устройства (см. фиг. 1 данного патента) содержит массивное крестообразное основание, на котором закреплена труба. В верхней части трубы располагается акустический датчик. Для функционирования акустического датчика в трубе проделаны отверстия. Сейсмический датчик имеет отдельную конструкцию и подключен к устройству обнаружения посредством кабельной линии связи.
Сходными существенными признаками сейсмоакустического устройства обнаружения, описанного в патенте, с заявляемым техническим решением, являются: сейсмический датчик и акустический датчик, используемые для получения сейсмических и акустических сигналов.
Недостатком сейсмоакустического устройства обнаружения является отсутствие возможности предупреждения о внешних угрозах в виде приближающего человека, животного или транспортного средства, так как сейсмоакустическое устройство обнаружения предназначено для охраны объектов стационарного базирования и выявления присутствия моторизированного оборудования в наземной и воздушной областях пространства. Конструкция устройства обнаружения громоздка и не предназначена для мобильного применения.
Известна «Система безопасности с модульным кольцевым корпусом» (Security system including modular ring housing), описанная в патенте на изобретение US №8525880, МПК H04N 9/47, опубл. 2013 г. Система безопасности состоит из модулей, которые имеют механические кольцевые соединители, выполненные с возможностью соединения с аналогичными соединителями других модулей. Все модули могут соединяться в единый корпус посредством поворота соседних модулей относительно друг друга вокруг вертикальной оси, при этом создаются электропроводящие пути (линии интерфейса), по которым передаются электропитание и информация. В связи с этим система безопасности может оперативно реконфигурироваться и модернизироваться. В качестве модулей в систему безопасности могут устанавливаться модули пожарной безопасности, охранной сигнализации, домофона, видеонаблюдения и аварийного освещения.
Сходными существенными признаками системы безопасности, описанной в патенте, с заявляемым техническим решением, являются: использование модулей охранной сигнализации и видеонаблюдения, а также методика соединения отдельных модулей в единый корпус с поворотом соседних модулей вокруг вертикальной оси и созданием линий интерфейса.
Недостатком системы безопасности является отсутствие модуля радиомодема с приемопередающей антенной для передачи сигналов тревоги по радиоканалу связи, а также отсутствие возможности установки системы безопасности в грунт.
Наиболее близким по технической сущности к заявленной полезной модели является «Мобильное сигнализационное устройство», описанное в патенте на полезную модель RU №199734, МПК G08B 13/24, опубл. 2020 г. Мобильное сигнализационное устройство содержит процессор, магнитометрическое средство обнаружения, сейсмическое средство обнаружения, акустическое средство обнаружения, радиомодем с приемопередающей антенной для организации радиоканала связи, все средства обнаружения, процессор и радиомодем электрически объединены путем подключения к интерфейсу связи, а само устройство выполнено в монолитном твердотельном корпусе для установки его в грунт.
Общими существенными признаками мобильного сигнализационного устройства с заявляемым решением являются: магнитометрическое средство обнаружения, сейсмическое средство обнаружения, акустическое средство обнаружения, радиомодем с приемопередающей антенной для организации радиоканала связи, а также их электрическое объединение путем подключения к интерфейсу связи.
Недостатком мобильного сигнализационного устройства является то, что входящие в его состав составные части размещены внутри монолитного твердотельного корпуса, что не обеспечивает возможность поднятия радиомодема с приемопередающей антенной на большую высоту для устойчивой радиосвязи.
Целью настоящей полезной модели является создание мобильного сигнализационного устройства с функциональными модулями, работающими на разных физических принципах, и конструктивно размещенными в технологически единообразных корпусах с элементами байонетного соединения, позволяющих при их соединении между собой в единый общий корпус быстро организовывать охранные зоны особо важных объектов.
Для достижения этой цели в известное техническое решение введены новые существенные признаки, функциональные элементы и связи, которые позволяют быстро сформировать устройство за счет байонетного соединения функциональных модулей и использования единой шины обмена данных и питания.
Указанная цель достигнута в предложенном мобильном сигнализационном устройстве с байонетным соединением функциональных модулей (далее по тексту устройство), которое содержит функциональные модули: модуль магнитометрического средства обнаружения, модуль сейсмического средства обнаружения, модуль акустического средства обнаружения и модуль радиомодема с приемопередающей антенной, образующие радиоканал связи для передачи сигналов тревоги, в устройство введены дополнительные функциональные модули: модуль инфракрасного пассивного средства обнаружения, модуль автономного источника питания и модули удлинительной вставки, а все функциональные модули выполнены с возможностью соединения между собой в единую конструкцию за счет использования байонетных соединений, причем каждый из функциональных модулей имеет контактные площадки, содержащие элементы байонетного соединения и контактные группы интерфейса обмена данными и питания, обеспечивающие после процесса соединения функциональных модулей их электрическое объединение за счет образования единой сквозной шины обмена данных и питания.
Сущность полезной модели поясняется фиг. 1-4, на которых изображено следующее.
На фиг. 1 приведена структура мобильного сигнализационного устройства с байонетным соединением функциональных модулей, где введены обозначения: мобильное сигнализационное устройство - 1, модуль сейсмического средства обнаружения - 2, модуль автономного источника питания - 3, модуль удлинительной вставки - 4, модуль магнитометрического средства обнаружения - 5, модуль акустического средства обнаружения - 6, модуль инфракрасного (ИК) пассивного средства обнаружения - 7, модуль радиомодема - 8, антенна - 9, радиоканал - 10.
На фиг. 2 приведена одна из возможных конструкций обобщенного функционального модуля 11, где введены следующие обозначения: контактная группа интерфейса обмена данными и питания - 12, элементы байонетного соединения - 13, контактная площадка - 14. На каждой из контактных площадок корпуса изображены контактные группы 12 интерфейса обмена данными и питания, а также элементы 13 байонетного соединения (байонетное соединение показано условно). Все функциональные модули 11 в устройстве электрически объединены посредством шины интерфейса обмена данных и питания (на фиг. 1, 2 шина не показана).
На фиг. 3 изображен один из возможных вариантов контактной площадки 14 с элементами байонетного соединения 13 и контактной группы 12 интерфейса обмена данными и питания.
На фиг. 4 изображена процедура стыковки двух функциональных модулей 11 с помощью байонетного соединения. Стрелкой а показано осевое направление нажатия при сочленении функциональных модулей, а стрелкой b - направление поворота одного функционального модуля по отношению к другому на определенный угол после нажатия.
Предложенное устройство 1 формируется из имеющегося набора функциональных модулей 11 с учетом использования модулей удлинительных вставок 4. Соединение функциональных модулей 11 в устройстве 1 осуществляется поэтапно. Сначала соединяются два функциональных модуля между собой, потом к ним присоединяется третий функциональный модуль, и так далее, до полного формирования заданной конфигурации устройства. Быстрота соединения функциональных модулей 11 обеспечивается за счет использования байонетных соединений, элементы 13 которых заложены в конструкции каждого из функциональных модулей (см. фиг. 2 и 3). Процедура соединения двух функциональных модулей с помощью байонетного соединения изображена на фиг. 4. При соединении двух функциональных модулей выступающие части элементов байонетного соединения (штыри) одного функционального модуля вставляются по направлению стрелки а в отверстия (прорези) элементов байонетного соединения другого функционального модуля с последующим поворотом одного функционального модуля по отношению к другому функциональному модулю по направлению стрелки b на определенный угол до упора с последующим защелкиванием. Конструкция функциональных модулей 11 выполнена с учетом возможности механической их фиксации при соединении, а также с защитой от влажности за счет использования эластомерных уплотнителей. Следует отметить, что верхняя и нижняя части конструкции каждого функционального модуля 11 (см. фиг. 2) равнозначны, что позволяет осуществлять соединение функциональных модулей независимо от положений «верх» и «низ», не задумываясь об ориентации их в пространстве. Одноименные контакты из контактной группы 12, расположенные на верхней контактной площадке каждого функционального модуля 11 (см. фиг. 2 и 3), соединены внутри корпуса отдельными цепями с одноименными контактами из контактной группы 12, расположенных на нижней контактной площадке каждого функционального модуля 11. Все контактные группы после соединения функциональных модулей с поворотом их по направлению стрелки Ь, образуют сквозную шину интерфейса обмена данными и питания (на фиг. 1 и 2 шина не показана). В качества примера на фиг. 3 показан один из возможных вариантов контактной площадки корпуса функционального модуля. Показано одно из возможных расположений элементов байонетного соединения и шины интерфейса обмена данными RS-485 и питания, где контактная группа 12 состоит из 7 подпружиненных электрических контактов. Такая схема контактной площадки позволяет исключить неправильное соединение модулей и формировать устройство в любой последовательности соединения функциональных модулей без соблюдения ориентации «верх-низ».
Предложенное устройство (фиг. 1) работает следующим образом. Устройство 1 устанавливается на местности в необходимой зоне охраны. Модуль сейсмического средства обнаружения 2 заглубляется в грунт на необходимую глубину с использованием модуля удлинительной вставки 4. Далее (по высоте) последовательно располагаются модули: магнитометрического средства обнаружения 5, акустического средства обнаружения 6, ИК-пассивного средства обнаружения 7. Модуль радиомодема 8 с антенной 9 обычно располагают в верхней части устройства 1. Модуль автономного источника питания 3 обеспечивает электропитанием все функциональные модули устройства. При размещении функциональных модулей 11 в конструкции устройства 1 также могут использоваться модули удлинительной вставки 4, например, для поднятия модуля радиоканала 8 с антенной 9 на определенную высоту над уровнем грунта.
При преодолении объектом-нарушителем охраняемой зоны, в функциональных модулях 2, 5, 6 и 7 (в некоторых из них или во всех) будут сформированы сигналы тревоги с соответствующими номерами модулей, которые посредством шины интерфейса обмена данными и питания будут переданы в модуль радиомодема 8 для дальнейшей передачи через антенну 9 по радиоканалу связи 10 в пункт приема и обработки сигналов тревоги (пункт управления) охраняемого объекта (на фиг. 1 пункт управления не показан).
Факт нарушения зоны охраны (в том числе ползущим нарушителем) может быть определен в модуле сейсмического средства обнаружения 2 по сейсмической информации, которая может быть получена при обработке сейсмических сигналов, алгоритмы обработки которых общеизвестны. Указание о наличии или отсутствии у нарушителя ферромагнитных материалов (оружия) может быть определено в модуле магнитометрического средства обнаружения 5 по магнитометрической информации, которая может быть получена при обработке магнитометрических сигналов, алгоритмы обработки которых общеизвестны. Указание о приближающемся низколетящем летательном аппарате (например, БПЛА) или о приближении моторизированного транспортного средства может быть получено в модуле акустического средства обнаружения 6 при обработке акустических сигналов, алгоритмы обработки которых общеизвестны. Указание о появлении в зоне охраны движущего объекта, нагретого или охлажденного выше, или ниже температуры окружающей среды, может быть получено в модуле инфракрасного (ИК) пассивного средства обнаружения 7 и свидетельствовать о наличии нарушителя в указанной зоне охраны. Алгоритмы обработки инфракрасных сигналов также общеизвестны.
Сигналы тревоги, переданные от функциональных модулей 2, 5, 6 и 7 в пункт управления охраняемого объекта, предназначены для обеспечения возможности более качественного обнаружения нарушителей с классификацией их по видам (человек, вооруженный человек, транспортное средство, летательный аппарат).
Действующий лабораторный макет устройства, подвергался всесезонным испытаниям в течение одного года. Была подтверждена устойчивая работоспособность действующего лабораторного макета по обнаружению нарушителей.