JP4711389B2 - 放電式セキュリティ装置 - Google Patents
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また、送信装置と受信装置との無線通信の場合は、単一ないしは複数の定められた無線帯域を使用することになるため、その帯域が明らかにされれば、妨害を受けて装置の動作を通知することが困難になり、また、所定の無線帯域を占有するため、他の通信に支障を来すことも考えられるという問題もあった。
図1は本発明の実施の形態1に係る放電式セキュリティ装置の構成を示すブロック図、図2は放電発生装置の構成を示すブロック図、図3は放電発生装置の昇圧トランスの出力波形図である。
図1において、放電式セキュリティ装置の箱状型放電発生装置1の一対の放電電極2には、被覆された電線であるリード線3、4が取り付けられている。その箱状型放電発生装置1は一対の放電電極2に人が接触すると、一対の放電電極2間に放電を発生させ、人体にパルス状の電流を流すものである。
そして、一対の放電電極2間に放電が起こると、放電電極2間は短絡状態になるため、後述のX接点基板27のX接点で空中放電が発生し、電磁ノイズ5が放射されるが、リード線3、4の効果によりX接点のみよりも、強い電磁ノイズ5が放射される。
レベル判定回路11では、検波回路10によって検波された電磁ノイズ信号のレベルと予め定めたレベルとを比較し、電磁ノイズ信号のレベルが予め定めたレベルを超えていれば、電磁ノイズありと判定し、動作検知信号を出力するものである。
放電発生装置本体23は、乾電池20から入力されたDC電圧を約5KHz周期のパルス電圧に変換する発振回路24と、発振回路24から出力されたパルス電圧を約5KV、5KHz周期の高圧パルス電圧に昇圧する昇圧トランス25と、昇圧トランス25から出力された約5KV、5KHz周期の高圧パルス電圧を、約20倍増幅して約10万V(100KV)の直流電圧に変換に昇圧し、出力側が一対の放電電極2に接続された倍電圧回路26と、一対の放電電極2が短絡した状態で電圧を印加したときに、接点で放電させて内部回路の破損を防ぐX接点基板27とを有して構成されている。
図3は昇圧トランス25の高圧パルス電圧の出力波形を示しており、50μs間隔で約5KV、5KHz周期の高圧パルス電圧を出力していることが分かる。
この棒状型放電発生装置31は円柱状のボデイの表面に相対向するように一対の放電電極32が設けられているものである。
この棒状型放電発生装置31の回路構成は、図1及び2に示す箱状型放電発生装置1と同様の構成である。
図5は電磁ノイズ計測方法を示す説明図、図6は電磁ノイズの水平偏波の計測結果を示すグラフ、図7は電磁ノイズの垂直偏波の計測結果を示すグラフ、図8は箱状型放電発生装置の放電電極にリード線を取り付けた状態を示す斜視図、図9はリード線を取り付けた場合の電磁ノイズの水平偏波の計測結果を示すグラフ、図10はリード線を取り付けた場合の電磁ノイズの水平偏波の計測結果を示すグラフである。
図5に示すように、計測アンテナAを水平と垂直に設置し、箱状型放電発生装置1を縦置きし、計測アンテナAに対して放電電極2が向けられた角度を0度としたときの放電にともなう電磁ノイズを計測するもので、EMC計測法に準じた方法によって計測した。
図6と図7の計測結果は、箱状型放電発生装置1又は棒状型放電発生装置31と計測アンテナAの距離を3mとし、#5は棒状型放電発生装置31で、それ以外は全て箱状型放電発生装置1を使用し、放電電圧50KVA〜625KVAまでの範囲をそれぞれの放電発生装置に割り当てたものである。また、図6と図7とでは計測アンテナAの姿勢が異なり、図6は計測用アンテナaの姿勢をホリゾンタル(水平)に、図7は計測用アンテナAの姿勢をバーチカル(垂直)にしてデータをとったものである。
従って、200〜300MHzより低周波域を使用すれば、通信機器(家庭用TVやラジオ)に妨害を与えるレベルであるため、放電が行ったことを通知することができる可能性がある。
また、放射伝播の電界強度はそれが球面拡散すると仮定すると、電界強度は距離に比例して低下する。従って、図6と図7によれば、30MHzにおいて、概ね20dB以上の差がある。20dBを真数に直すと10倍に相当するため、3mの10倍即ち30m程度の距離までは規制値を上回るがそれ以上の距離になると規制値を下回る可能性がある。
そこで、通信距離をのばすために電界強度のレベルを増大させる必要がある。
図9と図10のグラフを見ると、20dB(10倍)程度レベルが上がっているのが分かる。よって、リード線を取り付けることにより、電界強度のレベルが増大し、30m程度の距離で規制値と同程度となったものが、その10倍の300m程度で規制値と同程度となることを示している。
なお、アンテナとして使用するリード線の長さは、各電極ごとに1/4波長の長さが望ましい。
その理由は電磁ノイズが大きくなる波長は概ね100〜300MHz程度であり、この帯域の電波の波長は
波長(m)=300(m)/対象周波数(MHz)
よって、3m〜1mとなるからである。
そして、アンテナのサイズはこの波長と密接に関連しており、波長の1/4という寸法が最も簡単なアンテナである1/4波長モノポールアンテナとしての1つの目安となるからである。よって、このアンテナタイプでは、具体的な数値としては、0.75〜0.25mということになる。
従って、これまで説明した図6、図7、図9、図10のグラフに示す試験結果に基づき、30〜300MHzの帯域にわたって放電に伴う電磁ノイズ放射を通信手段として利用することができることが分かる。
箱状型放電発生装置1の放電電極2にリード線3、4が取り付けられており、放電電極2に導電体である例えば人が接触すると、放電電極2間に放電が発生し、人体を介して放電電極2間は短絡状態になるため、X接点基板27のX接点で空中放電が発生し、電磁ノイズ5が放射されるが、リード線3、4を取り付けたことにより、X接点のみよりも強い電磁ノイズが放射される。
その電磁ノイズを箱状型放電発生装置1から離れたところにある受信機6のアンテナ7で受信し、アンテナ7で高周波電気信号に変換された電磁ノイズは高周波増幅回路8で増幅される。
レベル判定回路11では検波した信号のレベルと、箱状型放電発生装置1の放電による電磁ノイズであることを示す予め定めたレベルとを比較し、検波した信号のレベルが予め定めたレベルを超えていれば、電磁ノイズあり、即ち、箱状型放電発生装置1が放電発生の動作をしたと判定し、動作検知信号を出力する。
従って、その動作検知信号を受けた監視装置(図示省略)では、箱状型放電発生装置1が動作したと知ることができ、箱状型放電発生装置1の放電電極2に接触した人は電気的ショックを受けるため、侵入者を排除することができる。
また、レベル判定回路11に、箱状型放電発生装置1を設置した場所を記憶させておくと共に時計機能を持たせるようにしておくことにより、侵入の事実と場所と時を特定することができる。
従って、レベル判定回路11に電磁ノイズの断続周期を設定値として記憶させておき、その設定された断続周期と検波した信号の断続周期とを比較し、両者が一致したときにはその箱状型放電発生装置1の動作による電磁ノイズと判定し、両者が一致しないときはそれ以外の放電発生装置或るいは他の放電機器による電磁ノイズと判定することができる。
上記の説明は、箱状型放電発生装置1についてのものであるが、棒状放電発生装置31についても同様に適用できることはいうまでもない。
このように複数の電極針36を取り付けた金属線35を一対の放電電極34に接続してトラばさみのように構成することにより、皿状型放電発生装置33の周囲の広い範囲にわたって人の侵入を防止することができる。
また、複数の電極針34を設けるようにしたのは、革靴や衣服の上から電極針34に接触したときに、これらを貫通して人体と直接触れるようにするためと、外しにくくするためである。
図12は本発明の実施の形態2に係る放電式セキュリティ装置の構成を示すブロック図、図13は位置判定回路の構成を示すブロック図である。
この実施の形態2は複数の箱状型放電発生装置1が各エリア毎に面状に配置され、どのエリアの箱状型放電発生装置1が動作したかの位置情報も判定できるようにしたものである。
図12に示すように、例えば4つの箱状型放電発生装置1A〜1Dが各エリア毎に面状に配置されている。また、専用受信機30の4つのアンテナ7A〜7Dがこれら箱状型放電発生装置1A〜1Dを取り囲むように配置されている。
その専用受信機30は、アンテナ7A〜7D、高周波増幅回路8A〜8D、同調回路9A〜9D、検波回路10A〜10D及びレベル判定回路11A〜11Dというように、図1で示した受信回路を4回路を備えている。レベル判定回路11A〜11Dは動作した各箱状型放電発生装置1A〜1Dの位置を判定する位置判定回路12に接続されている。
図12は複数の箱状型放電発生装置1を面状の各エリア毎に配置したものであるが、図14は複数の棒状型放電発生装置41を直線状の各エリア毎に配置したものを示す。また、図15(a)は直線状に配置された2つのアンテナの間の各位置に棒状型放電発生装置を設置した場合の位置関係を示す説明図、図15(b)は直線状に配置された2つのアンテナの間の各位置に棒状型放電発生装置を設置した場合の各アンテナが受ける強度を示すグラフである。
図15(b)のイ、ロ、ハは棒状型放電発生装置を設置した位置を示し、各アンテナ1,2が受ける強度は棒状型放電発生装置との距離に比例していることが分かる。
従って、このことを前提にエリア位置判定方法について説明する。
図16に示すように、直線状に4つのアンテナA〜Dが等間隔に配置された状態で、直線状にIからVIIまでの7分割されたエリアにそれぞれ棒状型放電発生装置が設置された場合における各エリアの各アンテナが受ける入力レベルは、図16の各エリアに示すような大小関係が成立する。
例えば、エリアIで発生した電磁ノイズの各アンテナA〜Dへの入力レベルは、A>B>C>Dとなる。
従って、各アンテナA〜Dへの入力レベルが、A>B>C>Dという関係があるときにはエリアIに動作した棒状型放電発生装置があることを位置判定部12で判定することができるということになる。
図17に示すように、面状に4つのアンテナA〜Dが等間隔に配置された状態で、面状にIからIXまでの9分割されたエリアにそれぞれ放電発生装置が設置された場合における各エリアの各アンテナが受ける入力レベルは、図17の各エリアに示すような大小関係が成立する。
例えば、エリアIで発生した電磁ノイズの各アンテナA〜Dへの入力レベルは、B>A、B>C、B>Dとなる。
従って、各アンテナA〜Dへの入力レベルが、B>A、B>C、B>Dという関係があるときにはエリアIに動作した放電発生装置があることを位置判定部12で判定することができるということになる。
なお、ここで使用している「=」なる記号は厳密な一致を示すのではなく、ほぼ同一のレベルであることを示す。
各アンテナ7Aから7Dで受信された信号は減衰することなく、各受信回路まで導かれるとすれば、レベル判定回路11Aから11Dのレベル値はアンテナ7Aから7Dに到達した電磁ノイズの強さに比例している。
そこで、位置判定回路25はそれぞれのレベルを比較し、最も強いレベルのアンテナ7Dに近い箱状型放電発生装置1Dが動作したと判断する。
各レベル判別回路11Aから11Dからでたレベル信号はそれぞれレベル一時記憶部13A〜13Dによって保持され、保持されたレベル信号は2つの信号選択回路14A、14Bによって任意の信号を選択し、選択されたレベル信号はレベル比較回路15に送られる。レベル比較回路15では選択されたレベル信号の大小、イコールの比較を行い、その比較結果が比較結果記憶部16に逐次送られ、全ての組み合わせの比較結果が終了するまでレベル比較回路15で行われ、その結果が比較結果記憶部16に送られる。
そして、位置判定部17では、蓄積した結果を比較結果記憶部16から読み出しながら全ての組み合わせの比較結果に基づいて上述した図16又は図17に示すエリア判定方法により位置判定を行う。
従って、複数の放電発生装置が直線状に或いは面状に設置することにより、所定の場所に侵入する侵入者を電気的ショックを与えて撃退できると共に、侵入者が侵入した場所を特定することができる。
また、複数の箱状型又は棒状型の放電発生装置1、31は放電を断続的に繰り返し、各放電発生装置の放電の間隔周期がそれぞれ異なるときには、各放電発生装置1の放電の間隔周期をそれぞれ記憶させておき、時計機能により計測した放電の断続的な間隔と記憶した間隔とを比較し、両者が一致した放電発生装置について、その放電発生装置が動作したと特定することができ、より精度の高い判断を行うことができる。
図18は本発明の実施の形態3に係る放電式セキュリティ装置の構成を示すブロック図、図19は総合判定回路の構成を示すブロック図である。
この実施の形態3は、1つの箱状型放電発生装置1が広範囲の周波数帯域にわたって発する電磁ノイズについて複数の周波数のぞれぞれのレベルを検出して箱状型放電発生装置1が動作したかを判定できるようにしたものである。
図18に示すように、1つの箱状型放電発生装置1が所定の場所に配置されている。また、箱状型放電発生装置1から離れた位置に専用受信機40が設置されている。
その短積分回路42A〜42Cは時定数の短い積分回路(信号平滑化回路)であり、入力信号に対する追従性が速いもので、長積分回路43A〜43Cは時定数の長い積分回路(信号平滑化回路)であり、入力信号が変動してもすぐには追従せずこまかい変動には応答しない特徴があるものである。
この実施の形態3では、箱状型放電発生装置1の放電に伴う電磁ノイズの放出は図4に示すように30MHzから300MHz付近までと非常に広範囲の周波数帯域を持っているので、電磁ノイズによる電磁波信号は複数の周波数において同時に信号のレベルが上昇するため、複数の信号のレベルが上昇したときは電磁ノイズであると判断し、全ての信号のレベルが上昇しないときには放電にともなう電磁ノイズでないと判断することを特徴とするものである。
そして、この特徴を図18及び19に示す総合判定回路41で捉えるようにしたものである。
各レベル判別回路11Aから11Dからでたレベル信号はそれぞれ短積分回路42A〜42Cと長積分回路43A〜43Cとに入力され、レベル比較回路42A〜42Cではこの両者の出力をそれぞれ比較し、信号判定部45では、全てのレベル比較回路42A〜42Cにおける両者の出力が短積分回路出力>長積分回路出力となったときに箱状型放電発生装置1の放電ノイズによる信号であると判断し、全てのレベル比較回路42A〜42Cにおける両者の出力が短積分回路出力>長積分回路出力とならなかったときは箱状型放電発生装置1の放電にともなう電磁ノイズでないと判断するようにしたものである。
この実施の形態3では、1つの箱状型放電発生装置1が動作したかどうかを複数の周波数により同時に判定することができため、判定精度が向上する。
また、箱状型放電発生装置1は、放電を断続的に繰り返すため、その繰り返し間隔を記憶させておき、時計機能により計測した放電の断続的な間隔と記憶した間隔とを比較して
両者が一致したことで、その箱状型放電発生装置1が動作したと特定することができる。
上記の説明は、箱状型放電発生装置1についてのものであるが、棒状放電発生装置31についても同様に適用できることはいうまでもない。
Claims (6)
- 導電体が接触したときに放電を起す一対の放電電極を有する放電発生装置と、該放電発生装置の作動に伴う電磁ノイズを受信し、該電磁ノイズに含まれる所定の周波数帯域の信号のレベルが所定レベル値以上のとき該放電発生装置が動作したと検知する専用受信機と
を備え、
前記放電発生装置の一対の放電電極に、それぞれ、所定長さのリード線の一端を取り付け、該リード線の他端を開放状態としたことを特徴とする放電式セキュリティ装置。 - 前記専用受信機は、前記放電発生装置が設置された場所を記憶する記憶部と、前記放電発生装置が動作したと検知した時刻を計測する時間計測部とを有することを特徴とする請求項1記載の放電式セキュリティ装置。
- 前記放電発生装置は、前記一対の放電電極に直流電圧を印加し、導電体が前記放電電極に接触したときに、当該放電発生装置固有の周期で断続的な放電を繰り返し、
前記専用受信機は、前記放電発生装置の作動に伴う断続的な電磁ノイズを受信し、該断続的な電磁ノイズの周期と予め設定された断続周期とが一致するとき該放電発生装置の動作による電磁ノイズであると判定することを特徴とする請求項1または2記載の放電式セキュリティ装置。 - 前記専用受信機は、前記放電発生装置の作動に伴う電磁ノイズを受信し、該電磁ノイズに含まれる複数の所定の周波数帯域の信号のうち、全ての信号のレベルが所定レベル値以上のとき該放電発生装置が動作したと検知することを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の放電式セキュリティ装置。
- 前記専用受信機は、前記放電発生装置の作動に伴う電磁ノイズを受信し、該電磁ノイズに含まれる複数の所定の周波数帯域の信号のうち、少なくとも2つの周波数帯域の信号のレベルが所定レベル値以上であり、且つ少なくとも1つの周波数帯域の信号のレベルが所定値未満のとき該放電発生装置が動作したと検知することを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の放電式セキュリティ装置。
- 前記放電発生装置を複数有し、該複数の放電発生装置は、所定の領域の所定エリア毎に配置され、
前記専用受信機は、所定の領域の周囲に間隔を置いて配置され、いずれか1つの放電発生装置の作動に伴う電磁ノイズを受信する複数のアンテナと、複数のアンテナがそれぞれ受信した電磁ノイズの信号のレベルを互いに比較し、これらの信号のレベル差の軽重に基づいて動作した当該1つの放電発生装置の位置を検知する位置検出部とを有することを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の放電式セキュリティ装置。
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