RU137921U1

RU137921U1 - DEVICE FOR THE PROTECTION OF WATERFRONTS

Info

Publication number: RU137921U1
Application number: RU2013151817/28U
Authority: RU
Inventors: Евгений Андреевич Старожук
Original assignee: Евгений Андреевич Старожук
Priority date: 2013-11-21
Filing date: 2013-11-21
Publication date: 2014-02-27

Abstract

Устройство для охраны водных рубежей, содержащее сигнальное заграждение в виде троса, протянутого над водой вдоль охраняемого рубежа и закрепленного на вертикальных опорах, коаксиальный радиочастотный кабель, закрепленный на тросе по всей его длине и соединенный своим центральным проводником через разделительный конденсатор с входом устройства формирования сигнала тревоги, чувствительный элемент, выполненный в виде отрезков пьезоэлектрического кабеля с грузами на одном конце, подвешенных с противоположных концов в точках крепления коаксиального радиочастотного кабеля к тросу и соединенных с радиочастотным кабелем с помощью согласующих устройств, питаемых от общего источника питающего напряжения через нагрузочный резистор, включенный между выходом источника питающего напряжения и центральным проводником коаксиального радиочастотного кабеля, а второй полюс источника питающего напряжения соединен с экранирующей заземленной оплеткой коаксиального радиочастотного кабеля, отличающееся тем, что под водой параллельно надводному тросу установлен трос с поплавками, снабженными механизмами их перемещения в вертикальной и горизонтальной плоскостях, на поплавках закреплены ненаправленные электроакустические излучатели, синфазно включенные по дополнительной линии связи с генератором напряжения килогерцового диапазона частот.A device for the protection of water lines, containing a signal barrier in the form of a cable stretched above the water along the protected line and mounted on vertical supports, a coaxial radio frequency cable mounted on the cable along its entire length and connected by its central conductor through an isolation capacitor to the input of the alarm generating device , a sensitive element made in the form of pieces of a piezoelectric cable with weights at one end, suspended from opposite ends at attachment points coaxial RF cable to the cable and connected to the RF cable using matching devices, powered from a common power supply source through a load resistor connected between the output of the power supply voltage and the central conductor of the coaxial RF cable, and the second pole of the power supply voltage connected to a shielded grounded braid of the coaxial RF cable, characterized in that under water parallel to the surface cable is installed a cable with floats and, equipped with mechanisms for their movement in the vertical and horizontal planes, omnidirectional electro-acoustic emitters fixed in-line, connected in phase through an additional communication line with a voltage generator of the kilohertz frequency range.

Description

Полезная модель относится к области гидроакустики и может быть использовано для защиты от проникновения на охраняемые объекты со стороны водных акваторий, в частности на предприятиях энергетического, химико-технологического, оборонного и других профилей со стороны рубежей в водной среде: в водоемах, вдоль берегов рек, в мелком море, бухтах и т.п.The utility model relates to the field of hydroacoustics and can be used to protect against penetration into protected objects from the water areas, in particular at enterprises of energy, chemical-technological, defense and other profiles from the boundaries in the aquatic environment: in water bodies, along river banks, in shallow sea, bays, etc.

Известно устройство обнаружения вторжения подводного объекта в контролируемую область, содержащее гидроакустический излучатель, отражатели, вдоль эллиптической поверхности, в фокусах которой расположены гидроакустический излучатель и гидроакустический приемник, причем последний выполнен с равномерной характеристикой направленности. В качестве гидроакустического излучателя используют передающую круговую антенну. Патент Российской Федерации №2150123, МПК: G01S 15/04, 2000 г.A device for detecting an invasion of an underwater object in a controlled area containing a sonar emitter, reflectors, along an elliptical surface, the foci of which are located sonar emitter and sonar receiver, the latter is made with a uniform directivity. As a sonar emitter using a transmitting circular antenna. Patent of the Russian Federation No. 2150123, IPC: G01S 15/04, 2000

Известно устройство, содержащее защитную металлическую сетку водозаборного сооружения, низкочастотный излучатель, детектор и анализатор низкочастотных сигналов. Патент Российской Федерации №2256196, МПК: G01S 15/04, G01S 15/96, 2005 г.A device is known that contains a protective metal mesh of an intake structure, a low-frequency emitter, a detector and an analyzer of low-frequency signals. Patent of the Russian Federation No. 2256196, IPC: G01S 15/04, G01S 15/96, 2005

Оба устройства сложны и в исполнении, и в эксплуатации.Both devices are complex both in execution and in operation.

Известно устройство для охраны водных рубежей, содержащее сигнальное заграждение, выполненное в виде троса, протянутого над водой вдоль охраняемого рубежа и закрепленного на вертикальных опорах, на котором подвешены шесты с грузами на концах в виде маятников, чувствительный элемент подключен к формирователю сигнала тревоги. Чувствительный элемент выполнен в виде коаксиального кабеля, содержащего внутренний и внешний проводники, разделенные изоляцией из фторопластовой ленты, внутренний проводник размещен в сердечнике из упруго сжимаемого электропроводящего материала, фторопластовая лента намотана на внутренний проводник по спирали с положительным перекрытием, на внешнем проводнике концентрично расположена защитная оболочка, коаксиальный кабель проложен под тросом вдоль его оси и жестко соединен с каждым шестом. Патент СССР №1819024, МПК: G08B 23/00, 2000 г. Недостатком устройства является низкая чувствительность (обнаружение лишь при непосредственном воздействии на устройство) и кратковременность акта обнаружения. Возможны и ложные тревоги при соприкосновении с устройствами механического воздействия, например, затопленными предметами.A device for the protection of water boundaries, containing a signal barrier made in the form of a cable stretched over the water along the guarded line and mounted on vertical supports, on which poles with loads at the ends in the form of pendulums are suspended, a sensitive element is connected to the alarm driver. The sensitive element is made in the form of a coaxial cable containing inner and outer conductors separated by insulation from a fluoroplastic tape, the inner conductor is placed in the core from an elastically compressible electrically conductive material, the fluoroplastic tape is wound on the inner conductor in a spiral with positive overlap, the protective sheath is concentrically located on the outer conductor , the coaxial cable is laid under the cable along its axis and is rigidly connected to each pole. USSR patent No. 1819024, IPC: G08B 23/00, 2000. The disadvantage of the device is its low sensitivity (detection only with direct influence on the device) and the short duration of the detection act. False alarms are also possible in contact with mechanical impact devices, for example, flooded objects.

Известно устройство для охраны водных рубежей, содержащее сигнальное заграждение в виде троса, протянутого над водой вдоль охраняемого рубежа и закрепленного на вертикальных опорах, коаксиальный радиочастотный кабель, закрепленный на тросе по всей его длине и соединенный своим центральным проводником через разделительный конденсатор с входом устройства формирования сигнала тревоги, и чувствительный элемент, выполненный в виде отрезков пьезоэлектрического кабеля с грузами на одном конце, подвешенных с противоположных концов, в точках крепления коаксиального радиочастотного кабеля к тросу, отрезки пьезоэлектрического кабеля соединены с радиочастотным кабелем с помощью согласующих устройств, питаемых от общего источника питающего напряжения через нагрузочный резистор, включенный между выходом источника питающего напряжения и центральным проводником коаксиального радиочастотного кабеля, а второй полюс источника питающего напряжения соединен с экранирующей заземленной оплеткой коаксиального радиочастотного кабеля. Патент Российской Федерации №2375755, МПК: G08S 23/00, G01S 15/04,2009 г. Прототип.A device for the protection of water boundaries, containing a signal barrier in the form of a cable stretched over the water along the protected line and mounted on vertical supports, a coaxial radio frequency cable mounted on the cable along its entire length and connected by its Central conductor through an isolation capacitor to the input of the signal conditioning device alarm, and a sensitive element made in the form of pieces of a piezoelectric cable with loads at one end, suspended from opposite ends, at a point x fastening the coaxial RF cable to the cable, the pieces of the piezoelectric cable are connected to the RF cable using matching devices, fed from a common power supply source through a load resistor connected between the output of the power supply voltage and the central conductor of the coaxial RF cable, and the second pole of the power supply source is connected with a shielded grounded braid of a coaxial radio frequency cable. Patent of the Russian Federation No. 2375755, IPC: G08S 23/00, G01S 15 / 04,2009 g. Prototype.

Прототип чувствителен к воздействию помех, возбуждаемых в отрезках пьезоэлектрического кабеля природным фактором - перемещением относительно отрезков водных масс, вызванных действием ветра или приливно-отливными явлениями, что приводит к генерации сигналов ложной тревоги или даже пропуску нарушителя. Напряжение помех, возбуждаемых природным фактором, и ширина его спектра частот зависит от скорости перемещения водных масс относительно отрезков пьезоэлектрического кабеля.The prototype is sensitive to the effects of interference excited in the pieces of the piezoelectric cable by a natural factor - moving relative to the pieces of water masses caused by the action of the wind or tidal phenomena, which leads to the generation of false alarms or even the admission of the intruder. The voltage of the disturbances excited by the natural factor, and the width of its frequency spectrum depends on the speed of movement of water masses relative to the segments of the piezoelectric cable.

Технический результат полезной модели состоит в снижении чувствительности к помехам, вызванным природными факторами.The technical result of the utility model is to reduce the sensitivity to interference caused by natural factors.

Технический результат достигается тем, что в устройстве для охраны водных рубежей, содержащем сигнальное заграждение в виде троса, протянутого над водой вдоль охраняемого рубежа и закрепленного на вертикальных опорах, коаксиальный радиочастотный кабель, закрепленный на тросе по всей его длине и соединенный своим центральным проводником через разделительный конденсатор с входом устройства формирования сигнала тревоги, чувствительный элемент, выполненный в виде отрезков пьезоэлектрического кабеля с грузами на одном конце, подвешенных с противоположных концов в точках крепления коаксиального радиочастотного кабеля к тросу и соединенных с радиочастотным кабелем с помощью согласующих устройств, питаемых от общего источника питающего напряжения через нагрузочный резистор, включенный между выходом источника питающего напряжения и центральным проводником коаксиального радиочастотного кабеля, а второй полюс источника питающего напряжения соединен с экранирующей заземленной оплеткой коаксиального радиочастотного кабеля, под водой параллельно надводному тросу установлен трос с поплавками, снабженными механизмами их перемещения в вертикальной и горизонтальной плоскостях, на поплавках закреплены ненаправленные электроакустические излучатели, синфазно включенные по дополнительной линии связи с генератором напряжения килогерцового диапазона частот.The technical result is achieved by the fact that in the device for the protection of water lines containing a signal barrier in the form of a cable stretched above the water along the protected line and mounted on vertical supports, a coaxial radio frequency cable mounted on the cable along its entire length and connected to its central conductor through a separation a capacitor with the input of the alarm generating device, a sensitive element made in the form of pieces of a piezoelectric cable with loads at one end, suspended from opposite ends at the points of attachment of the coaxial radio frequency cable to the cable and connected to the radio frequency cable using matching devices, powered from a common voltage source through a load resistor connected between the output of the voltage source and the central conductor of the coaxial radio frequency cable, and the second pole of the voltage source connected to a shielded grounded braid of a coaxial RF cable, under water parallel to the surface cable of the mouth A cable with floats equipped with mechanisms for their movement in the vertical and horizontal planes has been updated; omnidirectional electro-acoustic emitters are mounted on the floats and connected in phase via an additional communication line with a voltage generator of the kHz frequency range.

Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором представлена структурная схема, где: 1 - трос, 2 - вертикальные опоры, 3 - отрезки пьезоэлектрического кабеля, 4 - водная среда, 5 - грузы, 6 -согласующее устройство, 7 - коаксиальный радиочастотный кабель, 8 -распорки, 9 - разделительный конденсатор, 10 - формирователь сигнала тревоги, 11 - нагрузочный резистор, 12 - источник питающего напряжения, 13 - ненаправленные электроакустические излучатели, 14 - генератор напряжения килогерцового диапазона частот, 15 - отдельная линия связи.The essence of the utility model is illustrated by the drawing, which shows a structural diagram, where: 1 - cable, 2 - vertical supports, 3 - pieces of a piezoelectric cable, 4 - water medium, 5 - loads, 6 - matching device, 7 - coaxial RF cable, 8 spacers, 9 - isolation capacitor, 10 - alarm driver, 11 - load resistor, 12 - supply voltage source, 13 - non-directional electro-acoustic emitters, 14 - kilohertz frequency range voltage generator, 15 - separate communication line.

Коаксиальный радиочастотный кабель 7 закреплен на распорках 8 и соединен через разделительный конденсатор 9 с входом формирователя сигнала тревоги 10, а через нагрузочный резистор 11 с выходом источника напряжения питания 12 всех согласующих устройств 6, причем второй полюс источника напряжения питания E_п соединен с экранирующей заземленной оплеткой коаксиального радиочастотного кабеля 7.The coaxial RF cable 7 is mounted on spacers 8 and connected through an isolation capacitor 9 to the input of the alarm driver 10, and through a load resistor 11 to the output of the power supply 12 of all matching devices 6, the second pole of the power supply E _p connected to a shielded grounded braid RF coaxial cable 7.

Под водой параллельно надводному тросу установлен трос с поплавками, снабженными механизмами их перемещения в вертикальной и горизонтальной плоскостях (на чертеже не показаны), на поплавках закреплены ненаправленные электроакустические излучатели, синфазно включенные по дополнительной линии связи с генератором напряжения килогерцового диапазона частот. Ненаправленные электроакустические излучатели 13 устанавливают механизмами их перемещения на одинаковых расстояниях от каждого из грузов 5 отрезков пьезоэлектрического кабеля 3.Under water parallel to the surface cable, a cable with floats equipped with mechanisms for their movement in the vertical and horizontal planes (not shown) is installed on the floats, omnidirectional electro-acoustic emitters are fixed on the floats, connected in phase via an additional communication line with the voltage generator of the kHz frequency range. Omnidirectional electro-acoustic emitters 13 are installed by mechanisms of their movement at equal distances from each of the cargo 5 segments of the piezoelectric cable 3.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Перемещение подводного объекта - потенциального нарушителя охраняемого рубежа в водной среде 4, возбуждает акустическую волну, распространяющуюся, в том числе, и в направлении охраняемого рубежа. На выходах отрезков пьезоэлектрического кабеля 3 возникают электрические сигналы, возрастающие по мере приближения нарушителя к рубежу до максимального значения при механическом контакте его как минимум с одним из отрезков пьезоэлектрического кабеля 3. Эти сигналы через согласующие устройства 6 поступают в коаксиальный радиочастотный кабель 7. Нагрузкой для всех согласующих устройств 6 является коаксиальный радиочастотный кабель 7 и нагрузочный резистор 11, включенный между выходом (центральным проводником) коаксиального радиочастотного кабеля 7 и клеммой источника питающего напряжения 12.The movement of an underwater object - a potential violator of the protected line in the aquatic environment 4, excites an acoustic wave propagating, including, in the direction of the protected line. At the outputs of the segments of the piezoelectric cable 3 there are electrical signals that increase as the intruder approaches the boundary to the maximum value when it mechanically contacts at least one of the segments of the piezoelectric cable 3. These signals through the matching devices 6 enter the coaxial RF cable 7. The load for all matching devices 6 is a coaxial RF cable 7 and a load resistor 11 connected between the output (center conductor) of the coaxial RF cable 7 and the first terminal of the supply voltage source 12.

Вторая клемма источника питающего напряжения 12 подключена к заземленной экранирующей оплетке коаксиального радиочастотного кабеля 7. На нагрузочном резисторе 11 возникает суммарное напряжение сигналов, возбуждаемых на выходах всех отрезков пьезоэлектрических кабелей 3. Фазовые сдвиги между выходными сигналами ближайших к месту действия нарушителя отрезков пьезоэлектрического кабеля 3 пренебрежимо малы, а уровни сигналов этих отрезков имеют наибольшую величину. Высокая чувствительность отрезков пьезоэлектрического кабеля 3 к акустическому давлению и эффект суммирования возбуждаемых в них сигналов на нагрузочном резисторе 11 обеспечивают повышение чувствительности устройства задолго до прямого соприкосновения нарушителя с элементами барьера. Напряжение сигнала, снимаемое с нагрузочного резистора 11 через разделительный конденсатор 9, поступает на вход формирователя сигнала тревоги 10, сигнал тревоги формируют по результатам анализа спектральной и временной изменчивости сигнала, поступающего на вход формирователя сигнала тревоги 10, в качестве которого использован персональный компьютер или сигнальный процессор, или звуковые элементы.The second terminal of the supply voltage source 12 is connected to the grounded shielding braid of the coaxial RF cable 7. At the load resistor 11, the total voltage of the signals excited at the outputs of all segments of the piezoelectric cables 3 appears. Phase shifts between the output signals of the segments of the piezoelectric cable 3 closest to the place of the intruder are negligible , and the signal levels of these segments have the largest value. The high sensitivity of the segments of the piezoelectric cable 3 to the acoustic pressure and the effect of summing the signals excited in them on the load resistor 11 provide an increase in the sensitivity of the device long before the intruder comes in direct contact with the barrier elements. The signal voltage taken from the load resistor 11 through the isolation capacitor 9 is fed to the input of the alarm driver 10, the alarm signal is generated from the analysis of the spectral and temporal variability of the signal fed to the input of the alarm driver 10, which is used as a personal computer or signal processor , or sound elements.

Ненаправленные электроакустические излучатели 13 создают акустическое поле в области расположения всех отрезков 5 пьезоэлектрического кабеля 3, достаточное для получения на их выходах напряжений с частотой, генерируемой генератором напряжения 14 килогерцового диапазона частот, и с уровнем, намного превышающим напряжение помехи, вызванной природным фактором.Omnidirectional electro-acoustic emitters 13 create an acoustic field in the area of all segments 5 of the piezoelectric cable 3, sufficient to receive voltages at their outputs with a frequency generated by a voltage generator of the 14 kHz frequency range and with a level much higher than the interference voltage caused by the natural factor.

Проникновение нарушителя в контролируемую область искажает за счет отражения, поглощения и рассеяния акустических волн акустическое поле в области расположения отрезков 5 пьезоэлектрического кабеля 3.The penetration of the intruder into the controlled area distorts due to the reflection, absorption and scattering of acoustic waves, the acoustic field in the location of the segments 5 of the piezoelectric cable 3.

На нагрузочном резисторе 11 происходит суммирование признаков перемещения нарушителя как функции изменения уровня суммарного сигнала килогерцового диапазона частот, т.е. амплитудной модуляции этого сигнала и обеспечивается требуемое превышение им при поступлении на вход формирователя сигнала тревоги 10 уровня помех, вызванных природным фактором.On the load resistor 11, the signs of the intruder move as a function of changing the level of the total signal of the kilohertz frequency range, i.e. the amplitude modulation of this signal and provides the required excess when it arrives at the input of the shaper of the alarm signal 10 interference levels caused by the natural factor.

Механизмы перемещения позволяют установить ненаправленные электроакустические излучатели 13 на одинаковых расстояниях от каждого из грузов 5 отрезков пьезоэлектрического кабеля 3. Этим снижается уровень помех, возникающих при неравномерном распределении в плоскости ненаправленных электроакустических излучателей 13.The movement mechanisms allow you to install non-directional electro-acoustic emitters 13 at equal distances from each of the cargo 5 segments of the piezoelectric cable 3. This reduces the level of interference that occurs when the uneven distribution in the plane of non-directional electro-acoustic emitters 13.

Частота напряжения, развиваемая генератором напряжения 14 килогерцового диапазона частот, выбрана из условия минимально допустимого поглощения создаваемого ненаправленными электроакустическими излучателями 13 акустического поля в водной среде и соразмерности излучаемых длин волн с линейными размерами нарушителя. Уровни выходного напряжения всех отрезков пьезоэлектрического кабеля 3 зависят от перемещения нарушителя, как за счет отражения волн, так и за счет их поглощения.The voltage frequency developed by the voltage generator of the 14 kHz frequency range is selected from the condition of the minimum allowable absorption of the acoustic field generated by the undirectional electro-acoustic emitters 13 in the aquatic environment and the proportionality of the emitted wavelengths with the linear dimensions of the intruder. The output voltage levels of all segments of the piezoelectric cable 3 depend on the movement of the intruder, both due to reflection of waves and due to their absorption.

Реально частота может быть ограничена пределом в 1 кГц, т.е. возбуждение ненаправленных излучателей должно быть относительно низкочастотным.In fact, the frequency can be limited to a limit of 1 kHz, i.e. excitation of non-directional emitters should be relatively low frequency.

Высокая чувствительность и помехозащищенность устройства позволяет увеличить расстояние между соседними отрезками пьезоэлектрического кабеля 3 по сравнению с прототипом, т.к. уровень развиваемого в них под действием акустического поля напряжения сигнала может превышать на 6-10 дБ уровень напряжения помех, вызванных природным фактором.The high sensitivity and noise immunity of the device allows to increase the distance between adjacent segments of the piezoelectric cable 3 in comparison with the prototype, because the level of signal voltage developed in them under the action of an acoustic field can exceed by 6-10 dB the level of interference voltage caused by the natural factor.

Claims

A device for the protection of water lines, containing a signal barrier in the form of a cable stretched above the water along the protected line and mounted on vertical supports, a coaxial radio frequency cable mounted on the cable along its entire length and connected by its central conductor through an isolation capacitor to the input of the alarm generating device , a sensitive element made in the form of pieces of a piezoelectric cable with weights at one end, suspended from opposite ends at attachment points coaxial RF cable to the cable and connected to the RF cable using matching devices, powered from a common power supply source through a load resistor connected between the output of the power supply voltage and the central conductor of the coaxial RF cable, and the second pole of the power supply voltage connected to a shielded grounded braid of the coaxial RF cable, characterized in that under water parallel to the surface cable is installed a cable with floats and, equipped with mechanisms for their movement in the vertical and horizontal planes, omnidirectional electro-acoustic emitters fixed in-line, connected in phase through an additional communication line with a voltage generator of the kilohertz frequency range.