RU2025781C1

RU2025781C1 - Alarm device

Info

Publication number: RU2025781C1
Authority: RU
Inventors: Сергей Иванович Капустин
Original assignee: Сергей Иванович Капустин
Priority date: 1991-12-27
Filing date: 1991-12-27
Publication date: 1994-12-30

Abstract

FIELD: automatics. SUBSTANCE: device has rectangular pulse generator 2 including operational amplifier 3, capacitive sensitive member 1, resistors 4,5, voltage divider 6, stabilizer diodes 7,8; converter 9 for converting a sensor signal into unipolar voltage, converter 9 being composed of operational amplifier 14, diodes 12,18,19, capacitors 10,11,20, resistors 13, 15,16,17,21. The device furthermore has reference signal source 22 including variable resistor 23, differential amplifier 24 made on the base of for instance, operational amplifier 28, resistors 25, 26,27,29; comparator 30 including resistors 31,32 and operational amplifier 33, and unit 34 for generating an alarm signal. EFFECT: enhanced sensitivity, reliability and simplified construction. 1 dwg

Description

Изобретение относится к автоматике и может быть использовано в качестве устройства тревожной сигнализации при приближении объекта к охраняемой зоне. The invention relates to automation and can be used as an alarm device when an object approaches a protected area.

Известно устройство, обеспечивающее тревожную сигнализацию и выполненное на логической микросхеме, резисторах, конденсаторах [1]. Это устройство имеет низкую чувствительность. A device that provides an alarm system and is executed on a logic chip, resistors, capacitors [1]. This device has a low sensitivity.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство, содержащее электромеханический преобразователь, детектор огибающей, формирующий униполярный сигнал, соответствующий амплитуде выходных сигналов преобразователя, интегратор для формирования динамического сигнала, компаратор для сравнения рабочего сигнала с опорным и блок формирования сигнала тревоги [2]. Closest to the proposed device is an electromechanical converter, an envelope detector that generates a unipolar signal corresponding to the amplitude of the converter output signals, an integrator for generating a dynamic signal, a comparator for comparing the working signal with the reference signal and an alarm signal generating unit [2].

Цель изобретения - повышение чувствительности. The purpose of the invention is to increase sensitivity.

Цель достигается тем, что в устройство для тревожной сигнализации введены емкостный чувствительный элемент, генератор прямоугольных импульсов, причем последний содержит операционный усилитель, выход которого соединен с первым выходом токозадающего резистора, второй вывод которого соединен с входом делителя напряжения, с одним выводом времязадающего резистора, с анодом первого и катодом второго стабилитронов, второй вывод времязадающего резистора соединен с инвертирующим входом операционного усилителя, первый выход делителя напряжения соединен с неинвертирующим входом операционного усилителя, второй выход делителя напряжения, катод первого и анод второго стабилитронов подключены к общей шине источника питания, выход емкостного чувствительного элемента соединен с инвертирующим входом операционного усилителя, второй вывод токозадающего резистора соединен с входом ждущего мультивибратора, выход которого соединен с входом детектора, а также источник опорного напряжения и разностный усилитель, причем выход детектора соединен с неинвертирующим входом разностного усилителя, источник опорного напряжения соединен с инвертирующим входом разностного усилителя, а выход разностного усилителя соединен с входом блока формирования предупредительного сигнала. The goal is achieved by the fact that a capacitive sensing element, a square-wave pulse generator, is introduced into the device for alarming, the latter comprising an operational amplifier, the output of which is connected to the first output of the current-setting resistor, the second output of which is connected to the input of the voltage divider, with one output of the time-setting resistor, s the anode of the first and the cathode of the second zener diodes, the second output of the timing resistor is connected to the inverting input of the operational amplifier, the first output of the voltage divider connected to the non-inverting input of the operational amplifier, the second output of the voltage divider, the cathode of the first and the anode of the second zener diode are connected to a common bus of the power source, the output of the capacitive sensor is connected to the inverting input of the operational amplifier, the second output of the current-setting resistor is connected to the input of the waiting multivibrator, the output of which is connected with the input of the detector, as well as a reference voltage source and a differential amplifier, and the output of the detector is connected to a non-inverting input of the differential amplifier, a reference voltage source coupled to the inverting input of the differential amplifier and the output of the differential amplifier connected with an input unit for generating a warning signal.

Цель - упрощение и повышение надежности работы. Ее достижение связано с тем, что предложенное устройство проще устройства-прототипа, так как содержит только шесть функциональных блоков против шестнадцати в прототипе, а значит, и надежность его работы выше. Кроме того, предложенное устройство является бесконтактным, т.е. способно выявлять нарушителя на расстоянии, т. е. более эффективно в работе и не требует применения сложного и дорогостоящего электромеханического преобразователя, что обеспечивает большую экономичность его применения. The goal is to simplify and improve reliability. Its achievement is due to the fact that the proposed device is simpler than the prototype device, since it contains only six functional blocks versus sixteen in the prototype, and therefore its reliability is higher. In addition, the proposed device is non-contact, i.e. it is able to identify the intruder at a distance, that is, more efficiently in operation and does not require the use of a complex and expensive electromechanical converter, which ensures greater efficiency of its use.

Чувствительность предложенного устройства за счет введения емкостного датчика и разностного усилителя существенно выше, чем у устройства-прототипа. The sensitivity of the proposed device due to the introduction of a capacitive sensor and a differential amplifier is significantly higher than that of the prototype device.

На чертеже изображена схема устройства для тревожной сигнализации. The drawing shows a diagram of a device for alarm.

Устройство содержит емкостный чувствительный элемент 1, генератора 2 прямоугольных импульсов, содержащий операционный усилитель 3, резисторы 4,5, делитель 6 напряжения, стабилитроны 7,8, преобразователь 9 сигнала датчика в униполярное напряжение, выполненный на операционном усилителе 14, диодах 12,18,19, конденсаторах 10,11,20, резисторах 13,15,16,17,21, источник 22 опорного сигнала, содержащий переменный резистор 23, разностный усилитель 24, выполненный, например, на операционном усилителе 28 и резисторах 25,26,27,29, компаратор 30, содержащий резисторы 31,32 и операционный усилитель 33, и блок 34 формирования предупредительного сигнала. The device comprises a capacitive sensing element 1, a rectangular pulse generator 2, containing an operational amplifier 3, resistors 4,5, a voltage divider 6, zener diodes 7.8, a sensor signal to a unipolar voltage converter 9 made on an operational amplifier 14, diodes 12.18, 19, capacitors 10,11,20, resistors 13,15,16,17,21, a reference signal source 22 containing a variable resistor 23, a differential amplifier 24, made, for example, on an operational amplifier 28 and resistors 25,26,27, 29, a comparator 30 comprising resistors 31.32 and an operation an amplifier 33, and an alarm generating unit 34.

Емкостный чувствительный элемент 1 соединен с инвертирующим входом операционного усилителя 3 генератора 2. Выход генератора соединен с входом преобразователя 9 сигнала датчика в униполярное напряжение. Выход преобразователя 9 соединен с неинвертирующим входом разностного усилителя 24, инвертирующий вход которого соединен с источником 22 опорного сигнала, а выход через компаратор 30 соединен с блоком 34 формирования предупредительного сигнала. The capacitive sensor element 1 is connected to the inverting input of the operational amplifier 3 of the generator 2. The output of the generator is connected to the input of the transducer 9 of the sensor signal into a unipolar voltage. The output of the converter 9 is connected to the non-inverting input of the differential amplifier 24, the inverting input of which is connected to the reference signal source 22, and the output through the comparator 30 is connected to the warning signal generating unit 34.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

Генератор 2 в дежурном режиме генерирует прямоугольные импульсы. При этом стабилитроны 7,8 стабилизируют уровни перезаряда конденсатора 1 (емкостного чувствительного элемента), которые задаются резистивным делителем 6, что повышает стабильность работы генератора 2 как при изменении питающего напряжения, так и при изменении температуры окружающей среды, особенно если использовать термостабильные стабилитроны 7,8. Резистор 5 задает ток через стабилитроны 7,8, а резистор 4 определяет частоту генерации (совместно с остальными элементами генератора). Прямоугольные импульсы с выхода генератора 2 с помощью преобразователя 9 преобразуются в постоянное напряжение отрицательной полярности (при показанной полярности включения диодов 12, 18, 19), которое подается на неинвертирующий вход усилителя 24 и далее по тексту описания на с.3. На инвертирующий вход усилителя 24 подается отрицательное напряжение с источника 22. Соотношение между напряжениями на входе усилителя 24 в дежурном режиме с помощью переменного резистора 23 выбирается таким, чтобы между этими напряжениями была некоторая разность, а выходное напряжение усилителя 24 было положительным. Например, напряжение с выхода детектора в дежурном режиме 1,002 В, напряжение с выхода источника 22 1,005 В, коэффициент усиления усилителя 30-1000, напряжение на выходе усилителя 24[(-1,002)-(-1,005)] 1000 = 3 В. Generator 2 in standby mode generates rectangular pulses. At the same time, zener diodes 7.8 stabilize the charge levels of the capacitor 1 (capacitive sensor element), which are set by the resistive divider 6, which increases the stability of the generator 2 both when the supply voltage changes and when the ambient temperature changes, especially if thermostable zener diodes 7 are used, 8. Resistor 5 sets the current through zener diodes 7.8, and resistor 4 determines the frequency of generation (together with the rest of the generator elements). The rectangular pulses from the output of the generator 2 with the help of the converter 9 are converted to a constant voltage of negative polarity (with the shown polarity of the inclusion of diodes 12, 18, 19), which is fed to the non-inverting input of the amplifier 24 and further on in the description on p.3. A negative voltage is supplied to the inverting input of the amplifier 24 from the source 22. The ratio between the voltages at the input of the amplifier 24 in standby mode using a variable resistor 23 is selected so that there is some difference between these voltages and the output voltage of the amplifier 24 is positive. For example, the voltage from the output of the detector in standby mode is 1.002 V, the voltage from the output of the source 22 is 1.005 V, the gain of the amplifier is 30-1000, the voltage at the output of the amplifier is 24 [(- 1.002) - (- 1.005)] 1000 = 3 V.

Пусть при приближении объекта к охраняемой зоне увеличилась емкость элемента 1. Это ведет к уменьшению напряжения на выходе детектора, так как импульсы стабильной амплитуды и длительности с преобразователя 9 начинают поступать реже. Например, если напряжение на выходе детектора 1 В, то напряжение на выходе усилителя 24 при коэффициенте усиления 1000 равно [(-1)-(-1,005)] 1000 = 5 В. Таким образом, изменение напряжения на выходе детектора в 2 мВ вызывает изменение напряжения на выходе усилителя 30 в 2 В, которое легко улавливается компаратором 30, вызывая срабатывание формирователя 34. Let the capacitance of element 1 increase as the object approaches the protected zone. This leads to a decrease in the voltage at the detector output, since pulses of stable amplitude and duration from the transducer 9 begin to arrive less frequently. For example, if the voltage at the detector output is 1 V, then the voltage at the output of amplifier 24 at a gain of 1000 is [(-1) - (- 1.005)] 1000 = 5 V. Thus, a change in the voltage at the detector output of 2 mV causes a change the voltage at the output of the amplifier 30 in 2 V, which is easily captured by the comparator 30, causing the shaper 34 to operate.

Ввиду того, что напряжение на выходе преобразователя зависит от расстояния между емкостным чувствительным элементом 1 и нарушителем, то очевидно, что предложенное устройство способно реагировать на небольшие изменения этого напряжения, так как они усиливаются усилителем 24, что не достигается в устройстве-прототипе. Поэтому чувствительность предложенного устройства оказывается выше и ее можно изменять резистором 23 либо меняя коэффициент усиления усилителя 24, что является дополнительным преимуществом предложенного устройства по сравнению с устройством-прототипом. Due to the fact that the voltage at the output of the converter depends on the distance between the capacitive sensitive element 1 and the intruder, it is obvious that the proposed device is able to respond to small changes in this voltage, as they are amplified by the amplifier 24, which is not achieved in the prototype device. Therefore, the sensitivity of the proposed device is higher and it can be changed by the resistor 23 or by changing the gain of the amplifier 24, which is an additional advantage of the proposed device compared to the prototype device.

Claims

ALARM DEVICE, comprising a transducer of a sensor signal to unipolar voltage, a reference signal source, a comparator, a warning signal generating unit, characterized in that, in order to increase sensitivity, simplify and increase reliability, a capacitive sensitive element, a square-wave pulse generator are introduced into it and a difference amplifier, wherein a constant voltage source is used as a reference signal source, a rectangular pulse generator contains an opera an output amplifier, the output of which is connected to the first output of the current-setting resistor, the second output of which is connected to the input of the voltage divider, with one output of the time-setting resistor, and the anode of the first and the cathode of the second zener diode, the second output of the time-setting resistor is connected to the inverting input of the operational amplifier, the first output of the voltage divider connected to a non-inverting input of the operational amplifier, the second output of the voltage divider is connected to the cathode of the first and the anode of the second zener diode and to a common source bus power supply, the output of the capacitive sensor is connected to the inverting input of the operational amplifier, the second output of the current-setting transistor is connected to the input of the sensor signal to unipolar voltage converter, the output of which is connected to one of the inputs of the differential amplifier, the second input of the differential amplifier is connected to the reference signal source, the output of the differential the amplifier is connected to the input of the comparator, the output of which is connected to the input of the warning signal generation unit.