УСТРОЙСТВО ТРЕВОЖНОГО ИЗВЕЩЕНИЯ И ЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕМЕНТ
ALARM DEVICE AND DETECTING ELEMENT

Изобретение относится к техническим средствам охраны и может использоваться для охраны периметров объектов, протяженных участков местности, проемов (окон, дверей) зданий, с использованием в качестве чувствительного элемента емкостного датчика.
Изобретение относится к техническим средствам охраны, в которых чувствительным узлом является генератор частоты с включенным в его частотозадающую цепь емкостным чувствительным элементом, влияющим на частоту генератора. См., например, патенты RU 2025781, МПК G08B 13/26, RU 2126173, МПК G08B 13/26, RU 2012925, МПК G08B 13/26, и др.
Наиболее близким по технической сущности и более надежным является устройство тревожной сигнализации по патенту RU 2379759, которое обработку сигнала емкостного чувствительного элемента осуществляет цифровым методом. Это изобретение было заявлено для устранения недостатков в вышеуказанных изобретениях. Один из вариантов этого устройства, содержащий два распределителя импульсов, принят за прототип.
Предлагаемое изобретение является вторым вариантом прототипа, в котором используются два распределителя импульсов в других связях с остальными элементами устройства, что позволило снизить энергопотребление, несмотря на введение дополнительных исполнительных устройств, позволяющих расширить функциональные возможности. В предлагаемое изобретение введены устройства для определения полного и частичного обрыва чувствительного элемента, сигнализации о нормальном функционировании всего устройства, определения сигналов электромагнитных и других помех с целью недопущения ложного формирования сигнала тревоги.
Широко известны чувствительные элементы емкостного типа, для охраны периметров, изготовленные из проволочного полотна, сетки, решетки или из колючей проволоки, подвешенных на изоляторах, закрепленных на опорах. При монтаже этих элементов требуется большая трудоемкость, так как необходимо вручную устанавливать на месте монтажа большое количество изоляторов с использованием для них и для чувствительного элемента большого количества крепежного материала. Сами изоляторы не защищены от окружающей среды и подвергаются разрушению. Атмосферные осадки и осадки пыли и сажи снижают их изоляционные свойства, в результате чего возникает необходимость в частом и трудоемком их обслуживании.
Предлагаемое изобретение чувствительного элемента новой конструкции лишено перечисленных недостатков и имеет дополнительные преимущества, указанные в разделе его описания.
На фиг.1 изображена функциональная схема устройства тревожного извещения.
Устройство тревожного извещения содержит чувствительный элемент (ЧЭ) 1, генератор 2 частотной последовательности, первый и второй распределители 3, 4 импульсов частотной последовательности, задатчик чисел 5, суммирующий счетчик 6 импульсов, первый и второй элементы И 7, 8, генератор 9 стабильной частоты, делитель частоты 10, вычитающий счетчик 11 импульсов, дешифратор 12, счетчик 13 формирования циклов сравнения частотных последовательностей, первый и второй элементы ИЛИ 14, 15, исполнительное устройство 16 и определитель 17 сигнала тревоги, который содержит первый и второй элементы И 18, 19, первый и второй счетчики 20, 21 импульсов, триггер 22 и элемент ИЛИ 23. Второй элемент ИЛИ 15, введенный в устройство тревожного извещения, позволяет ускорить процесс его сброса в исходное состояние с началом его работы.
Для защиты устройства от грозовых разрядов и электромагнитных помех генератор 2 частотной последовательности соединен с чувствительным элементом 1 через входное устройство 24 с емкостной развязкой и со средствами защиты от грозовых и иных электрических разрядов и электромагнитных помех.
Для повышения чувствительности устройства к ЧЭ 1 в устройство введен множитель частоты 25, последовательно соединенный с выходом генератора 2 и с первыми входами первого и второго элементов И 7, 8.
Для контроля состояния ЧЭ в устройство введены второе и третье исполнительные устройства 26, 27 и элемент ИЛИ-НЕ 28. Устройство 26 позволяет контролировать ЧЭ в случае его обрыва от устройства тревожного извещения. Оно подключено к выходу суммирующего счетчика 6, соединенного с его входом V самоблокировки. Исполнительное устройство 27 подключено к выходу элемента ИЛИ-НЕ 28, соединенного входами с двумя выходами дешифратора 12. Разделение дешифратора на два составляющих его выхода позволяет контролировать ЧЭ в случае некачественного соединения его частей или воздействия на него окружающей среды, влияющих на изменения его параметров, что позволяет отделить этот сигнал, как сигнал саботажа, от сигнала тревоги, формируемого от воздействия нарушителя.
Для контроля работоспособности устройства в него введено четвертое исполнительное устройство 29, подключенное к одному из выходов счетчика 13, предпочтительно к предпоследнему выходу через дифференциальную цепь усилителя.
Устройство тревожного извещения работает следующим образом.
Генератор 2 формирует частотную последовательность с частотой, зависимой от величины емкости чувствительного элемента 1, включенного в частотозадающую цепь генератора, увеличивая частоту последовательности при помощи множителя частоты 25. Одновременно с выхода генератора 9 импульсы поступают на вход делителя частоты 10, который формирует последовательность прямоугольных импульсов типа меандр с периодом следования, равным периоду измерения частоты генератора 2, увеличенной множителем частоты 25. К выходу делителя частоты подключены счетные входы распределителей 3, 4 импульсов. Второй распределитель 4 включается в работу только с разрешения первого распределителя 3. Первым импульсом, поступившим с выхода делителя частоты 10, первый распределитель 3 переключается в первое положение. С его первого выхода сигнал поступает на вход W разрешения записи числа суммирующего счетчика 6. Происходит перезапись числа установленного порога чувствительности в задатчике 5, сопряженного с информационными входами, в триггеры суммирующего счетчика и эта информация сохраняется до начала счета. Вторым счетным импульсом распределитель 3 переключается и с его второго выхода сформированный импульс поступает на второй вход элемента И 7, к первому входу которого выходом подключен умножитель частоты 25. С выхода элемента И 7 умноженная частота импульсов генератора 2 частотной последовательности начинает поступать на счетный вход С суммирующего счетчика 6, до момента поступления на счетный вход С распределителя 3 очередного импульса с делителя частоты 10. В ходе счета происходит сложение числа импульсов, поступивших на счетный вход, с числом, записанным по информационным входам установки числа задатчика, при помощи которого установлен порог чувствительности. Третьим импульсом распределитель 3 переключается в третье положение. С его второго выхода снимается импульс сигнала и в суммирующем счетчике фиксируется число, которое принимается за эталон при измерении и сравнении последующих чисел импульсов частотных последовательностей. С третьего выхода первого распределителя 3 сигнал логической единицы поступает на вход С разрешения счета импульсов второго распределителя 4 и на вход V запрета своего счета, которым блокируется. С этого момента в работу включается второй распределитель 4. При переключении с его первого выхода поступает сигнал на вход W разрешения записи чисел вычитающего счетчика 11, сопряженного информационными входами параллельной записи с выходами суммирующего счетчика 6, и переписывает его данные. При следующем переключении с его второго выхода сигнал поступает на второй вход второго элемента И 8. С множителя частоты 25, выход которого соединен с первым входом элемента И 8, импульсы поступают на счетный С вход вычитающего счетчика 11. Происходит вычитание чисел импульсов, переписанных из суммирующего счетчика, которое заканчивается при переключении распределителя в третье положение и с фиксированием полученной разности, являющейся результатом сравнения чисел. Сформированный на третьем выходе импульс служит в качестве контрольного сигнала, при его формировании всегда в дешифраторе формируется результат разности чисел импульсов суммирующего и вычитающего счетчиков. Контрольный сигнал поступает на вход С счетчика 13, фиксируя первый цикл сравнения частотной последовательности, и на первый вход определителя 17 сигнала тревоги, на котором объединены первые входы - триггера 22, элемента И 18 и вход V счета счетчика 21. Результат вычитания счетчика 11 выводится на выходах дешифратора 12.
При сравнении чисел импульсов суммирующего и вычитающего счетчиков возможны случаи, когда в вычитающем счетчике остается число, равное заданному числу порога чувствительности в задатчике 5, или это число окажется с разницей в пределах заданного числа порога чувствительности, что будет соответствовать незначительному воздействию на чувствительный элемент, например, при изменении погодных условий. В этих случаях, при контрольном сигнале, предупредительного сигнала о нарушении в дешифраторе не формируется, на его первом выходе должен быть сигнал логической единицы, а на втором - логический ноль. На инверсном выходе элемента ИЛИ-НЕ 28 также будет логический ноль, и исполнительное устройство 27 не включится. Со второго выхода дешифратора на соединенный с ним второй вход определителя 17 предупредительного сигнала тревоги не поступит. Поступивший контрольный сигнал на первый вход определителя 17 переключает счетчик 21 и триггер 22, так как на его втором входе со второго выхода дешифратора поступает логический ноль. Сформированная на выходе триггера логическая единица поступает на первый вход элемента ИЛИ 23, который сигналом логической единицы на выходе сбрасывает в исходное состояние счетчик 20 и удерживает сброс до момента, пока на втором выходе дешифратора не появится логическая единица. В результате сброса счетчика 20 на первом входе и на выходе элемента И 19 будет присутствовать уровень логического нуля и устройство будет продолжать работать. При следующем переключении распределителя 4 с его четвертого выхода сигнал поступает через элемент ИЛИ 15 на его вход R сброса, и распределитель возвращается в исходное состояние. С выхода его исходного состояния сигнал поступает на вход R сброса вычитающего счетчика 11 и возвращает его в исходное состояние. С этого момента алгоритм измерения и сравнения числа импульсов, следующих частотной последовательности, повторяется до заполнения заданного значения импульсами счетчика 13. При переключении счетчика 13 с его выхода будет периодически поступать импульс на вход исполнительного устройства 29, которое будет сигнализировать о нормальной работе всего устройства. При заполнении счетчика 13 сигнал с его выхода поступает через первый вход элемента ИЛИ 14, на входы R сброса счетчика 21, распределителя 3 и делителя частоты 10. С выхода исходного состояния распределителя 3 сигнал поступает на входы сброса R счетчиков 6, 13 и через элемент ИЛИ 15 на вход сброса распределителя 4, который сигналом на выходе исходного состояния сбрасывает вычитающий счетчик 11. С этого момента цикл работы устройства повторяется.
Если разность чисел суммирующего и вычитающего счетчиков выходит за пределы числа установленного порога чувствительности, тогда на выходах дешифратора 12 сформируется предупредительный сигнал о нарушении. Это может быть в случаях приближения нарушителя к емкостному чувствительному элементу, при записи сигнала помехи или при частичном или полном обрыве чувствительного элемента. Введенные в устройство дополнительные исполнительные устройства позволяют распознать причины их появления.
Если при сравнении чисел импульсов суммирующего и вычитающего счетчиков, при контрольном сигнале, на выходах дешифратора появятся два логических нуля, то это соответствует тому, что в вычитающий счетчик поступило большее число импульсов, чем зафиксировано в суммирующем счетчике, и сработает исполнительное устройство 27 - «саботаж». Это означает, что емкость чувствительного элемента уменьшилась, а частота генератора 2 частотной последовательности увеличилась. Это возможно только при отключении части ЧЭ. При полном отключении ЧЭ сработают исполнительные устройства 26 и 27, при этом устройство 26 будет выдавать постоянный сигнал тревоги от переполнения суммирующего счетчика, прерываясь только в момент его сброса, а устройство 27 будет прерывистым сигналом выдавать извещение о «саботаже».
Если в цикле работы при первом контрольном сигнале на втором выходе дешифратора появится сигнал логической единицы, означающий появление предупредительного сигнала о тревоге, в этом случае на инверсном выходе элемента ИЛИ-НЕ 28 будет логический ноль, исключающий работу устройства 27, а логическая единица с дешифратора поступит на вход запрета счета вычитающего счетчика 11 и на второй вход определителя 17. Задача определителя 17 распознать, на основании каких причин сформировался этот сигнал, от принятой помехи или от нарушителя. Если помеха присутствовала при формировании эталонного числа, тогда при двух последовательных сравнениях на выходе дешифратора не должно быть повторяющейся логической единицы, так как сигнал случайной помехи не может быть величиной с одинаковыми параметрами в разных промежутках времени. В этом случае определитель 17 формирует сигнал сброса всего устройства для повторного сравнения чисел частотных последовательностей. Это происходит следующим образом. Логическая единица со второго выхода дешифратора поступает через второй вход определителя на объединенные вторые входы элемента И 18 и триггера 22 и переключает выход триггера с логической единицы на логический ноль. На входах элемента ИЛИ 23 появятся два логических нуля, что формирует на его выходе также логический ноль и защищает счетчик 20 от сброса. Две логические единицы, поступившие одновременно по первому и по второму входам определителя 17 на входы элемента И 18, формируют на выходе элемента И 18 сигнал, который поступает на вход V счетчика 20 и переключает его в первое положение. Поступивший сигнал по первому входу определителя 17 на вход V счетчика 21 также переключает его в первое положение, и тогда на входах элемента И 19 и на его выходе появляются логические единицы. Логическая единица с выхода элемента И 19 через второй вход элемента ИЛИ 14 поступает на входы сброса счетчика делителя 10 и первого распределителя 3, что приводит к возврату всего устройства в исходное состояние вышеописанным образом. После сброса начинается повторный цикл работы. Если во время второго цикла работы, при контрольном сигнале, на втором выходе дешифратора 12 не появится логическая единица, то это будет означать, что в предыдущем цикле была помеха. Устройство будет продолжать работу без сигнала тревоги.
Если при последующих сравнениях чисел импульсов частотных последовательностей, каждый раз при контрольном сигнале, на втором выходе дешифратора будет появляться логическая единица, то это будет означать, что емкость ЧЭ увеличилась, число принятых импульсов вычитающим счетчиком уменьшилось и разность сравниваемых чисел частотных последовательностей превышает заданный порог чувствительности. Это возможно в случае приближения нарушителя к ЧЭ. В этом случае повторным поступлением контрольного сигнала на счетный вход V счетчика 21 счетчик переключится во второе положение и встанет на самоблокировку до поступления сигнала на его вход сброса. Поступающий сигнал логической единицы, от дешифратора на второй вход триггера, опережает поступление контрольного сигнала на его первый вход и запаздывает на отключение, которое происходит от сброса второго распределителя 4, что не позволяет сбрасывать счетчик 20 в исходное состояние. Поступающие сигналы (логические единицы) на входы элемента И 18 его выходными импульсами переключает счетчик 20 до выхода заданного подсчета сигналов нарушения, сигналом которого счетчик устанавливается на самоблокировку и выдает сигнал тревожного извещения на вход исполнительного устройства 16.
Если в периоде формировании сигнала тревоги, при контрольном сигнале, на втором выходе дешифратора хотя бы один раз появится сигнал логического нуля, то счетчик 20 будет возвращен в исходное состояние, так как триггер 22 переключится контрольным сигналом и выдаст сигнал логической единицы через элемент ИЛИ 23 на его вход сброса. Сигнала тревоги не будет, и поступающие предупредительные сигналы о нарушении были следствием помех.
На фиг.2 изображен чувствительный элемент с элементом инженерного ограждения от перелаза нарушителя.
На фиг.3 изображена дверь из листового металла, навешанная на петли кожуха опоры, в разрезе. Дверь является частью чувствительного элемента емкостного типа.
Чувствительный элемент состоит из токопроводящего материала, выполненного, например, из сетки или решетки 30, из обычной или из «колючей» проволоки 31 или из листов металла, например изготовленной двери 32 и навешенной на петли 33. Токопроводящий материал служит в качестве одной из обкладок конденсатора чувствительного элемента 1 и закреплен на кожухе 34, установленном на изоляторах 35, закрепленных на стержне 36, являющемся основой опоры. Кожух в верхней части имеет заглушку или козырек 37, защищающий изоляторы от воздействия внешней среды (дождя, снега, пыли, выхлопных газов автомобилей, солнечного излучения и т.д.). На нем в заводских условиях заранее могут быть установлены крепежные элементы для установки и закрепления на них токопроводящего материала (например, приварены крючья 38 или петли 33, для навесов дверей калиток или ворот). Стержень и кожух могут изготавливаться из любого материала, обеспечивающего достаточную прочность для опоры. В верхней части стержня может устанавливаться дополнительное инженерное заграждение 39 от перелаза нарушителя и одновременно будет предотвращать посадку птиц на ЧЭ. Удлиненный стержень, выполненный из металла, одновременно может служить в качестве молниеотвода, защищая от попадания прямого электрического разряда в чувствительный элемент. В случае соединения стержня с инженерным заграждением из «колючей» проволоки и заземленной со стержнем, они будут в качестве второй обкладки конденсатора чувствительного элемента, надежно защищающего устройство от грозовых разрядов и от электромагнитных помех, что значительно повышает защиту от приближающего нарушителя.
Применение предложенной конструкции в качестве емкостного чувствительного элемента значительно сокращает монтаж заграждения, так как все его крепежные элементы могут изготавливаться централизованно в заводских условиях. Ввиду защищенности изоляторов значительно увеличивается их срок службы и фактически не требуется их обслуживание. Опоры конструкции могут выполнять двоякое назначение, что позволяет экономить материалы, используемые для изготовления опор другого назначения (опор для фонарей освещения периметра заграждения, опор для навеса ворот и дверей калиток, опор для защиты от грозы и т.д.).
Источники информации
1. Патент RU №2379759 С, МПК G08B 13/26, 14.03.2007 (прототип).
2. Патенты RU №2281558 С2, МПК G08B 13/ 26, 12.07.2004. RU №2277263 С1, МПК G08B 13/26, 19.10.2004. RU №2025781 С1, G08B 13/26, RU №2126173, МПК G08B 13/26. RU №2012925, МПК G08B 13/26, 10.06.1991. Авторские свидетельства СССР №372571, МКИ G08B 13/26, 1969; №1299353 А1, G08B 13/26, 07.01.85.
3. Статьи журнала РАДИО: Емкостное реле. Радио, №1, 1988 г. Устройство сравнения частоты. Радио, №9, 1988 г. Удвоитель частоты. Радио, №8, 1976 г. Радио, 1984 г.