CZ2014391A3 - Multifunkční smart kabel pro detekci fyzikálních veličin nebo jejich změn - Google Patents

Abstract

Multifunkční smart kabel (1) pro detekci fyzikálních veličin nebo jejich změn je opatřený nejméně jednu senzorickou elektronickou jednotkou (2) a nejméně jednu další elektronickou jednotkou (3), které jsou opatřeny inteligentní elektronikou (4) a jednotkou (6) pro zpracování signálu. Elektronické jednotky (2) a (3) jsou připojeny ke komunikační sběrnici (7) spojené se zahajovací jednotkou (5), která je opatřena jednotkou (6´) pro zpracování signálu. Zahajovací jednotka (5) je dále spojena s nejméně jednou rozšiřující komunikační sběrnicí (8), která slouží ke zvýšení datové propustnosti komunikační sběrnice (7) nebo k zajištění rozvodu dalších rozšiřujících funkcí, a s nejméně jednou soustavou vodičů (9) pro napájení externích prvků a s vodiči (10) pro jiné účely. Komunikační sběrnice (7), rozšiřující komunikační sběrnice (8), soustava vodičů (9) pro napájení externích prvků a vodiče (10) pro jiné účely jsou napojeny na ukončovací jednotku (22), která obsahuje terminální prvek (11) a neterminální prvek (12).

Description

1 fl/ *2o/y

Multifunkční smart kabel pro detekci fyzikálních veličin nebo jejich změn

Oblast techniky

Vynálezem je multifunkční smart kabel pro detekci fyzikálních veličin nebo jejich změn, který je tvořen integrační spojitou monolitickou soustavou jedno nebo vícenásobné multifunkční senzorické jednotky, umožňující zjistit, signalizovat a lokalizovat existenci fyzikálních veličin nebo jejich změnové signály, a to v prostředí instalace, například na mechanické bariéře vymezující perimetr, popřípadě i pohyb objektu po takovém zařízení a v jeho bezprostřední blízkosti.

Dosavadní stav techniky V oblasti současného zabezpečení, popřípadě detekce fyzikálních veličin nebo jejich změn, existuje značné množství různých senzorů reagujících na rozličné fyzikální podněty. Mezi nejznámější senzory náleží například infračervené, magnetické, mikrovlnné, vibrační, optické, jejichž instalace zajišťuje detekci základních stavů chráněných předmětů, objektů či prostorů. Perimetrická ochrana pak tvoří samostatnou část bezpečnostních projektů, která je vymezujícím, odrazujícím a zdržujícím faktorem, jejímž primárním cílem je zajistit zabezpečení chráněného objektu.

25978 A „Directional seismic sensing systém", US 35431261 A „Upper threshold^Circuit", US ^7^63 B2 „EW CW cable guided intrusion detetion radar11, US ^78^365 B1 „Security systém with intermittent alarm location detection" či US 49295927 A „Surveillance installation". Λ /»

Ze stavu techniky je známo například bodové rozložení senzorických jednotek, kdy jednotlivé senzorické jednotky měří aktuální stav fyzikální veličiny v omezeném prostoru, mezi něž náleží například teploměr, akcelerometr, magnetometr, tenzometrická a zejména seismická čidla. Klasická čidla a systémy ochrany perimetru jsou známa zejména z patentů US 4^)0lj771 A „Intruder detecting security systém", US 3Í585681 A „Seismic senzor spparatus", US

Ze stavu techniky jsou rovněž známy kabelové senzorické jednotky, kde jsou data získávána z celé délky kabelu, nebo jeho logicky uspořádané části. Do této oblasti se řadí například mikrofonní kabel pracující na principu triboelektrického jevu, který umožňuje detekci mechanických vibrací po celé jeho délce. 2

Rovněž jsou známy diferenciální tlakové detektory v podobě dvojice hadic z pružného materiálu, reagující na změny tlaku jež působí na hadice, či koaxiální kabely, umožňující detekci pohybu objektu v elektrickém poli, které je vyzařováno kabelem v celé jeho délce.

V V

například patenty US 6^66j|894 B2 „Perimeter systém 5g16 B2 „Intruder detection device" či US 4562^428 A Z této oblasti techniky lze uvést for detecting intruders", US tS37 „Intrusion detektor".

Principy činnosti těchto systémů jsou značně různorodé, nicméně každý z nich má ve svém praktickém použití konkrétní výhody, ale také své nevýhody. Obecně lze konstatovat, že způsobilost zjistit, signalizovat a lokalizovat fyzikální změny lze pouze tehdy, pokud zdroj změny působí vzájemně přímo s konkrétním senzorem, mechanickou bariérou, popřípadě prostředím, kde je senzor umístěn, přičemž v cestě signálu a vyhodnocovacím systémem neleží žádné překážky, které vyhodnocovanou fyzikální veličinu degradují, zastiňují, popřípadě znemožňují přenos informace o změně fyzikálních veličin. Jako rizika spojená se spolehlivou a účinnou detekcí fyzikálních veličin lze například uvést značnou délku mechanické bariéry, její nekonzistentnost, existence povětrnostních vlivů, jako je vítr, déšť nebo sníh, či takzvaná aktivní detekce, kdy je vyzařován nějaký druh energie nebo vysílán obraz, který může narušitel snadno zjistit a eliminovat jej. Žádný z uvedených principů ochrany chráněného zájmu, a perimetru obzvláště, však není víceúčelový a zpravidla v různých prostředí instalace vykazuje různé problémy, rizika a omezení. Společným jmenovatelem, zejména zmíněných kabelových systémů, je problém s přesnější lokalizací místa narušení, kdy se zpravidla vyhodnocují pouze skupiny senzorů, popřípadě celá délka kabelů, a řídící jednotka pouze vyhodnotí, která kabelová jednotka nebo skupina senzorů zachytila vzruch od narušitele.

Podstata vynálezu

Uvedené nedostatky do značné míry odstraňuje multifunkční smart kabel pro detekci fyzikálních veličin nebo jejich změn, vytvořený ve formě pevného, ale pružného tělesa liniové konstrukce.

Podstata vynálezu spočívá vtom, že multifunkční smart kabel obsahuje interní komunikační sběrnici a souběžně s ní uspořádanou rozšiřující komunikační sběrnici, vodiče pro napájení externích prvků a vodiče pro jiné účely, jež jsou napojeny na zahajovací jednotku a ukončovací jednotku. Na komunikační sběrnici je napojena nejméně jedna senzorická jednotka a nejméně jedna další elektronická jednotka, které jsou vybaveny inteligentní elektronikou a jednotkou pro zpracování signálu. Jednotka pro zpracování signálu sestává z modulu digitalizace signálu spojeného s modulem číslicové filtrace, spojeného s modulem vektorové analýzy digitálního signálu, jenž je napojen na modul frekvenční analýzy digitálního signálu, který je dále připojen na modul vyhodnocení místa vzniku a/nebo změny fyzikální veličiny, na nějž je připojen modul odeslání dat. Na komunikační sběrnici napojená zahajovací jednotka obsahuje jednotku, jež sestává z modulu pro příjem dat, který je spojen s modulem pro upřesnění místa vzniku fyzikální veličiny a/nebo její změny, na nějž je napojen modul pro řízení funkcí multifunkčního smart kabelu, na který je napojen modul pro odeslání výsledků nadřízené zabezpečovací jednotce.

Ve výhodném provedení je další elektronická jednotka uspořádána pro bezdrátové spojení s externím senzorem, kterým může být například bezdrátové zemní čidlo.

Podle dalšího výhodného provedení ukončovací jednotka multifunkčního smart kabelu obsahuje terminální prvek.

Je též výhodné, jestliže ukončovací jednotka obsahuje ještě neterminální prvek pro připojení dalšího multifunkčního smart kabelu. &b/cicn<2ni v\t>kr<2£U Přehled^brázkŮH^vvkfesech--/

Vynález je blíže popsán a objasněn na základě přiložených výkresů. Zde značí:

Obr. 1 blokové schéma základního tělesa multifunkčního smart kabelu;

Obr. 2 příklad vícenásobného multifunkčního smart kabelu;

Obr. 3 blokové schéma zpracování dat;

Obr. 4 schéma způsobu detekce a lokalizace narušení perimetru při pohybu po multifunkčním smart kabelu nebo v prostředí, kde je instalován. uíkuc^cn^ní Příklady brovedenf vynálezu

Na obr. 1 je zobrazeno blokové schéma základního provedení multifunkčního smart kabelu 1 podle vynálezu, který je opatřen nejméně jednou senzorickou elektronickou jednotkou 2 a nejméně jednou další elektronickou jednotkou 3, které jsou 4 opatřeny inteligentní elektronikou 4 a jednotkou 6 pro zpracování signálu, přičemž elektronické jednotky 2 a 3 jsou připojeny ke komunikační sběrnici 7 spojené se zahajovací jednotko^, která je opatřena jednotkou 61 pro zpracování signálu. Zahajovací jednotka 5 je dále spojena s nejméně jednou rozšiřující komunikační sběrnicí 8, která slouží ke zvýšení datové propustnosti komunikační sběrnice 7 nebo k zajištění rozvodu dalších rozšiřujících funkcí, a s nejméně jednou soustavou vodičů 9 a vodičů 10 pro jiné účely. Komunikační sběrnice 7, rozšiřující komunikační sběrnice 8 a soustava vodičů 9 a vodiče 10 jsou napojeny na ukončovací jednotku 22. která obsahuje terminální prvek H a neterminální prvek 12.

Stěžejní funkcí zahajovací jednotky 5 je obsluha senzorických elektronických jednotek 2 a dalších elektronických jednotek 3 se svými inteligentními elektronikami 4 a jednotkami 6 pro zpracování signálu a všech funkčních částí multifunkčního smart kabelu 1, jako jsou komunikační sběrnice 7, rozšiřující komunikační sběrnice 8, vodiče 9 pro napájení externích prvků, vodiče 10 pro jiné účely a terminální prvek 1_1 a neterminální prvek 12. Terminální prvek H přitom slouží jako ukončovací jednotka 22, která zajišťuje potřebné ukončení multifunkčního smart kabelu 1 a další funkce spojené sjeho diagnostikou. Neterminální prvek 12 slouží k zajištění ostatních funkcí, například připojovací, jako další volitelný prvek multifunkčního smart kabelu 1.

Na obr. 2 je příkladně zobrazeno spojení dvou multifunkčních smart kabelů 1, V za účelem vzniku vícenásobné multifunkční senzorické jednotky. Na multifunkční smart kabel 1, podle obr. 1, je prostřednictvím neterminálního prvku 12 připojen další multifunkční smart kabel V, který neobsahuje zahajovací jednotku 5, a je ukončen ukončovací jednotkou 22, která obsahuje terminální prvek H a neterminální prvek 12.

Na obr. 3 je zobrazeno blokové schéma zpracování signálu, kde na komunikační sběrnici 7 multifunkčního smart kabelu 1 jsou připojeny senzorické elektronické jednotky 2, 3 propojené s místem narušení 21, které obsahují inteligentní elektroniku 4 a jednotky 6 pro zpracování signálu, jež obsahují modul 6J. digitalizace signálu, spojený s modulem 62 číslicové filtrace, spojený s modulem 62 vektorové analýzy digitálního signálu, jenž je napojen na modul 6Λ frekvenční analýzy digitálního signálu, který je dále připojen na modul 6J5 vyhodnocení místa vzniku a/nebo změny fyzikální veličiny, na nějž je připojen modul 6J5 odeslání dat. Na komunikační sběrnici 7 je dále napojena zahajovací jednotka 5, která obsahuje jednotku 61 pro zpracování signálu, jež sestává z modulu 6 J pro příjem dat, který je spojen s modulem 6,8 pro upřesnění místa vzniku a/nebo změny fyzikální veličiny, na nějž je napojen modul 6J) 5 pro řízení funkcí multifunkčního smart kabelu 1, na který je napojen modul 6.10 pro odeslání výsledků nadřízené zabezpečovací jednotce 18. K modulu 6.10 je dále připojeno komunikační rozhraní 17 a dále nadřízená zabezpečovací jednotka 18. Ke komunikační sběrnici 7 mohou být přes neterminální prvek 12 připojeny externí prvky, kterými jsou například zde neznázorněný externí senzor 13, osvětlení 14, kamery 15 apod.

Na obr. 4 je zobrazeno jedno z možných použití multifunkčního smart kabelu 1 při detekci a lokalizaci místa narušení 21 perimetru 20. Podle zobrazeného příkladného provedení je multifunkční smart kabel 1 opatřen dvěma senzorickými elektronickými jednotkami 2 a jednou elektronickou jednotkou 3, které jsou vybaveny inteligentní elektronikou 4 a jednotkou 6 pro zpracování signálu, jež zajišťují předem definovanou funkci multifunkčního smart kabelu 1, a ukončovací jednotkou 22 sterminálním prvkem 11_. Multifunkční smart kabel 1 je v tomto případě opatřen externím senzorem 13. například bezdrátovým zemním čidlem, které snímá signál vzruchu ve formě seismických vln od aktivity narušitele 19 při jeho nebezpečném anebo nežádoucím pohybu na příjezdové komunikaci v místě narušení 21. Informace o aktivitě narušitele 19 je přitom odeslána prostřednictvím bezdrátové komunikace mezi externím senzorem 13 a elektronickou jednotkou 3 přes komunikační sběrnicí 7 do zahajovací jednotky 5 k dalšímu využití. Předmět vynálezu rovněž umožňuje, aby data získaná externím senzorem 13, například bezdrátovým zemním čidlem, zaslaná prostřednictvím bezdrátové komunikace, byla zpracována v rámci elektronické jednotky 3 prostřednictvím jednotky 6 pro zpracování signálu a inteligentní elektroniky 4. V případě dalšího postupu narušitele 19 při narušení konkrétního místa narušení 21 střeženého perimetru 20 dojde k šíření signálu vzruchu, který je zachycen senzorickými elektronickými jednotkami 2 s inteligentní elektronikou 4, a jednotkami 6, přičemž prostřednictvím jednotek 6 pro zpracování signálu je provedeno zpracování signálu, tj. jak je zobrazeno v blokovém schéma zpracování dat podle obr. 3, v modulu 6J. digitalizace signálu, spojeného s modulem 62 číslicové filtrace, spojeného s modulem 6J3 vektorové analýzy a modulem 6A frekvenční analýzy digitálního signálu. Takto upravená data jsou odeslána do modulu 6jj vyhodnocení místa vzniku a/nebo změny fyzikální veličiny, a přes modul 6J3 odeslání dat prostřednictvím komunikační sběrnice 7 do zahajovací jednotky 5 k dalšímu zpracování signálu. V modulu 6JJ dochází k upřesnění místa vzniku a/nebo změny fyzikální veličiny na střeženém perimetru 20 a prostřednictvím modulu 6J) dojde k odeslání příkazu přes komunikační sběrnici 7 na neterminální prvek 12. 6

Neterminální prvek 12 s využitím rozšiřující komunikační sběrnice 8 zprostředkuje příkaz od zahajovací jednotky 5 k zahájení objektivní kontroly. Současně zajišťuje neterminální prvek 12 prostřednictvím vodiče 9 napájení externích prvků, v daném příkladném provedení bezpečnostního osvětlení 14 a kamer 15. Objektivní kontrola v tomto případě spočívá zejména v rozsvícení bezpečnostního osvětlení 14, kterým jsou zajištěny potřebné světelné podmínky, a nasměrování kamer 15 na místo narušení 21 střeženého perimetru 20 a provedení záznamu o činnosti narušitele 19, jako důkazního materiálu.

Po zahájení činnosti externích prvků, tj. externího senzoru 13, osvětlení 14 a kamer 15, jsou odeslány výsledky přes rozšiřující komunikační sběrnici 8, neterminální prvek 12 a komunikační sběrnici 7 do zahajovací jednotky 5 k dalšímu zpracování do jednotky 6' pro zpracování signálu. Prostřednictvím modulu 6J3 pro upřesnění místa vzniku a/nebo změny fyzikální veličiny jednotky 61 pak dojde prostřednictvím modulu 6.10 přes komunikační rozhraní 17 k odeslání výsledků do nadřízené zabezpečovací jednotky 18. Nadřízená zabezpečovací jednotka 18, například dohledové a poplachové přijímací centrum (DPPC), poté zajistí provedení zásahu bezpečnostních složek přiměřeně k detekované události. U multifunkčního smart kabelu 1 slouží neterminální prvek 12 nejen jako rozvaděč, kam jsou vedeny komunikační sběrnice 7, rozšiřující komunikační sběrnice 8, vodiče 9 pro napájení externích prvků a zařízení a vodiče 10 pro jiné účely, ale navíc zde mohou být integrovány i další prvky, například IP relé, záložní zdroje, switche, bezdrátová zařízení apod. V neterminálním prvku 1_2 tak může být umístěn switch a do něj zapojeno IP relé ovládající bezpečnostní osvětlení 14 a kamera 15. Switch, IP relé, bezpečnostní osvětlení 14 a kamera 15 jsou přitom napájeny prostřednictvím vodičů 9 pro napájení externích prvků.

Použití multifunkčního smart kabelu 1 nespočívá pouze kjeho využití jako variabilního detekčního, tedy ochranného systému, nýbrž může být rovněž řídicím i řízeným prvkem vyššího logického celku. V závislosti na počtu implementovaných senzorů, typizovaných multifunkčních senzorických jednotek a integračních funkcí, multifunkční smart kabel 1 může na základě detekce konkrétních fyzikálních veličin nebo jejich změn zjištěná data a prostřednictvím nich zpracované informace poskytnout obsluze, resp. nadřízenému systému, například na dohledové a poplachové přijímací centrum, či do poplachového zabezpečovacího a tísňového systému. 7

Průmyslová využitelnost Ačkoli je výše popsaný multifunkční smart kabel určen pro detekci fyzikálních veličin nebo jejich změn na mechanické bariéře vymezující perimetr, zejména pohybu narušitele po takovém zařízení a v jeho bezprostřední blízkosti, jeho uplatnění lze nalézt ve většině výrobních provozů, v dopravě a v těžebním průmyslu. U výrobních provozů se tedy může například jednat o diagnostiku vibrací, měření charakteristik provozních jednotek, jako jsou ložiska, rotující součásti, elektromotory apod. V dopravě se může podílet nejen na řízení hustoty provozu, dodržování rychlosti, měření zatížení náprav vozidel při přepravě, ale i při diagnostice podvozkových částí vozidel, letadel, jeřábových konstrukcí, apod. V těžebním průmyslu najde uplatnění například při včasném zachycení nestability důlního prostředí, při vzniku nebezpečných teplot, při výskytu plynů apod.

Multifunkční smart kabel může být rovněž použit ke sběru dat určených ke statistickému zpracování. Příkladem může být sledování pohybu a četnosti osob prostřednictvím detekce seismického vlnění, nebo změny tlaku působícího na podložku v jinak obtížně sledovatelných prostorách, například v nákupních centrech, skladech, apod.

Seznam vztahových značek 1 - multifunkční smart kabel 2 - senzorická elektronická jednotka 3 - elektronická jednotka 4 - inteligentní elektronika 5 - zahajovací jednotka 6, 6'-jednotka pro zpracování signálu 6.1 - modul digitalizace signálu 6.2 - modul číslicové filtrace 6.3 - modul vektorové analýzy digitálního signálu 6.4 - modul frekvenční analýzy digitálního signálu 6.5 - modul vyhodnocení místa vzniku a/nebo změny fyzikální veličiny 6.6 - modul odeslání dat 6.7 - modul pro příjem dat 6.8 - modul pro upřesnění místa vzniku a/nebo změny fyzikální veličiny 6.9 - modul pro řízení funkcí smart kabelu 6.10- modul pro odeslání výsledků nadřízené zabezpečovací jednotce 7 - komunikační sběrnice 8 - rozšiřující komunikační sběrnice 9 - vodiče pro napájení externích prvků 10 - vodiče pro jiné účely 11 -terminální prvek 12 - neterminální prvek 13 - externí senzor 14 - bezpečnostní osvětlení 15 - kamera 17 - komunikační rozhraní 18 - nadřízená zabezpečovací jednotka 19-narušitel 20 - střežený perimetr 21 - místo narušení 22 - ukončovací jednotka

Claims (4)

1. ‘Τ”

   PATENTOVÉ NÁROKY 1. Multifunkční smart kabel (1) pro detekci fyzikálních veličin nebo jejich změn, zejména pro detekci a lokalizaci místa narušení (21) střeženého perimetru (20), vytvořený ve formě pevného ale pružného tělesa liniové konstrukce, vyznačující se tím, že obsahuje interní komunikační sběrnici (7) a souběžně s ní uspořádanou rozšiřující komunikační sběrnici (8), vodiče (9) pro napájení externích prvků a vodiče (10) pro jiné účely, jež jsou napojeny na zahajovací jednotku (5) a ukončovací jednotku (22) přičemž na komunikační sběrnici (7) je napojena nejméně jedna senzorická jednotka (2) a nejméně jedna další elektronická jednotka (3), které jsou vybaveny inteligentní elektronikou (4) a jednotkou (6) pro zpracování signálu, která sestává z modulu (6.1) digitalizace signálu, spojeného s modulem (6.2) číslicové filtrace, spojeného s modulem (6.3) vektorové analýzy digitálního signálu, jenž je napojen na modul (6.4) frekvenční analýzy digitálního signálu, který je dále připojen na modul (6.5) vyhodnocení místa vzniku a/nebo změny fyzikální veličiny, na nějž je připojen modul (6.6) odeslání dat, přičemž na komunikační sběrnici (7) napojená zahajovací jednotka (5) obsahuje jednotku (6 ) pro zpracování signálu, jež sestává z modulu (6.7) pro příjem dat, který je spojen s modulem (6.8) pro upřesnění místa vzniku a/nebo změny fyzikální veličiny, na nějž je napojen modul (6.9) pro řízení funkcí multifunkčního smart kabelu (1), na který je napojen modul (6.10) pro odeslání výsledků nadřízené zabezpečovací jednotce (18).
2. 2. Multifunkční smart kabel (1) podle nároku 1, vyznačující se tím, že další elektronická jednotka (3) je uspořádána pro bezdrátové spojení s externím senzorem (13).
3. 3. Multifunkční smart kabel (1) podle nároku 1, vyznačující se tím, že ukončovací jednotka (22) multifunkčního smart kabelu (1) obsahuje terminální prvek (11).
4. 4. Multifunkční smart kabel (1) podle nároku 1, vyznačující se tím, že ukončovací jednotka (22) obsahuje ještě neterminální prvek (12) pro připojení dalšího multifunkčního smart kabelu (1').