CZ305645B6

CZ305645B6 - Multifunkční smart kabel pro detekci fyzikálních veličin nebo jejich změn

Info

Publication number: CZ305645B6
Application number: CZ2014-391A
Authority: CZ
Inventors: Jan Chlístovský; Vladimír Dudycha
Original assignee: Vesys Electronics S.R.O.
Priority date: 2014-06-06
Filing date: 2014-06-06
Publication date: 2016-01-20
Also published as: CZ2014391A3

Abstract

Multifunkční smart kabel (1) pro detekci fyzikálních veličin nebo jejich změn je opatřený nejméně jednou senzorickou elektronickou jednotkou (2) a nejméně jednou 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

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.

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 4 001 771 A „Intruder detecting security systém“, US 3 585 581 A „Seismic senzor spparatus“, US 3 525 978 A „Directional seismic sensing systém“, US 3 543 261 A „Upper threshold circuit“, US 6 577 263 B2 „EW CW cable guided intrusion detetion radar“, US 6 278 365 Bl „Security system with intermittent alarm location detection“ či US 4 929 927 A „Surveillance installation“.

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.

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.

Z této oblasti techniky lze uvést například patenty US 6 664 894 B2 „Perimetr system for detecting intruders“, US 7 675 4 16 B2 „Intruder detection device“ či US 4 562 428 A „Instrusion 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

- 1 CZ 305645 B6

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 řídicí 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 v tom, 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.

Objasnění výkresů

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.

Příklady uskutečnění 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 opatřeny inteligentní elektronikou 4 a jednotkou 6 pro zpracování signálu, přičemž elektronické jednotky 2 a 3 jsou připojeny ke ko

-2CZ 305645 B6 munikační 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 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 11 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 11 a neterminální prvek 12. Terminální prvek 11 přitom slouží jako ukončovací jednotka 22, která zajišťuje potřebné ukončení multifunkčního smart kabelu 1 a další funkce spojené s jeho 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, Γ 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 Γ, který neobsahuje zahajovací jednotku 5, a je ukončen ukončovací jednotkou 22, která obsahuje terminální prvek 11 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 6.1 digitalizace signálu, spojený s modulem 6.2 číslicové filtrace, spojený 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. Na komunikační sběrnici 7 je dále napojena zahajovací jednotka 5, která 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. K modulu 6.10 je dále připojeno komunikační rozhraní 17 a dále nadřízená zabezpečovací jednotka _[8. Ke komunikační sběrnici 7 mohou být přes neterminální prvek 12 připojeny externí prvky, kterými jsou například zde neznázoměný 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 s terminálním prvkem j_L 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 sběrnici 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.

-3CZ 305645 B6

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 6.1 digitalizace signálu, spojeného s modulem 6.2 číslicové filtrace, spojeného s modulem 6.3 vektorové analýzy a modulem 6.4 frekvenční analýzy digitálního signálu. Takto upravená data jsou odeslána do modulu 6.5 vyhodnocení místa vzniku a/nebo změny fyzikální veličiny, a přes modul 6.6 odeslání dat prostřednictvím komunikační sběrnice 7 do zahajovací jednotky 5 k dalšímu zpracování signálu. V modulu 6.8 dochází k upřesnění místa vzniku a/nebo změny fyzikální veličiny na střeženém perimetru 20 a prostřednictvím modulu 6.9 dojde k odeslání příkazu přes komunikační sběrnici 7 na neterminální prvek 12. 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 j_3, osvětlení 14 a kamer ]_5, 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 6.8 pro upřesnění místa vzniku a/nebo změny fyzikální veličiny jednotky 6' 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 proplachové 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 12 tak může být umístěn switch a do něj zapojeno IP relé ovládající bezpečnostní osvětlení 14 a kamera J_5. 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 implentovaných 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.

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 včas

-4CZ 305645 B6 ném 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.

Claims

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. 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. Multifunkční smart kabel (1) podle nároku 1, vyznačující se tím, že ukončovací jednotka (22) multifunkčního smart kabelu (1) obsahuje terminální prvek (11).
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 (Γ).