RU2029374C1

RU2029374C1 - Alarm signalling device

Info

Publication number: RU2029374C1
Authority: RU
Inventors: Николай Петрович Пекорин
Original assignee: Николай Петрович Пекорин
Priority date: 1992-01-08
Filing date: 1992-01-08
Publication date: 1995-02-20

Abstract

FIELD: automatics; alarm signalling systems. SUBSTANCE: device has N main and N additional capacitive sensors number of which depends on number of protected objects. Additional sensor is arranged in circuit of corresponding main sensor in zone of action of fringe effect. Device has also switches, object code shaper, operational amplifier, driving element, voltage divider, frequency detector, low frequency filter, threshold unit, display unit and passive element. EFFECT: enhanced noise resistance, enlarged operating capabilities. 7 dwg

Description

Изобретение относится к автоматике, в частности к тревожной сигнализации, и может быть использовано для защиты предметов, механических сейфов, автомашин. The invention relates to automation, in particular to an alarm, and can be used to protect items, mechanical safes, cars.

Известно устройство для защиты объектов, содержащее чувствительные элементы (ЧЭ) по количеству контролируемых объектов, подключенные через коммутатор к входу генератора, преобразователь кода, блок тревожной сигнализации и блок индикации [1]. В этом устройстве коммутатор на определенный промежуток времени подключает поочередно ЧЭ к контуру генератора. Если в зоне действия какого-либо ЧЭ появляется нарушитель, то частота генератора изменяется, а сигнал поступает на блок тревожной сигнализации, который преобразует изменение частоты в изменение амплитуды, осуществляет аналоговую фильтрацию и фиксирует сигнал пороговым устройством. A device for protecting objects containing sensitive elements (SE) by the number of monitored objects connected through a switch to the generator input, a code converter, an alarm block and an indication unit [1] is known. In this device, the switch for a certain period of time alternately connects the FE to the generator circuit. If an intruder appears in the coverage area of any SE, the generator frequency changes, and the signal goes to the alarm block, which converts the frequency change into amplitude change, performs analog filtering and fixes the signal with a threshold device.

Недостатком известного устройства является низкая помехоустойчивость, которая выражается в срабатывании устройства при приближении постороннего объекта к ЧЭ, что является нежелательным, например, при охране витрин магазинов, где приближение к ним покупателей неизбежно. Этот недостаток обусловлен наличием краевого эффекта емкости ЧЭ. Кроме того, при значительном удалении ЧЭ от генератора на емкость ЧЭ оказывает влияние емкость соединительных проводов, что приводит к снижению чувствительности устройства, а режим непрерывной генерации снижает скрытность работы устройства. A disadvantage of the known device is the low noise immunity, which is expressed in the response of the device when an external object approaches the SE, which is undesirable, for example, when guarding store windows where buyers are close to them is inevitable. This drawback is due to the presence of the edge effect of the SE capacitance. In addition, when the SE is significantly removed from the generator, the capacitance of the connecting wires affects the capacitance of the SE, which leads to a decrease in the sensitivity of the device, and the continuous generation mode reduces the stealth of the device.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является устройство для тревожной сигнализации, в котором перечисленные недостатки устраняются введением дополнительного емкостного ЧЭ, размещенного по контуру соответствующего основного емкостного ЧЭ, а также введением в устройство операционного усилителя, второго коммутатора, задающего элемента, делителя напряжения [2]. The closest in technical essence to the proposed device is a device for alarming, in which the listed disadvantages are eliminated by introducing an additional capacitive CE located along the circuit of the corresponding main capacitive CE, as well as introducing into the device an operational amplifier, a second switch, a driver, a voltage divider [2 ].

Недостатками известного устройства являются низкая помехоустойчивость, которая выражается в неодинаковом изменении емкостей основного и дополнительного ЧЭ относительно "земли" при изменении внешних факторов, например при мытье полов, приводящем к ложным срабатываниям устройства, а также ограниченные функциональные возможности при охране объектов больших размеров вследствие необходимости создания большой площади основного и дополнительного ЧЭ. The disadvantages of the known device are low noise immunity, which is expressed in an unequal change in the capacities of the main and additional SE relative to the “earth” when changing external factors, for example when washing floors, leading to false alarms of the device, as well as limited functionality when protecting large objects due to the need to create a large area of the main and additional SE.

Изобретение позволяет повысить помехоустойчивость и расширить функциональные возможности устройства. The invention improves the noise immunity and expand the functionality of the device.

В заявляемое устройство для тревожной сигнализации, содержащее основные и дополнительные емкостные ЧЭ по количеству контролируемых объектов, выходы которых соединены соответственно с информационными входами первого и второго коммутаторов, формирователь кода объекта, выход которого подключен к управляющим входам коммутаторов, операционный усилитель, первый вход которого подключен к выходу первого коммутатора, а второй вход - к выходу второго коммутатора, при этом выход операционного усилителя подключен через задающий элемент к своему первому входу, уделитель напряжения, первый выход которого подключен к второму входу операционного усилителя, второй выход соединен с выходом операционного усилителя, а третий выход соединен с шиной нулевого потенциала, последовательно включенные частотный детектор, фильтр нижних частот, пороговый блок, блок индикации, причем вход частотного детектора соединен с выходом операционного усилителя, а дополнительный ЧЭ размещен по контуру соответствующего основного емкостного ЧЭ в зоне действия его краевого эффекта, введен пассивный элемент, соединенный с шиной нулевого потенциала и размещенный между соответствующими основным и дополнительным ЧЭ. In the inventive device for alarm, containing the main and additional capacitive SE for the number of monitored objects, the outputs of which are connected respectively to the information inputs of the first and second switches, the object code generator, the output of which is connected to the control inputs of the switches, an operational amplifier, the first input of which is connected to the output of the first switch, and the second input to the output of the second switch, while the output of the operational amplifier is connected through its master element to its at the first input, a voltage separator, the first output of which is connected to the second input of the operational amplifier, the second output is connected to the output of the operational amplifier, and the third output is connected to the zero potential bus, a frequency detector, a low-pass filter, a threshold block, an indication unit are connected in series, the input of the frequency detector is connected to the output of the operational amplifier, and an additional CE is placed along the contour of the corresponding main capacitive CE in the area of its edge effect, a passive elec ment connected to the bus of zero potential and placed between the respective main and additional SE.

На фиг. 1 приведена схема заявляемого устройства; на фиг.2 приведен пример реализации ЧЭ с объемной зоной обнаружения; на фиг.3 и 4 - пример реализации ЧЭ на фольгированном диэлектрике; на фиг.5 - пример охраны металлических объектов; на фиг.6 и 7 - пример охраны неметаллических предметов с помощью маркера. In FIG. 1 shows a diagram of the inventive device; figure 2 shows an example implementation of SE with a volumetric detection zone; figure 3 and 4 is an example of the implementation of SE on foil dielectric; figure 5 is an example of the protection of metal objects; in Fig.6 and 7 is an example of the protection of non-metallic objects using a marker.

Устройство для тревожной сигнализации содержит N основных ЧЭ - С1 и N дополнительных ЧЭ - С2, первый коммутатор 3 (в качестве которого может быть использован мультиплексор серии 564), второй коммутатор 4, операционный усилитель 5, делитель 6 напряжения, выполненный на резисторах R7, R8, задающий элемент R9, формирователь 10 кода объекта, частотный детектор 11, фильтр 12 нижних частот, пороговый блок 13, блок 14 индикации, генератор 15 прямоугольных импульсов, счетчик 16. Основные ЧЭ - С1 соединены с входами коммутатора 3, вход управления которого соединен с формирователем 10 кода и входом управления коммутатора 4, к входам которого подключены дополнительные ЧЭ - С2. Выходы коммутатора 3 подключены к первому входу усилителя 5, а выходы коммутатора 4 - к второму входу усилителя 5. Первый вход усилителя 5 соединен через задающий элемент R9 с его выходом, второй вход - с первым выходом делителя 6 напряжения, второй вывод которого соединен с выходом операционного усилителя, а третий вывод - с шиной нулевого потенциала. Выход усилителя 5 соединен с последовательно соединенными частотным детектором 11, фильтром 12 нижних частот, пороговым блоком 13, блоком 14 индикации. Формирователь 10 кода объекта содержит последовательно соединенные генератор 15 импульсов и счетчик 16, выходы которого являются выходами формирователя кода объекта. The alarm device contains N main CE - C1 and N additional CE - C2, the first switch 3 (which can be used as a 564 series multiplexer), the second switch 4, operational amplifier 5, voltage divider 6, made on resistors R7, R8 setting element R9, object code generator 10, frequency detector 11, low-pass filter 12, threshold block 13, indication block 14, square-wave pulse generator 15, counter 16. The main CE - C1 are connected to the inputs of switch 3, the control input of which is connected to of forms by the controller 10 of the code and the control input of the switch 4, to the inputs of which are connected additional CE - C2. The outputs of the switch 3 are connected to the first input of the amplifier 5, and the outputs of the switch 4 are connected to the second input of the amplifier 5. The first input of the amplifier 5 is connected through the master element R9 to its output, the second input to the first output of the voltage divider 6, the second output of which is connected to the output operational amplifier, and the third output - with a bus of zero potential. The output of the amplifier 5 is connected to a series-connected frequency detector 11, a low-pass filter 12, a threshold unit 13, an indication unit 14. The object code generator 10 comprises a pulse generator 15 and a counter 16 connected in series, the outputs of which are the outputs of the object code generator.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

Коммутаторы 3, 4 в зависимости от кода на выходе преобразователя производят синхронное подключение ЧЭ С1 и С2 к соответствующим входам усилителя 5 на время, определенное частотой генератора 15, при этом значение С1 определяется расстоянием между основным ЧЭ и введенным пассивным элементом, а также длиной периметра основного ЧЭ, значение С2 определяется расстоянием между дополнительным ЧЭ и пассивным элементом. Фиг.2 подтверждает, что С1<С'1 и С2<С'2. Усилитель 5 с элементами R7, R8, R9, C1 образуют генератор импульсов, элементы усилителя 5 R7, R8 образуют триггер Шмитта с порогом срабатывания, заданным усилителем R7, R8, C2, значение которого определяется выражением
V_ср=

(1)
В выражении (1) принято, что между R7 и С2 существует параллельное соединение (Алексеенко А.Г., Коломбет Е.А., Стародуб Г.И. Применение прецизионных ИС. М.: Советское радио, 1980).The

switches

3, 4, depending on the code at the output of the converter, synchronously connect the CE C1 and C2 to the corresponding inputs of the amplifier 5 for a time determined by the frequency of the generator 15, while the value of C1 is determined by the distance between the main CE and the passive element introduced, as well as the length of the main perimeter SE, the value of C2 is determined by the distance between the additional SE and the passive element. Figure 2 confirms that C1 <C'1 and C2 <C'2. Amplifier 5 with elements R7, R8, R9, C1 form a pulse generator, elements of amplifier 5 R7, R8 form a Schmitt trigger with a threshold determined by amplifier R7, R8, C2, the value of which is determined by the expression
V _sr =

(1)
In the expression (1), it is assumed that there is a parallel connection between R7 and C2 (Alekseenko A.G., Kolombet E.A., Starodub G.I. Application of precision ICs. M.: Soviet Radio, 1980).

Для работы устройства необходимо наличие на выходе усилителя 5 треугольных импульсов, что осуществляется выбором значения периода следования импульсов из условия
T ≅

(2) где U_{вых.макс} - значение напряжения насыщения усилителя;
tg φ - значение скорости нарастания выходного напряжения усилителя. Рассмотрим реакцию генератора треугольных импульсов на выходе усилителя 5 при приращении одной из емкостей С1, С2.For the device to work, it is necessary that there are 5 triangular pulses at the amplifier output, which is done by choosing the value of the pulse repetition period from the condition
T ≅

(2) where U _out.max is the value of the saturation voltage of the amplifier;
tg φ is the value of the slew rate of the output voltage of the amplifier. Consider the reaction of the generator of triangular pulses at the output of the amplifier 5 during the increment of one of the capacities C1, C2.

Увеличение емкости С1 приводит к увеличению постоянной времени С1, R9, что приводит к увеличению периода следования импульсов Т и к увеличению их выходного уровня. An increase in the capacitance C1 leads to an increase in the time constant C1, R9, which leads to an increase in the pulse repetition period T and to an increase in their output level.

Увеличение емкости С2 приводит к уменьшению порога срабатывания триггера Шмитта согласно выражению (1), что уменьшает период следования импульсов Т и приводит к уменьшению их уровня. Отсюда можно заключить, что увеличение емкости С1, С2 оказывает противоположное влияние на уровень выходного сигнала усилителя 5, что соответствует дифференциальному включению основного и дополнительных ЧЭ. An increase in the capacitance C2 leads to a decrease in the threshold of the Schmitt trigger according to expression (1), which reduces the pulse repetition period T and leads to a decrease in their level. From this we can conclude that an increase in the capacitance C1, C2 has the opposite effect on the output level of the amplifier 5, which corresponds to the differential inclusion of the main and additional SE.

Емкость С1 основного ЧЭ (фиг.2) образована электродом, выполненным из токопроводного материала, и пассивным элементом. На фиг.2 "охраняемый объект" размещен вблизи основного ЧЭ или непосредственно на нем. Вокруг основного ЧЭ и пассивного элемента образуется электрическое поле, которое является объемной зоной обнаружения устройства. The capacitance C1 of the main SE (figure 2) is formed by an electrode made of conductive material, and a passive element. In Fig.2 "protected object" is located near the main SE or directly on it. An electric field is formed around the main SE and the passive element, which is the volumetric zone of detection of the device.

Для исключения краевого эффекта основного ЧЭ на необходимом расстоянии от него размещен дополнительный ЧЭ меньшей площадью с емкостью С2, образованной электродом из токопроводящего материала и пассивным элементом. Приближение постороннего объекта к дополнительному ЧЭ вызывает увеличение емкости С2, что приводит к уменьшению уровня усилителя 5 по сравнению с исходным. Проникновение нарушителя в зону основного ЧЭ вызывает увеличение С1, а так как основной ЧЭ выполнен большей площадью по сравнению с дополнительным, изменение емкости Δ С1>Δ С2, что ведет к увеличению уровня на выходе усилителя 5 по сравнению с исходным. To eliminate the edge effect of the main SE at the required distance from it, an additional SE is placed with a smaller area with a capacitance C2 formed by an electrode of conductive material and a passive element. The approach of an extraneous object to an additional SE causes an increase in the capacitance C2, which leads to a decrease in the level of amplifier 5 compared to the initial one. The penetration of the intruder into the zone of the main SE causes an increase in C1, and since the main SE is made larger than the additional area, the change in capacitance is Δ C1> Δ C2, which leads to an increase in the level at the output of amplifier 5 compared to the initial one.

Сигнал с выхода усилителя 5 (фиг.1) поступает на последовательно соединенные частотный детектор 11, фильтр 12 нижних частот с частотой среза, определяемой действиями нарушителя ЧЭ, пороговый блок 13, блок 14 индикации, сигнализирующий о действии нарушителя на охраняемый объект. The signal from the output of the amplifier 5 (Fig. 1) is fed to a series-connected frequency detector 11, a low-pass filter 12 with a cutoff frequency determined by the actions of the intruder SE, threshold block 13, indication block 14, signaling the action of the intruder on the guarded object.

Практически было установлено, что, выполняя условие (2) и меняя постоянную времени R9C1 с помощью задающего элемента R9, можно добиться такого состояния усилителя 5, при котором генерация импульсов на его выходе будет наблюдаться только при действии нарушителя на чувствительные элементы С1, С2. In practice, it was found that, fulfilling condition (2) and changing the time constant R9C1 using the setting element R9, it is possible to achieve a state of amplifier 5 in which the generation of pulses at its output will be observed only when the intruder acts on the sensitive elements C1, C2.

Если первым входом операционного усилителя является инвертирующий вход, а вторым - неинвертирующий, то при действии нарушителя на чувствительный элемент происходит срыв генерации импульсов на выходе усилителя 5. If the first input of the operational amplifier is an inverting input, and the second is non-inverting, then when the intruder acts on the sensitive element, pulse generation is disrupted at the output of the amplifier 5.

Отсутствие генерации на выходе усилителя 5 объясняется высоким порогом cрабатывания триггера Шмитта, заданным в соответствии с выражением (1), и значением постоянной времени С1R9, при котором напряжение на выходе усилителя 5 не достигает значения порога. The lack of generation at the output of amplifier 5 is explained by the high Schmitt trigger threshold set in accordance with expression (1) and the value of the time constant C1R9, at which the voltage at the output of amplifier 5 does not reach the threshold value.

Если первым входом усилителя 5 является неинвертирующий вход, а вторым - инвертирующий, то при действии нарушителя на выходе усилителя возникает генерация импульсов. Данная зависимость возможна за счет выполнения условия С2>С1. If the first input of amplifier 5 is a non-inverting input, and the second is inverting, then under the action of the intruder, pulse generation occurs at the output of the amplifier. This dependence is possible due to the fulfillment of the condition C2> C1.

Емкости С1 и С2 (фиг. 2) в процессе эксплуатации могут изменяться вследствие изменения внешних условий, что приводит к ложным срабатываниям устройства. Введения пассивного элемента образует емкости С1 и С2 по значению С'1>>С1 и С'2>>С2, что исключает действие емкостей С1, С2 на работу устройства. Capacities C1 and C2 (Fig. 2) during operation can change due to changes in external conditions, which leads to false positives of the device. The introduction of the passive element forms the capacitances C1 and C2 by the value C'1 >> C1 and C'2 >> C2, which excludes the action of the capacities C1, C2 on the operation of the device.

Расположение основного, дополнительного и пассивного элементов на фольгированном диэлектрике позволяет обеспечить охрану объектов любых размеров. The location of the main, additional and passive elements on the foil dielectric allows you to protect objects of any size.

Охрана металлических предметов показана на фиг.5, где С_о - емкость предмета относительно земли, С_н - емкость, вносимая нарушителем. В исходном состоянии С2>С1, при прикладывании диэлектрика к металлической поверхности данное соотношение нарушается С1>С2 вследствие большей площади основного ЧЭ по сравнению с дополнительным ЧЭ, т.е. отсоединение диэлектрика от металлической поверхности вызывает сигнал тревоги.The protection of metal objects is shown in FIG. 5, where C _o is the capacity of the object relative to the ground, C _n is the capacity introduced by the intruder. In the initial state, C2> C1, when a dielectric is applied to a metal surface, this ratio is violated C1> C2 due to the larger area of the main CE compared to the additional CE, i.e. disconnecting the dielectric from a metal surface causes an alarm.

Заявленное устройство позволяет производить охрану неметаллических предметов с помощью металлического маркера, имеющего размеры контура пассивного элемента и прикрепленного на охраняемый объект (фиг.6 и 7). Маркер прижимается к диэлектрику, при этом С1>С2. Сдвиг маркера в любую сторону приводит к уменьшению емкости С1 и увеличению емкости С2. Выполнение условия С2>С1 приводит к срабатыванию устройства. The claimed device allows for the protection of non-metallic objects using a metal marker having the dimensions of the contour of the passive element and attached to the protected object (Fig.6 and 7). The marker is pressed against the dielectric, with C1> C2. Shifting the marker in either direction leads to a decrease in the capacitance C1 and an increase in the capacitance C2. The fulfillment of condition C2> C1 leads to the operation of the device.

Данный метод позволяет точно определять конфигурацию маркера, что может быть использовано в устройствах ограниченного доступа на охраняемый объект или кодовых замках. This method allows you to accurately determine the configuration of the marker, which can be used in devices with limited access to the guarded object or combination locks.

Claims

ALARM SYSTEM, containing the main and additional capacitive sensitive elements by the number of monitored objects, the outputs of which are connected respectively to the information inputs of the first and second switches, the object code generator, the output of which is connected to the control inputs of the switches, an operational amplifier, the first input of which is connected to the output the first switch, and the second input to the output of the second switch, the output of the operational amplifier is connected through a master element to its at the first input, a voltage divider, the first terminal of which is connected to the second input of the operational amplifier, the second terminal is for the output of the operational amplifier, and the third terminal is for the zero potential bus, a frequency detector, a low-pass filter, a threshold block, an indication unit, an input are connected in series the frequency detector is connected to the output of the operational amplifier, an additional capacitive sensitive element is placed along the contour of the corresponding main capacitive sensitive element in the range of its edge effector effect, characterized in that a passive element is inserted into the device, connected to the bus of zero potential and placed between the corresponding main and additional capacitive sensitive elements.