RU159824U1

RU159824U1 - Охранный пассивный инфракрасный извещатель

Info

Publication number: RU159824U1
Application number: RU2015128717/12U
Authority: RU
Inventors: Владимир Владимирович Волхонский; Павел Андреевич Воробьев; Сергей Леонидович Малышкин; Валерий Иванович Перчуков; Татьяна Михайловна Рахматуллина
Original assignee: Закрытое акционерное общество "РИЭЛТА"
Priority date: 2015-07-14
Filing date: 2015-07-14
Publication date: 2016-02-20

Abstract

1. Охранный пассивный инфракрасный извещатель, содержащий корпус, внутри которого расположен пироэлектрический приемник с четырьмя чувствительными элементами, размещенными по углам прямоугольника, оптическую систему, которая фокусирует на указанный пироприемник инфракрасное излучение от движущегося объекта и электрическую схему обработки сигнала, включающую канал обнаружения движения в поперечном направлении, отличающийся тем, что каждый из указанных чувствительных элементов пироприемника является независимым и имеет по одному независимому выходному контакту, а электрическая схема обработки сигнала дополнительно включает независимый канал обнаружения движения в продольном направлении, при этом в каждый канал обнаружения движения входят два сумматора, имеющих два входных и один выходной контакт, операционный усилитель, имеющий два входных и один выходной контакт, пороговое устройство, а оба канала соединены между собой логическим элементом.2. Извещатель по п. 1, отличающийся тем, что выходной контакт каждого чувствительного элемента соединен с одним из входных контактов двух сумматоров, входящих в разные каналы обнаружения движения, в свою очередь, входные контакты каждого из сумматоров, входящих в один канал обнаружения движения, соединены с входными контактами двух чувствительных элементов, образуя при этом две пары чувствительных элементов, расположенных вертикально - в канале обнаружения движения в поперечном направлении или горизонтально - в канале обнаружения движения в продольном направлении.3. Извещатель по п. 2, отличающийся тем, что дифференциальный усилитель, входящий в каждый канал обнаружения дви

Description

Область техники, к которой относится полезная модель

Полезная модель относится к области охранной сигнализации и предназначена для обнаружения нарушителя в охраняемом пространстве, в частности, к охранному пассивному инфракрасному (ПИК) извещателю для обнаружения нарушителя при движении последнего как в поперечном направлении, так и в продольном направлении относительно диаграммы направленности ПИК извещателя.

Уровень техники

В системах охранной сигнализации для обнаружения проникновения нарушителя в охраняемое пространство широко применяются ПИК извещатели. Любой ПИК извещатель содержит пироэлектрический приемник, который способен регистрировать тепловое излучение, а также оптическую схему, как правило, линзу Френеля, которая фокусирует поток теплового излучения на указанном пироприемнике. Принцип действия такого ПИК извещателя основан на регистрации изменений потока теплового излучения, вызванных движением человека в пределах зоны обнаружения ПИК извещателя. В частности, за счет сегментированности линзы Френеля в пределах зоны обнаружения извещателя создается множество пар лучей, пересечение движущимся объектом каждого из которых влечет за собой изменение уровня сигнала на выходе пироприемника. Каждый такой луч состоит из двух меньших лучей, пересечение одного из которых вызывает отклонение сигнала на выходе пироприемника в положительный полупериод, а пересечение другого - в отрицательный полупериод. Таким образом, при пересечении нарушителем одной или более пар лучей на выходе пироприемника возникает сигнал, состоящий из чередующихся положительных и отрицательных импульсов, в результате чего электронная схема ПИК извещателя выдает сигнал тревоги.

Зона обнаружения ПИК извещателя зависит от формы диаграммы направленности ПИК извещателя, которая, в свою очередь, зависит от того, каким образом сегментирована оптическая схема ПИК извещателя. Как правило, на виде сверху диаграмма направленности представляет собой сектор окружности, в центре которой находится ПИК извещатель, при этом от указанного центра, то есть от ПИК извещателя, в пределах указанного сектора расходятся лучи, параллельные радиусу указанного сектора. В общем случае, электронная схема ПИК извещателя выдает сигнал тревоги тогда, когда на выходе пироприемника формируется последовательность чередующихся отрицательных и положительных импульсов, обусловленных пересечением нарушителем нескольких соответствующих лучей диаграммы направленности. Подобное пересечение возможно только тогда, когда нарушитель двигается в поперечном направлении, то есть поперек лучей диаграммы направленности. Однако, очевидно то, что предполагаемый нарушитель может двигаться не только в поперечном направлении, но и в продольном направлении относительно диаграммы направленности ПИК извещателя.

Под продольным направлением движения следует понимать такое движение, при котором движущийся объект перемещается вдоль луча (или вдоль промежутка между парой лучей) диаграммы направленности ПИК извещателя, то есть в направлении на ПИК извещатель или от ПИК извещателя, а под поперечным направлением движения следует понимать такое движение, при котором движущийся объект перемещается поперек лучей диаграммы направленности ПИК извещателя, то есть в перпендикулярном продольному направлению направлении.

Таким образом, одним из главных недостатков ПИК извещателей является их уязвимость при движении нарушителя именно в продольном направлении относительно диаграммы направленности ПИК извещателя. В этом случае, поскольку движущийся объект перемещается вдоль луча, состоящего из пары лучей, пересечения этих лучей не происходит, следовательно, сигнал на выходе пироприемника мало меняется и ПИК извещатель не отправляет на блок управления охранной сигнализации или на соответствующий пост охраны сигнала тревоги. Экспериментальные исследования показали, что двигаясь в продольном направлении, то есть в направлении на извещатель, нарушитель может пройти значительную дистанцию в пределах охраняемого пространства и остаться необнаруженным. Более того, при движении в пределах зоны обнаружения ПИК извещателя нарушитель может многократно изменять направление движения, однако периодически двигаясь при этом в продольном направлении, нарушитель может по существу пересечь всю зону обнаружения и остаться незамеченным. Другими словами, на практике ПИК извещатель может обеспечить крайне низкую вероятность обнаружения подготовленного нарушителя, или же оказаться вовсе бесполезным против него.

С учетом описанного выше недостатка, при проектировании систем охранных сигнализаций с использованием ПИК извещателей, принято соблюдать рекомендации, согласно которым ПИК извещатель необходимо устанавливать так, чтобы при входе в зону обнаружения извещателя предполагаемый нарушитель был вынужден двигаться в поперечном направлении относительно диаграммы направленности ПИК извещателя, то есть пересекать пары лучей, вызывая тем самым срабатывание схемы сигнализации.

Авторам настоящей заявки известен патентный документ US 4,914,298, в котором раскрыт ПИК извещатель с функцией определения направления движения источника инфракрасного излучения. В частности, в US 4,914,298 ПИК извещатель содержит четыре пироэлектрических чувствительных элемента, по форме расположения образующих прямоугольник, причем каждый элемент выполнен с возможностью генерирования сигнала такой величины, которая пропорциональна зарегистрированному этим элементом изменению теплового излучения. Указанный ПИК извещатель также содержит средства для определения среди сгенерированных элементами сигналов сигнала максимальной величины и средства генерирования упорядоченных импульсов, последовательно генерируемых для каждого из указанных элементов, вслед за генерированием указанных сигналов. При этом также имеются средства генерирования контрольного сигнала, идентифицирующего направление движения движущегося объекта, определенного на основании хронологической последовательности генерирования указанных упорядоченных импульсов. Недостатком ПИК извещателя из US 4,914,298 является отсутствие сегментированной линзы Френеля, которая разбивала бы охраняемое пространство на лучи, при пересечении нарушителем которых - срабатывала бы сигнализация, а также не содержит каких-либо технических средств, направленных на снижение числа ложных срабатываний, то есть указанный извещатель не является охранным. Вместо этого он функционирует в паре с механизмом открытия/закрытия раздвижных дверей и предназначен для обнаружения движения только в одном направлении.

Источником информации, раскрывающим ближайший аналог-прототип настоящей полезной модели, является патент US 5,045,702, в котором раскрыт ПИК извещатель, содержащий подложку, на которой, образуя при этом форму прямоугольника, параллельно расположены две пары пироэлектрических чувствительных элементов. В US 5,045,702, в показанном на Фиг. 2 варианте осуществления указанные элементы каждой пары соединены параллельно и имеют разную полярность для уменьшения влияния изменений фонового излучения на выходной сигнал пироприемника. Указанные пары пироэлементов при помощи средств связи, таких как резисторы и транзисторы, последовательно соединены со средствами вывода для передачи порождаемого пироприемником сигнала в единый канал оценки. Такой ПИК извещатель, хотя и обеспечивает симметричные сигналы от указанных пар пироэлементов, тем самым позволяя установить очень простую пороговую оценку по удвоенному значению с положительным и отрицательным порогом распознавания одинаковой величины, не обладает повышенной чувствительностью к изменениям теплового излучения, вызванным перемещением объекта в продольном направлении движения, так как упомянутый выше единый канал оценки не дифференцирует сигналы, поступающие с выходов пироэлементов, на сигналы, порожденные пересечением диаграммы направленности поперек, и сигналы, порожденные пересечением диаграммы направленности вдоль. Согласно описанию из US 5,045,702, перемещающийся по охраняемому пространству нарушитель порождает лишь сигнал удвоенной амплитуды на выходе ПИК извещателя (в сравнении с другими существующими извещателями). Таким образом, изобретение из US 5,045,702 позволяет либо сделать ПИК извещатель чувствительнее в два раза, либо удвоить пороговые значения извещателя, тем самым, уменьшив вероятность ложных срабатываний. Однако, несмотря на то, что указанный ПИК извещатель имеет высокую чувствительность и более плотный охват охраняемого пространства, он по-прежнему предназначен, главным образом, для обнаружения нарушителя, двигающегося в поперечном направлении относительно диаграммы направленности.

Поскольку описанный выше недостаток, присущий известным типам ПИК извещателей, накладывает определенные ограничения при проектировании охранных систем, то, по мнению авторов настоящей заявки, целесообразным представляется решение задачи, направленной на создание ПИК извещателя, способного обеспечить надежное обнаружение нарушителя при движении последнего как в поперечном направлении, так и в продольном направлении относительно направления на извещатель.

Раскрытие полезной модели

Указанная выше задача решается за счет ПИК извещателя, конструкция которого выполнена согласно настоящей полезной модели.

Краткое описание чертежей

Нижеследующее подробное описание сущности полезной модели приведено со ссылками на Фиг. 1-4 прилагаемых чертежей, на которых:

на Фиг. 1 схематически показана конструкция ПИК извещателя, согласно настоящей полезной модели;

на Фиг. 2 показана блок схема ПИК извещателя с Фиг. 1;

на Фиг. 3 показана блок схема с Фиг. 1, поясняющая принцип работы ПИК извещателя в случае, когда нарушитель двигается в поперечном направлении относительно диаграммы направленности;

на Фиг. 4 показана блок схема с Фиг. 1, поясняющая принцип работы ПИК извещателя в случае, когда нарушитель двигается в продольном направлении относительно диаграммы направленности.

Осуществление полезной модели

Как видно из Фиг.1, устройство 1 согласно настоящей полезной модели содержит корпус 2, оптическую схему (не показана), пироэлектрический приемник 3 и электрическую схему обработки сигнала, состоящую из канала 4 обнаружения (КО) движения нарушителя в поперечном направлении, канала 5 обнаружения (КО) движения нарушителя в продольном направлении и логического элемента 6. На Фиг. 2-4 продольное направление движения обозначено стрелками А, а поперечное направление - стрелками В. Как подробно показано на Фиг. 2, указанный пироэлектрический приемник 3 представляет собой пироприемник с четырьмя независимыми и чувствительными к инфракрасному излучению элементами Э₁, Э₂, Э₃, Э₄, пространственное расположение которых соответствует форме прямоугольника, другими словами элементы Э₁, Э₂, Э₃, Э₄ расположены по углам воображаемого прямоугольника. Предпочтительно, пространственное расположение элементов Э₁, Э₂, Э₃, Э₄ образует форму квадрата, при этом зазор между горизонтальными парами элементов равен зазору между вертикальными парами элементов. Каждый из элементов Э₁, Э₂, Э₃, Э₄ имеет свой собственный независимый выходной контакт 11, 22, 33, 44, соответственно. КО 4 содержит пару сумматоров С₁, С₂, операционный усилитель ОУ₁ и пороговое устройство ПУ₁. Аналогично, КО 5 содержит пару сумматоров С₃, С₄, операционный усилитель ОУ₂ и пороговое устройство ПУ₁. Каждый сумматор С₁, С₂, С₃, С₄ имеет пару входных контактов и один выходной контакт. Каждый операционный усилитель ОУ₁, ОУ₂ имеет дифференциальный вход, содержащий один неинвертирующий входной контакт и один инвертирующий входной контакт, а также выходной контакт. Пороговые устройства ПУ₁, ПУ₂ имеют по одному входному контакту и одному выходному выходу и предназначены для фильтрации помех и снижения числа ложных срабатываний.

Выходной контакт 11 первого чувствительного элемента 3i соединен с одним из входных контактов сумматора C₁ и с одним из входных контактов сумматора С₄. Выходной контакт 22 второго чувствительного элемента Э₂соединен с одним из входных контактов сумматора С₂ и с одним из входных контактов сумматора С₄. Выходной контакт 33 третьего чувствительного элемента Э₃ соединен с одним из входных контактов сумматора C₁ и с одним из входных контактов сумматора С₃. Выходной контакт 44 второго чувствительного элемента Э₄ соединен с одним из входных контактов сумматора С₂ и с одним из входных контактов сумматора С₃. Таким образом, сумматор C₁ соединен с выходами пары элементов Э₁, Э₃; сумматор С₂соединен с выходами пары элементов Э₂, Э₄; сумматор С₃ соединен с выходами пары элементов Э₃, Э₄; сумматор С₄ соединен с выходами пары элементов Э₂, Э₁. На Фиг. 2-4 над каждым входным контактом сумматоров С₁, С₂, С₃, С₄ указан номер выходного контакта соответствующего элемента пироприемника 3, с которым соединен соответствующий входной контакт сумматора.

Как видно на Фиг. 2, сумматоры С₁, С₂ входят в состав КО 4 и суммируют сигналы от двух вертикальных пар пироэлементов: сумматор C₁ - от пары элементов Э₁, Э₃, а сумматор С₂ - от пары элементов Э₂, Э₄. Аналогично, сумматоры С₃, С₄ входят в состав КО 5 продольного движения и суммируют сигналы от двух горизонтальных пар пироэлементов: сумматор С₃ - от пары элементов Э₃, Э₄, а сумматор С₄ - от пары элементов Э₁, Э₂.

Далее, к примеру, выходной сигнал сумматора C₁ подается на неинвертирующий входной контакт операционного усилителя ОУ₁, а выходной сигнал сумматора С₂ подается на инвертирующий входной контакт операционного усилителя ОУ₁, или наоборот. Выходной сигнал сумматора С₃, например, подается на неинвертирующий входной контакт операционного усилителя ОУ₂, а выходной сигнал сумматора С₄ подается на инвертирующий входной контакт операционного усилителя ОУ₂, или наоборот. Разностные входы операционных усилителей ОУ₁, ОУ₂ обеспечивают температурную компенсацию. Далее, выходной сигнал операционного усилителя ОУ₁ подается на входной контакт порогового устройства ПУ₁, а выходной сигнал операционного усилителя ОУ₂ подается на входной контакт порогового устройства ГТУ₂. Если поступивший в одно из пороговых устройств ПУ₁, ПУ₂, сигнал превышает заранее заданный порог, то с выхода соответствующего порогового устройства сигнал поступает на один из входных контактов логического элемента 6, который интерпретирует наличие сигнала заданного уровня на одном из своих входных контактов как команду к выдаче сигнала тревоги схемой ПИК извещателя.

В процессе эксплуатации предложенного ПИК извещателя может возникнуть ситуация, когда сразу в обоих каналах обнаружения КО 4, КО 5 сигналы, поступившие на входные контакты пороговых устройств ПУ₁, ПУ₂будут превышать значения, установленные в указанных пороговых устройствах, следовательно, каждое из пороговых устройств ПУ₁, ПУ₂ сгенерирует выходной сигнал, который далее поступит на соответствующий входной контакт логического элемента 6. В таком случае, логический элемент 6 также выдаст сигнал, инициирующий выдачу схемой ПИК извещателя сигнала тревоги.

Предпочтительно, логический элемент 6 представляет собой логический элемент ИЛИ.

Оба указанных канала - КО 4 и КО 5 - работают постоянно, то есть сигналы с выходов пироприемника 3 непрерывно подаются на сумматоры С₁, С₂, С₃, С₄, далее на операционные усилители ОУ₁, ОУ₂, пороговые устройства ПУ₁, ПУ₂ и логический элемент 6. Это обеспечивает то преимущество, что ПИК извещатель непрерывно «отслеживает» изменения теплового излучения как поперек диаграммы направленности, так и вдоль нее. Это, в свою очередь, обеспечивает инвариантность вероятности обнаружения ПИК извещателя к направлению движения цели, т.е. предполагаемого нарушителя.

ПИК извещатель согласно настоящей полезной модели содержит пироприемник 3, имеющий одновременно две пары чувствительных к инфракрасному (ИК) излучению элементов, которые за счет наличия двух каналов 4, 5 обнаружения движения обеспечивают фактически четыре пары чувствительных элементов одновременно, то есть по две пары на канал. В частности, горизонтальные пары (Э₁; Э₂) и (Э₃; Э4) элементов для КО 4, а также вертикальные пары (Э₁; Э₃) и (Э₂; Э₄) элементов для КО 5.

В случае, когда нарушитель двигается в поперечном направлении (фиг. 3), то на входные контакты сумматоров С₁, С₂ поступают сигналы большей амплитуды, чем на входные контакты сумматоров С₃, С₄, так как нарушитель в этом случае пересекает лучи, формируемые вертикальными парами (Э₁; Э₃) и (Э₂; Э₄) элементов пироприемника 3. Следовательно, на логический элемент 6 поступает сигнал от КО 4.

В случае, когда нарушитель двигается в продольном направлении (фиг. 4), то на входные контакты сумматоров С₃, С₄ поступают сигналы большей амплитуды, чем на входные контакты сумматоров С₁, С₂, так как нарушитель в этом случае пересекает лучи, формируемые горизонтальными парами (Э₁; Э₂) и (Э₃; Э₄) элементов пироприемника 3. Следовательно, на логический элемент 6 поступает сигнал от КО 5.

Альтернативно, КО 4 и КО 5 могут быть реализованы без использования таких электронных компонентов как сумматоры, операционные усилители, пороговые устройства и логические элементы. Например, устройство 1 может содержать микропроцессор со встроенным АЦП и множеством входов, часть из которых соединены с выходными контактами 11, 22, 33, 44 элементов Э₁, Э₂, Э₃, Э₄, при этом указанный микропроцессор содержит инструкции согласно которым: суммируют значения сигналов, полученных с каждой пары элементов пироприемника 3, вычисляют разницу значений, полученных от горизонтальных пар (Э₁; Э₂) и (Э₃; Э₄) элементов, и разницу значений, полученных от вертикальных пар (Э₁; Э₃) и (Э₂; Э₄) элементов, сравнивают полученные разностные значения с пороговыми значениями для каждого из каналов обнаружения движения, и при превышении по меньшей мере одного из указанных пороговых значений соответствующим указанным разностным значением генерируют сигнал на выходе микропроцессора, инициирующий выдачу схемой ПИК извещателя сигнала тревоги.

Согласно настоящей полезной модели, независимо от направления движения нарушитель будет пересекать пару элементарных чувствительных зон, образованных либо двумя горизонтальными парами элементов, либо двумя вертикальными парами элементов пироэлектрического приемника. Поэтому чувствительность ПИК извещателя будет практически не зависеть от направления движения нарушителя в пределах зоны обнаружения ПИК извещателя.

Предложенный охранный ПИК извещатель может быть предназначен как для установки на потолке, то есть иметь потолочное крепление, так и для установки на стене, то есть иметь настенное крепление. В последнем случае предпочтительнее установка на большей высоте, по сравнению с обычными ПИК извещателями.

ПЕРЕЧЕНЬ ПРИЛАГАЕМЫХ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг. 1 - схематическая конструкция ПИК извещателя, согласно заявляемой полезной модели;

Фиг. 2 - блок схема заявляемого ПИК извещателя;

Фиг. 3 - блок схема заявляемого ПИК извещателя с Фиг. 1 в случае, когда нарушитель двигается в поперечном направлении относительно диаграммы направленности;

Фиг. 4 - блок схема заявляемого ПИК извещателя с Фиг. 1 в случае, когда нарушитель двигается в продольном направлении относительно диаграммы направленности.

Claims

1. Охранный пассивный инфракрасный извещатель, содержащий корпус, внутри которого расположен пироэлектрический приемник с четырьмя чувствительными элементами, размещенными по углам прямоугольника, оптическую систему, которая фокусирует на указанный пироприемник инфракрасное излучение от движущегося объекта и электрическую схему обработки сигнала, включающую канал обнаружения движения в поперечном направлении, отличающийся тем, что каждый из указанных чувствительных элементов пироприемника является независимым и имеет по одному независимому выходному контакту, а электрическая схема обработки сигнала дополнительно включает независимый канал обнаружения движения в продольном направлении, при этом в каждый канал обнаружения движения входят два сумматора, имеющих два входных и один выходной контакт, операционный усилитель, имеющий два входных и один выходной контакт, пороговое устройство, а оба канала соединены между собой логическим элементом.

2. Извещатель по п. 1, отличающийся тем, что выходной контакт каждого чувствительного элемента соединен с одним из входных контактов двух сумматоров, входящих в разные каналы обнаружения движения, в свою очередь, входные контакты каждого из сумматоров, входящих в один канал обнаружения движения, соединены с входными контактами двух чувствительных элементов, образуя при этом две пары чувствительных элементов, расположенных вертикально - в канале обнаружения движения в поперечном направлении или горизонтально - в канале обнаружения движения в продольном направлении.

3. Извещатель по п. 2, отличающийся тем, что дифференциальный усилитель, входящий в каждый канал обнаружения движения, своими входными контактами соединен с выходными контактами двух сумматоров, входящих в соответствующий канал обнаружения движения, а выходным контактом соединен через пороговое устройство с логическим элементом.

4. Извещатель по п. 1, отличающийся тем, что логический элемент представляет собой логический элемент ИЛИ.