RU2012925C1

RU2012925C1 - Guard signalling system

Info

Publication number: RU2012925C1
Authority: RU
Inventors: В.А. Хотеенков; Ю.К. Свирский; В.А. Костюхин
Original assignee: Государственное предприятие "Специальное научно-производственное объединение "ЭЛЕРОН"
Priority date: 1991-06-10
Filing date: 1991-06-10
Publication date: 1994-05-15

Abstract

FIELD: guard systems. SUBSTANCE: system has two capacitive sensitive elements, two resistors, two diodes, lower frequency filter, low frequency amplifier, zero potential bus, univibrator, connected in series with actuating unit. Higher frequency filter and RS-flip-flop are brought into the device additionally. When capacitive coupling of one sensitive element is changed relatively the earth, relation between durations of pulses and pauses between pulses in direct output of RS-flip-flop is changed either, and actuating unit begins to operate. EFFECT: improved tactical reliability. 2 dwg

Description

Изобретение относится к охранной сигнализации и может быть использовано при построении систем охраны протяженных участков местности, периметров объектов, а также проемов (окон, дверей) зданий и отдельных металлических предметов, например шкафов и сейфов, находящихся внутри помещений. The invention relates to burglar alarms and can be used to build security systems for long sections of the terrain, perimeters of objects, as well as openings (windows, doors) of buildings and individual metal objects, such as cabinets and safes, located indoors.

Известно устройство тревожной сигнализации, содержащее последовательно соединенные емкостной датчик, автогенератор и исполнительный блок. При изменении емкостной связи емкостного датчика с землей при касании датчика человеком или при приближении человека к датчику происходит срыв колебаний автогенератора, при этом исполнительный блок выдает сигнал тревоги. A known alarm device containing a series-connected capacitive sensor, oscillator and actuator. When the capacitive coupling of the capacitive sensor with the ground changes when a person touches the sensor or when a person approaches the sensor, oscillation of the oscillator occurs, while the executive unit gives an alarm.

Недостатком данного устройства является невысокая наработка на ложное срабатывание, обусловленная низкой устойчивостью к климатическим (дождь, снег) и электромагнитным помехам, которые также вызывают срыв колебаний автогенератора, как и человек при прикосновении (или при приближении) к блокируемому объекту. The disadvantage of this device is the low operating time for false alarms due to low resistance to climatic (rain, snow) and electromagnetic interference, which also cause a breakdown of the oscillator, as a person when touching (or when approaching) a blocked object.

Известно устройство тревожной сигнализации, содержащее последовательно соединенные емкостной чувствительный элемент, генератор напряжения, первый усилитель, фильтр, второй усилитель, компаратор и исполнительный блок. При изменении емкостной связи чувствительного элемента с землей изменяется напряжение на выходе, при этом на выходе фильтра появляется сигнал, который усиливается вторым усилителем и подается на вход компаратора. По достижении порогового уровня компаратора сигналом с его выхода включается исполнительный блок, формирующий сигнал тревоги. A known alarm device containing a series-connected capacitive sensing element, a voltage generator, a first amplifier, a filter, a second amplifier, a comparator and an executive unit. When the capacitive coupling of the sensing element with the earth changes, the output voltage changes, and a signal appears at the output of the filter, which is amplified by a second amplifier and fed to the input of the comparator. Upon reaching the threshold level of the comparator, a signal from its output activates the Executive unit, which generates an alarm.

Недостатком данного устройства является невысокая помехоустойчивость к климатическим факторам (дождь, снег) и к электромагнитным полям, вызывающим ложные срабатывания устройства. The disadvantage of this device is its low noise immunity to climatic factors (rain, snow) and to electromagnetic fields causing false alarms of the device.

Наиболее близким к изобретению по технической сути является устройство для тревожной сигнализации емкостного типа, содержащее два емкостных чувствительных элемента, подключенных к концам первичной обмотки дифференциального трансформатора, отвод которой подключен к одной клемме генератора, другая клемма которого соединена с шиной нулевого потенциала, вторичная обмотка дифференциального трансформатора через усилитель подключена к схеме обработки сигналов, причем первичная обмотка дифференциального трансформатора выполнена несимметричной. Схема обработки сигналов содержит два диода, два накопительных конденсатора, последовательно соединенные фильтр нижних частот, фильтр высоких частот, пороговый элемент и исполнительный блок. Closest to the invention in technical essence is a capacitive type alarm device containing two capacitive sensing elements connected to the ends of the primary winding of a differential transformer, the tap of which is connected to one terminal of the generator, the other terminal of which is connected to the zero potential bus, the secondary winding of the differential transformer through the amplifier is connected to the signal processing circuit, and the primary winding of the differential transformer is made unbalanced ethric. The signal processing circuit contains two diodes, two storage capacitors, a low-pass filter, a high-pass filter, a threshold element and an executive unit connected in series.

Вторичная обмотка дифференциального трансформатора подключена к входу усилителя, выход которого подключен к двум диодам с противоположной полярностью. Выпрямленное диодами напряжение снимается с накопительных конденсаторов и подается на основное фиксирующее устройство исполнительного блока, представляющего собой трехобмоточное поляризованное реле. Одна обмотка реле соединена последовательно с конденсатором большой емкости. Резистор и конденсатор, подключенные параллельно обмотке реле и конденсатору большой емкости, позволяют подобрать постоянную времени основного фиксирующего устройства исполнительного блока, обеспечивающего фиксацию кратковременных изменений сигнала (подачу сигнала тревоги). The secondary winding of the differential transformer is connected to the input of the amplifier, the output of which is connected to two diodes with opposite polarity. The voltage rectified by the diodes is removed from the storage capacitors and fed to the main fixing device of the actuator unit, which is a three-wound polarized relay. One relay coil is connected in series with a large capacitor. A resistor and a capacitor connected in parallel with the relay coil and a large capacitor allow you to choose the time constant of the main locking device of the actuator unit, which ensures the fixation of short-term changes in the signal (alarm signal).

Первый транзисторный ключ и вторая обмотка трехобмоточного поляризованного реле образуют второе фиксирующее устройство, имеющее определенный порог срабатывания при возрастании сигнала управления. Второй транзисторный ключ и третья обмотка поляризованного реле образуют третье фиксирующее устройство, срабатывающее при спаде до определенной величины сигнала. The first transistor switch and the second winding of a three-winding polarized relay form a second locking device having a certain threshold when the control signal increases. The second transistor switch and the third winding of the polarized relay form a third locking device, which is triggered when it drops to a certain value of the signal.

В зависимости от того, к какому из чувствительных элементов приблизился человек, напряжение на накопительных конденсаторах либо увеличивается, либо спадает. В случае роста управляющее напряжение отпирает первый ключ, в результате чего по второй обмотке течет ток, и контактная группа реле обеспечивает выдачу сигнала тревоги. В случае спада управляющего напряжения отпирается второй ключ и ток протекает по третьей обмотке реле, при этом срабатывает реле, контактная группа которого обеспечивает подачу сигнала тревоги. Depending on which of the sensitive elements a person has approached, the voltage across the storage capacitors either increases or decreases. In case of growth, the control voltage unlocks the first key, as a result of which a current flows through the second winding, and the relay contact group provides an alarm. In the event of a drop in the control voltage, the second switch is unlocked and current flows through the third winding of the relay, while the relay is activated, the contact group of which provides an alarm signal.

Недостатком данного устройства является невысокая тактическая надежность, обусловленная насыщением тракта обработки сигналов при большом разбалансе чувствительных элементов, например, при неравномерном по длине антенны выпадении снега или дождя. Разбаланс антенн вызывает насыщение усилителя, при этом резко снижается чувствительность элемента. The disadvantage of this device is its low tactical reliability, due to saturation of the signal processing path with a large imbalance of sensitive elements, for example, snow or rain that is uneven along the length of the antenna. The imbalance of the antennas causes saturation of the amplifier, while the sensitivity of the element decreases sharply.

Цель изобретения - повышение тактической надежности за счет исключения насыщения тракта обработки сигналов. The purpose of the invention is to increase tactical reliability by eliminating the saturation of the signal processing path.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее два емкостных чувствительных элемента, два резистора, два вентиля, общую шину, фильтр нижних частот, усилитель низкой частоты и последовательно соединенные одновибратор и исполнительный блок, введены фильтр верхних частот, инвертор и RS-триггер, подключенный S-входом к шине нулевого потенциала через первый емкостной чувствительный элемент, к первому выводу первого резистора и к аноду первого вентиля, катод которого соединен с вторым выводом первого резистора, со входом инвертора и с первым выходом RS-триггера, R-вход которого подсоединен к шине нулевого потенциала через второй емкостной чувствительный элемент, к первому выводу второго резистора и аноду второго вентиля, подключенного катодом к второму выводу второго резистора и выходу инвертора, второй выход RS-триггера соединен с входом фильтра нижних частот, выход которого подключен к входу фильтра верхних частот, подсоединенного выходом к входу усилителя низкой частоты, выход которого соединен с входом одновибратора. This goal is achieved by the fact that in the device containing two capacitive sensing elements, two resistors, two valves, a common bus, a low-pass filter, a low-frequency amplifier and a single-shot and actuator unit connected in series, a high-pass filter, an inverter and an RS-trigger are introduced, connected by an S-input to the zero potential bus through the first capacitive sensing element, to the first output of the first resistor and to the anode of the first valve, the cathode of which is connected to the second output of the first resistor, with an inverter input ora and with the first output of the RS-flip-flop, the R-input of which is connected to the zero potential bus through the second capacitive sensing element, to the first output of the second resistor and the anode of the second valve, connected by the cathode to the second output of the second resistor and the inverter output, the second output of the RS-flip-flop connected to the input of the low-pass filter, the output of which is connected to the input of the high-pass filter, connected by the output to the input of the low-frequency amplifier, the output of which is connected to the input of the one-shot.

На фиг. 1 представлена функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие работу устройства. In FIG. 1 presents a functional diagram of the proposed device; in FIG. 2 is a timing diagram explaining the operation of the device.

Устройство для охранной сигнализации содержит емкостные чувствительные элементы (ЧЭ) 1 и 2, RS-триггер 3, резисторы 4 и 5, ключи, выполненные в виде диодов 6 и 7, инвертор 8 и последовательно соединенные фильтр нижних частот (ФНЧ) 9, фильтр верхних частот (ФВЧ) 10, усилитель низкой частоты (УНЧ) 11, одновибратор 12 и исполнительный блок 13, например, в виде реле, светодиода или звуковой сирены. The security alarm device contains capacitive sensitive elements (SE) 1 and 2, an RS-trigger 3, resistors 4 and 5, keys made in the form of diodes 6 and 7, an inverter 8 and a series-connected low-pass filter (LPF) 9, a high-pass filter frequencies (HPF) 10, low-frequency amplifier (VLF) 11, single-shot 12 and the Executive unit 13, for example, in the form of a relay, LED or audible siren.

S-вход RS-триггера 3 подключен к шине нулевого потенциала через емкостной чувствительный элемент 1, к первому выводу резистора 4 и к аноду диода 6, катод которого соединен с вторым выводом резистора 4, с входом инвертора 8 и с инверсным выходом RS-триггера 3. R-вход RS-триггера 3 подсоединен к шине нулевого потенциала через емкостной чувствительный элемент 2, к первому выводу резистора 5 и аноду диода 7, подключенного катодом к второму выводу резистора 5 и выходу инвертора 8. Прямой выход RS-триггера 3 соединен со входом ФНЧ 9. The S-input of the RS-trigger 3 is connected to the zero potential bus through a capacitive sensor 1, to the first output of the resistor 4 and to the anode of the diode 6, the cathode of which is connected to the second output of the resistor 4, with the input of the inverter 8 and with the inverse output of the RS-trigger 3 The R-input of the RS-flip-flop 3 is connected to the zero potential bus through a capacitive sensing element 2, to the first output of the resistor 5 and the anode of the diode 7, connected by the cathode to the second output of the resistor 5 and the output of the inverter 8. The direct output of the RS-flip-flop 3 is connected to the input Low-pass filter 9.

В качестве чувствительных элементов 1 и 2 используются изолированные от земли токопроводные пластины (шлейфы), закрепленные на заграждении или на блокируемых проемах (окнах, дверях) помещений, а также могут использоваться сами металлические охраняемые предметы (шкафы, сейфы и т. д. ). As sensitive elements 1 and 2, conductive plates (loops) insulated from the earth are used, mounted on a fence or on blocked openings (windows, doors) of premises, and metal protected objects themselves (cabinets, safes, etc.) can also be used.

Постоянная времени ФВЧ 10 выбрана много меньше, чем характерное время воздействия дестабилизирующих факторов (промокание, выпадение снега и т. д. ). The time constant of the high-pass filter 10 is chosen much less than the characteristic time of exposure to destabilizing factors (getting wet, snow falling, etc.).

На фиг. 2 обозначены напряжения: 14 - на прямом выходе RS-триггера 3, соединенном с входом ФНЧ 9, при касании емкостного чувствительного элемента 2, 15 - на выходе ФНЧ 9, 16 - на выходе ФВЧ 10, 17 - на выходе усилителя низкой частоты 11, 18 - на выходе одновибратора 12, U_пор - пороговый уровень одновибратора 12.In FIG. 2, voltages are indicated: 14 — at the direct output of the RS-flip-flop 3 connected to the input of the low-pass filter 9, when the capacitive sensing element 2 is touched, 15 — at the output of the low-pass filter 9, 16 — at the output of the high-pass filter 10, 17 — at the output of the low-frequency amplifier 11, 18 - at the output of a single vibrator 12, U _then - threshold level of a single vibrator 12.

Постоянная времени цепи, состоящей из резистора 4 и емкостного ЧЭ 1, определяет длительность импульсов на прямом выходе RS-триггера 3, а цепь, состоящая из резистора 5, емкостного ЧЭ 2 и инвертора 8, определяет длительность паузы между импульсами на прямом выходе RS-триггера 3. Вентили 6 и 7 обеспечивают более быстрый переход RS-триггера 3 из одного состояния в другое за счет разряда емкостей ЧЭ 1 и 2 в момент переключения триггера 3. The time constant of the circuit consisting of resistor 4 and capacitive FE 1 determines the pulse duration at the direct output of the RS trigger 3, and the circuit consisting of resistor 5, capacitive FE 2 and inverter 8 determines the duration of the pause between pulses at the direct output of the RS trigger 3. Gates 6 and 7 provide a faster transition of the RS-flip-flop 3 from one state to another due to the discharge of the capacitances of the SE 1 and 2 at the moment of switching the trigger 3.

Устройство для охранной сигнализации работает следующим образом. A device for alarm works as follows.

На прямом выходе RS-триггера 3 формируются за счет предложенного включения элементов 4-8 прямоугольные импульсы 14, соотношение длительностей и пауз которых определяется величиной емкостных связей емкостных чувствительных элементов 1 и 2 с землей. На выходе ФНЧ 9 выделяется среднее значение напряжения импульсов 15, поступающих с прямого выхода RS-триггера 3. At the direct output of the RS flip-flop 3, rectangular pulses 14 are formed due to the proposed inclusion of elements 4-8, the ratio of the durations and pauses of which is determined by the value of the capacitive coupling of the capacitive sensitive elements 1 and 2 with the ground. At the output of the low-pass filter 9, the average value of the voltage of the pulses 15 coming from the direct output of the RS-trigger 3 is highlighted.

При отсутствии попытки похищения человеком охраняемого предмета (попытки преодоления человеком охраняемого рубежа) емкостные связи с землей емкостных ЧЭ 1 и 2 не изменяются. При э том на выходе ФНЧ 9 присутствует постоянный уровень напряжения 15 (интервал времени 0 - t₁), определяемый соотношением между длительностями импульсов и пауз между импульсами 14 на прямом выходе RS-триггера 3. Напряжения 16 и 17 на выходах ФВЧ 10 и УНЧ 11 близки к нулю; напряжение 17 на выходе УНЧ 11 не достигает порогового уровня U_пор одновибратора 12, который в этом случае не запускается, при этом сигнал тревоги исполнительным блоком 13 не выдается.In the absence of an attempt to steal a protected object by a person (attempts to overcome a protected line by a person), capacitive communications with the ground of capacitive SE 1 and 2 do not change. In this case, at the output of the low-pass filter 9 there is a constant voltage level 15 (time interval 0 - t ₁ ), determined by the ratio between the durations of pulses and pauses between pulses 14 at the direct output of the RS-flip-flop 3. Voltages 16 and 17 at the outputs of the high-pass filter 10 and VLF 11 close to zero; the voltage 17 at the output of the VLF 11 does not reach the threshold level U _{then of the one-} shot 12, which in this case does not start, while the alarm by the Executive unit 13 is not issued.

При воздействии электромагнитной помехи (или выпадании осадков) одновременно (и примерно одинаково) изменяются емкостные связи с землей емкостных ЧЭ 1 и 2, при этом соотношение длительности импульсов и пауз между импульсами 14 на прямом выходе RS-триггера 3 практически не изменяется. На выходе ФНЧ 9 напряжение 15 (интервал времени 0-t₁) также не изменяется, при этом напряжения 16 и 17 на выходах ФВЧ 10 и УНЧ 11 близки к нулю. Нарпяжение на выходе УНЧ 1 не достигает порогового уровня U_пор одновибратора 12, при этом исполнительный блок 13 не включается и не выдает сигнал тревоги.Under the influence of electromagnetic interference (or precipitation) at the same time (and approximately the same), the capacitive coupling with the ground of the capacitive SEs 1 and 2 changes, while the ratio of the duration of the pulses and pauses between pulses 14 at the direct output of the RS trigger 3 does not change. At the output of the low-pass filter 9 voltage 15 (time interval 0-t ₁ ) also does not change, while the voltage 16 and 17 at the outputs of the high-pass filter 10 and VLF 11 are close to zero. The voltage at the output of the VLF 1 does not reach the threshold level U _{then of the one-} shot 12, while the Executive unit 13 does not turn on and does not give an alarm.

В случае неодинакового, но медленного изменения емкостных связей с землей емкостных ЧЭ 1 и 2 (например, в случае неодинакового их промокания) напряжение на выходе ФНЧ 9 изменяется медленно. Поскольку постоянная времени ФВЧ 10 выбрана много меньше времени изменения емкостных связей с землей емкостных ЧЭ 1 и 2 под действием климатических факторов (дождь, снег, выпадание росы и т. д. ), то на выходе ФВЧ 10 сигнал практически равен нулю, при этом сигнал на выходе УНЧ 11 также не достигается порогового уровня U_пор одновибратора 12, и исполнительный блок 13 не выдает сигнала тревоги.In the case of unequal but slow changes in capacitive coupling with the ground of capacitive SEs 1 and 2 (for example, in the case of uneven wetness), the voltage at the output of the low-pass filter 9 changes slowly. Since the time constant of the high-pass filter 10 is chosen much shorter than the time of the change in the capacitive coupling with the ground of the capacitive SE 1 and 2 under the influence of climatic factors (rain, snow, dew, etc.), the signal at the output of the high-pass filter 10 is practically zero, while the signal at the output of the ULF 11, the threshold level U of the _{pores of the one-} shot 12 is also not reached, and the executive unit 13 does not give an alarm.

При попытке похищения человеком охраняемого предмета (попытке преодоления человеком охраняемого рубежа) изменяется емкостная связь емкостного чувствительного элемента 2, при этом изменяется соотношение длительностей импульсов и пауз между импульсами на прямом выходе RS-триггера 3 (фиг. 2, поз. 14), что приводит к резкому нарастанию напряжения на выходе ФНЧ 9 (поз. 2, поз. 15, интервал времени t₁-t₂) и появлению напряжения на выходе ФВЧ 10 (фиг. 2, поз. 16). Напряжение с выхода ФВЧ 10 усиливается в УНЧ 11 (фиг. 2, поз. 17) и при достижении порогового уровня U_пор, установленного в одновибраторе 12, на его выходе появляется нормированный по амплитуде и длительности импульс (фиг. 2, поз. 18), которым включается исполнительный блок 13, сигнализирующий о попытке похищения охраняемого предмета.When trying to steal a protected object by a person (trying to overcome a protected line by a person), the capacitive coupling of the capacitive sensitive element 2 changes, while the ratio of pulse durations and pauses between pulses at the direct output of the RS trigger 3 changes (Fig. 2, item 14), which leads to a sharp increase in voltage at the output of the low-pass filter 9 (pos. 2, pos. 15, the time interval t ₁ -t ₂ ) and the appearance of voltage at the output of the high-pass filter 10 (Fig. 2, pos. 16). The voltage from the output of the HPF 10 is amplified in the VLF 11 (Fig. 2, pos. 17) and when the threshold level U _then established in the single-shot 12 is reached, a pulse normalized in amplitude and duration appears on its output (Fig. 2, pos. 18) , which includes the Executive unit 13, signaling an attempt to steal a protected item.

ЧЭ 1 и 2 могут подключаться к отдельным охраняемым предметам при необходимости охраны разнесенных в помещении двух предметов одновременно. При необходимости охраны одного предмета один из чувствительных элементов может быть заменен на постоянный конденсатор (с электрической емкостью, равной емкости чувствительного элемента). ChE 1 and 2 can be connected to separate protected objects if it is necessary to protect two objects distributed in the room at the same time. If it is necessary to protect one object, one of the sensitive elements can be replaced by a constant capacitor (with an electric capacity equal to the capacity of the sensitive element).

В отличие от прототипа в предлагаемом устройстве отсутствует тракт усиления высокой частоты (имеется только усилитель низкой частоты), фильтр высокой частоты включен перед усилителем низкой частоты, что исключает насыщение усилительного тракта устройства при неодинаковом воздействии электромагнитных и климатических помех на емкостные чувствительные элементы, а, следовательно, тактическая надежность повышается. Исключение из схемы устройства трансформатора (имеющегося на входе тракта обработки сигналов прототипа) позволяет упростить устройство, повысить технологичность изготовления и функциональную надежность. Unlike the prototype, the proposed device does not have a high-frequency amplification path (there is only a low-frequency amplifier), a high-pass filter is included in front of the low-frequency amplifier, which eliminates saturation of the device’s amplification path when the electromagnetic and climatic interference affects capacitive sensitive elements, and, therefore tactical reliability is enhanced. The exclusion of the transformer device from the circuit (available at the input of the prototype signal processing path) allows us to simplify the device, improve manufacturability and functional reliability.

На предприятии-заявителе изготовлен макет и опытный образец устройства, испытания которых подтвердили повышение тактической надежности при эксплуатации в условиях климатических и электромагнитных помех приблизительно в два раза. (56) Авторское свидетельство СССР N 372571, кл. G 08 B 13/26, 1969. At the applicant enterprise, a prototype and prototype of the device were manufactured, tests of which confirmed an almost twofold increase in tactical reliability during operation under climatic and electromagnetic interference. (56) Copyright certificate of the USSR N 372571, cl. G 08 B 13/26, 1969.

Claims

ALARM SYSTEM, containing two capacitive sensitive elements, two master elements, each of which is made in the form of a resistor, two keys, each of which is made in the form of a diode, a zero potential bus, a low-pass filter, a low-frequency amplifier, a single-shot, the output of which connected to the input of the executive unit, characterized in that, in order to increase the tactical reliability of the device, a high-pass filter, an inverter and an RS-trigger are inserted into it, the S-input of which is connected to the zero potential bus h the first capacitive sensing element, to the first output of the first resistor and the anode of the first diode, the cathode of which is connected to the second output of the first resistor, the inverter input and the inverse output of the RS flip-flop, the R-input of which is connected to the zero potential bus through the second capacitive sensitive element, to the first output of the second resistor and the anode of the second diode, the cathode of which is connected to the second output of the second resistor and the inverter output, the direct output of the RS-trigger is connected to the input of the low-pass filter, the output of which is connected to the input An ode of a high-pass filter, the output of which is connected to the input of a low-frequency amplifier, the output of which is connected to the input of a single-shot.