RU2088972C1

RU2088972C1 - Burglar alarm

Info

Publication number: RU2088972C1
Application number: RU95106862A
Authority: RU
Inventors: А.Н. Членов; А.В. Климов
Priority date: 1995-04-28
Filing date: 1995-04-28
Publication date: 1997-08-27
Also published as: RU95106862A

Abstract

FIELD: burglar alarm signaling by destructing vitrified structure. SUBSTANCE: device functions to detect audio-frequency signals in guarded space typical of above-mentioned intervention method while processing signal characteristics, such as amplitude, envelope shape, length, spectrum structure to identify alarm situation. EFFECT: improved noise immunity due to using additional information characteristics of analyzed audio signal while maintaining high detecting ability of alarm. 3 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к технике охранной сигнализации и может быть использовано для защиты объектов от вторжения нарушителя посредством разрушения остекленных конструкций. The invention relates to a burglar alarm technique and can be used to protect objects from intruder intrusion by destroying glazed structures.

Известно устройство для тревожной сигнализации [1] содержащее последовательно соединенные микрофон, усилитель с фильтром, детектор крутизны нарастания сигнала, выход которого соединен с первым входом одновибратора, блок управления, выход которого соединен с первым входом формирователя сигнала тревоги. A device for alarm [1] containing a series-connected microphone, an amplifier with a filter, a slope detector, the output of which is connected to the first input of a single vibrator, a control unit, the output of which is connected to the first input of the alarm driver.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предложенному устройству является устройство для тревожной сигнализации [2] содержащее последовательно соединенные микрофон, усилитель и формировать сигнала тревоги. The closest in technical essence and the achieved result to the proposed device is a device for alarm [2] containing a series-connected microphone, amplifier and generate an alarm.

Недостатком данного устройства является его низкая помехозащищенность. Устройство не обладает достаточной степенью защиты от ряда акустических помех, спектр которых близок к спектру полезного сигнала (например, шум движущегося транспорта и дребезг оконного стекла), способных привести к ложному срабатыванию устройства. The disadvantage of this device is its low noise immunity. The device does not have a sufficient degree of protection against a number of acoustic noise, the spectrum of which is close to the spectrum of the useful signal (for example, the noise of a moving vehicle and the bounce of a window glass), which can lead to a false response of the device.

Задачей изобретения является повышение помехозащищенности устройства для тревожной сигнализации. The objective of the invention is to increase the noise immunity of the device for alarm.

Это достигается тем, что в известное устройство [2] содержащее последовательно соединенные микрофон и усилитель, формирователь сигнала тревоги, введены первый формирователь импульсов, детектор, первый и второй одновибраторы, блок анализа формы сигнала, формирователь скважности импульсов и интегратор, выход усилителя через детектор соединен с входом блока анализа формы сигнала, выход которого через первый одновибратор соединен с первым входом формирователя скважности импульсов, второй вход которого через первый формирователь импульсов соединен с выходом усилителя, выход формирователя скважности импульсов через интегратор и второй одновибратор соединен с входом формирователя сигнала тревоги, блок анализа формы сигнала состоит из делителя напряжения, блока задержки, компаратора и первого элемента блокировки, причем входом блока анализа формы сигнала являются объединенные входы делителя напряжения и блока задержки, выходы которых соединены соответственно с первым и вторым входами компаратора, выход которого через первый элемент блокировки соединен с вторым входом блока задержки и является выходом блока анализа формы сигнала. Формирователь скважности импульсов содержит блок дифференцирования, второй формирователь импульсов и второй элемент блокировки, вход блока дифференцирования является вторым входом формирователя скважности сигнала, а его выход соединен с входом второго формирователя импульсов, выход которого является выходом формирователя скважности импульсов, первым входом которого является вход второго элемента блокировки. Формирователь сигнала тревоги содержит пороговый блок, вход которого является входом формирователя сигнала тревоги, первый выход порогового блока соединен со световым индикатором, а второй с исполнительным реле. This is achieved by the fact that in the known device [2] containing a microphone and amplifier connected in series, an alarm driver, a first pulse driver, a detector, a first and second one-shot, a waveform analysis unit, a pulse duty conditioner and an integrator are introduced, the amplifier output is connected through a detector with the input of the waveform analysis unit, the output of which through the first one-shot is connected to the first input of the pulse duty cycle former, the second input of which through the first pulse former connected to the amplifier output, the output of the duty cycle driver through an integrator and a second one-shot connected to the input of the alarm driver, the waveform analysis unit consists of a voltage divider, delay unit, a comparator and the first blocking element, and the input of the waveform analysis unit is the combined inputs of the voltage divider and a delay unit, the outputs of which are connected respectively to the first and second inputs of the comparator, the output of which through the first blocking element is connected to the second input Lok delay and is the output waveform analysis unit. The pulse duty cycle driver comprises a differentiation unit, a second pulse driver and a second blocking element, the input of the differentiation unit is the second input of the signal duty cycle driver, and its output is connected to the input of the second pulse driver, the output of which is the output of the pulse duty driver, the first input of which is the input of the second element blocking. The alarm driver includes a threshold block, the input of which is the input of the alarm driver, the first output of the threshold block is connected to a light indicator, and the second to an executive relay.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства для тревожной сигнализации. In FIG. 1 is a structural diagram of an alarm device.

Устройство содержит последовательно соединенные микрофон 1 и усилитель 2, последовательно соединенные детектор 3, блок анализа формы сигнала 6 и первый одновибратор 8, первый формирователь импульсов 4, вход которого соединен с входом детектора 3 и выходом усилителя 2, формирователь скважности импульсов 5, первый вход которого соединен с выходом первого одновибратора 8, второй с выходом первого формирователя импульсов 4, а выход через последовательно соединенные интегратор 7 и второй одновибратор 9 с входом блока формирования сигнала тревоги 10. The device contains a series-connected microphone 1 and amplifier 2, series-connected detector 3, a waveform analysis unit 6 and a first one-shot 8, a first pulse shaper 4, the input of which is connected to the input of the detector 3 and the output of the amplifier 2, a pulse shaper 5, the first input of which connected to the output of the first one-shot 8, the second to the output of the first pulse shaper 4, and the output through a series-connected integrator 7 and a second one-shot 9 with the input of the signal conditioning unit 1 0.

Блок анализа формы сигнала 6 состоит из делителя напряжения 12, блока задержки 15, первого элемента блокировки 16 и компаратора 17, причем входом блока анализа формы сигнала 7 являются объединенные входы делителя напряжения 12 и блока задержки 15, выходы которого соединены соответственно с первым и вторым входами компаратора 17, выход которого через первый элемент блокировки 16 соединен с вторым входом блока задержки 15 и является выходом блока анализа формы сигнала 6. The waveform analysis unit 6 consists of a voltage divider 12, a delay unit 15, a first blocking element 16, and a comparator 17, the input of the waveform analysis unit 7 being the combined inputs of a voltage divider 12 and a delay unit 15, the outputs of which are connected respectively to the first and second inputs a comparator 17, the output of which through the first blocking element 16 is connected to the second input of the delay unit 15 and is the output of the waveform analysis unit 6.

Формирователь скважности импульсов 5 состоит из блока дифференцирования 11, второго элемента блокировки 13 и второго формирователя импульсов 14, причем первым входом формирователя скважности импульсов 5 является вход второго элемента блокировки 13, вторым входом вход блока дифференцирования 11, выход которого соединен с выходом второго элемента блокировки 13 и входом второго формирователя импульсов 14, выход которого является выходом блока формирования скважности импульсов 5. The pulse duty cycle driver 5 consists of a differentiation unit 11, a second blocking element 13 and a second pulse shaper 14, the first input of the pulse duty cycle 5 is the input of the second locking element 13, the second input is the input of the differential unit 11, the output of which is connected to the output of the second locking element 13 and the input of the second pulse shaper 14, the output of which is the output of the pulse duty cycle forming unit 5.

Формирователь сигнала тревоги 10 состоит из порогового блока 18, светового индикатора 19 и исполнительного реле 20, причем входом блока формирования сигнала тревоги 10 является вход порогового блока 18, первый и второй выходы которого соединены соответственно с входами светового индикатора 19 и исполнительного реле 20. The alarm driver 10 consists of a threshold unit 18, a light indicator 19, and an actuating relay 20, the input of the alarm generating unit 10 being an input of a threshold unit 18, the first and second outputs of which are connected respectively to the inputs of the light indicator 19 and an executive relay 20.

Варианты конкретного выполнения блока анализа формы сигнала 6 и формирователя скважности импульсов 5 приведены соответственно на фиг. 2 и фиг. 3. Variants of a specific implementation of the waveform analysis unit 6 and the pulse shaper 5 are shown respectively in FIG. 2 and FIG. 3.

Изображенный на фиг.2 делитель напряжения 12 выполнен на резисторах 21 и 22, блок задержки 15 на резисторах 23, 24 и накопительном элементе (конденсаторе) 25, элемент блокировки 16 на полупроводниковом диоде, компаратор 17 на операционном усилителе. The voltage divider 12 shown in FIG. 2 is made on resistors 21 and 22, the delay unit 15 is on the resistors 23, 24 and the storage element (capacitor) 25, the blocking element is 16 on the semiconductor diode, the comparator 17 is on the operational amplifier.

Изображенный на фиг.3 блок дифференцирования 11 выполнен на конденсаторе 26, резисторах 27, 28 и полупроводниковом диоде, а формирователь импульсов 14 выполнен в виде порогового блока на операционном усилителе. The differentiation block 11 shown in FIG. 3 is made on a capacitor 26, resistors 27, 28 and a semiconductor diode, and the pulse shaper 14 is made in the form of a threshold block on an operational amplifier.

Устройство работает следующим образом. При включении (после завершения переходных процессов) устройство переходит в дежурный режим работы. При отсутствии акустических сигналов (шумов) в помещении на выходе микрофона 1 отсутствует электрический сигнал, поэтому на выходе усилителя 2 переменное напряжение также отсутствует. При этом на выходе элемента задержки 15 уровень постоянного напряжения больше, чем на выходе делителя 12, поэтому на выходе компаратора 17 присутствует постоянное напряжение низкого уровня. На выходе формирователя скважности импульсов 5 и интегратора 7 также присутствует постоянное напряжение низкого уровня, а на выходе второго одновибратора 9 - высокого уровня, в соответствие с которым формирователь сигнала тревоги 10 формирует извещение о нормальном состоянии охраняемого объекта, передаваемое, например, на пульт централизованного наблюдения. При этом контакты исполнительного реле 20 замкнуты, а световой индикатор 19 не светится. The device operates as follows. When you turn on (after the completion of transient processes), the device goes into standby mode. In the absence of acoustic signals (noise) in the room at the output of the microphone 1 there is no electric signal, so there is no alternating voltage at the output of the amplifier 2 either. At the same time, at the output of the delay element 15, the DC voltage level is greater than at the output of the divider 12, so at the output of the comparator 17 there is a constant voltage of low level. At the output of the pulse duty cycle driver 5 and integrator 7, there is also a low-level constant voltage, and at the output of the second one-shot 9 - a high level, according to which the alarm driver 10 generates a notification about the normal state of the protected object, transmitted, for example, to a central monitoring console . In this case, the contacts of the executive relay 20 are closed, and the indicator light 19 does not light.

При появлении акустического сигнала, распространяющегося в помещении, на выходе микрофона 1, а следовательно, и усилителя 2 появляется переменный электрический сигнал. Этот сигнал поступает на вход детектора 3 и первого формирователя импульсов 4. На выходе детектора 3 выделяется положительная часть огибающего сигнала, поступающая в блок анализа формы сигнала 6, а именно на делитель напряжения 12 и блок задержки 15. При этом на выходе делителя напряжения 12 напряжение увеличивается одновременно в заданной пропорции, а на выходе блока задержки более плавно с задержкой во времени, в соответствии с временем заряда его накопительного элемента 25. Если нарастание амплитуды акустического сигнала происходит медленно (менее 0,5 В/мс), что характерно для шумов проезжающего транспорта, потенциал на выходе блока задержки 15 успевает увеличиться таким образом, что он остается выше, чем потенциал на выходе делителя напряжения 12. Поэтому на выходе компаратора 17 сохранится напряжение низкого уровня, одновибратор 8 остается в заторможенном состоянии и на его выходе сохраняется напряжение высокого уровня, передаваемое через элемент блокировки 13 на вход второго формирователя импульсов 14, блокирующее, таким образом, работу формирователя скважности импульсов 5. Поэтому на вход интегратора 7 продолжает поступать напряжение низкого уровня и устройство продолжает формировать извещение о нормальном состоянии охраняемого объекта при помощи формирователя сигнала тревоги 10. When the acoustic signal propagating in the room appears, an alternating electrical signal appears at the output of the microphone 1, and hence the amplifier 2. This signal is fed to the input of the detector 3 and the first pulse shaper 4. At the output of the detector 3, the positive part of the envelope signal is fed into the signal waveform analysis unit 6, namely, the voltage divider 12 and the delay unit 15. At the same time, the voltage divider 12 is output increases simultaneously in a given proportion, and at the output of the delay unit more smoothly with a time delay, in accordance with the charge time of its storage element 25. If the amplitude of the acoustic signal increases slowly about (less than 0.5 V / ms), which is typical for noise of passing vehicles, the potential at the output of the delay unit 15 manages to increase so that it remains higher than the potential at the output of the voltage divider 12. Therefore, the voltage low remains at the output of the comparator 17 level, the single-shot 8 remains in a braked state and a high level voltage is stored at its output, transmitted through the blocking element 13 to the input of the second pulse shaper 14, thus blocking the operation of the pulse shaper 5. By this, the input of the integrator 7 continues to receive a low level voltage and the device continues to generate a notification about the normal state of the protected object using the alarm shaper 10.

При появлении на выходе микрофона 1 и усилителя 2 электрического сигнала с крутым передним фронтом, соответствующего ударному воздействию на стекло, он детектируется и поступает в блок анализа формы сигнала 6. Быстрое увеличение напряжения на выходе детектора 3 (более 0,5 В/мс) приводит к тому, что потенциал на выходе делителя напряжения 12 успевает превысить потенциал на выходе блока задержки 15. При этом компаратор 17 переключается и на его выходе появляется сигнал высокого уровня, открывающий элемент блокировки 16, что приводит к форсированному заряду накопительного элемента 25 блока задержки 15. После заряда накопительного элемента 25 потенциал на выходе блока задержки 15 вновь становится больше, чем потенциал на выходе делителя напряжения 12, поэтому на выходе компаратора 17 восстанавливается напряжение низкого уровня. Таким образом, на выходе блока анализа формы сигнала 6 формируется короткий (1-2 мс) положительный импульс, соответствующий началу ударного акустического сигнала. Наличие элемента блокировки 16 обеспечивает однократность этого импульса в течение всего времени действия звукового сигнала, что необходимо для правильного анализа его спектра и, следовательно, для обеспечения помехозащищенности устройства. Полученный короткий положительный импульс запускает первый одновибратор 8, формирующий отрицательный импульс длительностью примерно 10 мс, снимающий на это время блокировку формирователя скважности импульсов 5. When an electric signal with a steep leading edge appears at the output of microphone 1 and amplifier 2, which corresponds to an impact on the glass, it is detected and fed to signal waveform analysis unit 6. A rapid increase in the voltage at the output of detector 3 (more than 0.5 V / ms) the fact that the potential at the output of the voltage divider 12 manages to exceed the potential at the output of the delay unit 15. In this case, the comparator 17 switches and a high level signal appears at its output, which opens the blocking element 16, which leads to forced among the charge storage element 25, the delay unit 15. After the charge storage element 25, the potential at the output of delay unit 15 again becomes greater than the potential at the output of the voltage divider 12, so the output of comparator 17 is restored low-level voltage. Thus, at the output of the waveform analysis unit 6, a short (1-2 ms) positive pulse is generated corresponding to the beginning of the shock acoustic signal. The presence of the blocking element 16 provides a single pulse during the entire duration of the sound signal, which is necessary for the proper analysis of its spectrum and, therefore, to ensure noise immunity of the device. The resulting short positive pulse is triggered by the first one-shot 8, generating a negative pulse of about 10 ms duration, removing the blocking of the pulse duty cycle shaper 5 at this time.

Поступающий с выхода усилителя 2 переменный электрический сигнал преобразуется формирователем импульсов 4 в пачку прямоугольных импульсов, длительность которых соответствует частоте акустического сигнала. Длительность импульсов, соответствующая частотам акустического сигнала менее 4 кГц, ограничивается блоком дифференцирования 11 и формирователем импульсов 14. Таким образом, на вход интегратора 7 поступает пачка импульсов, имеющая переменную скважность в зависимости от преобладающих в нем спектральных составляющих акустического сигнала, на выходе интегратора 7 напряжение увеличивается пропорционально скважности входных импульсов. Постоянная времени заряда интегратора 7 выбрана таким образом, чтобы напряжение на его выходе за время 10 мс (длительность импульса первого одновибратора 8) достигало порога срабатывания второго одновибратора 9 только в случае преобладания в сигнале высокочастотных составляющих (4-12 кГц), характерных для акустического сигнала разрушения стекла. В этом случае второй одновибратор 9 формирует импульс напряжения низкого уровня, поступающий на вход формирователя сигнала тревоги 10, формирующего известие о тревоге. При этом пороговый блок 18, на вход которого поступает сигнал с одновибратора 9, переключает световой индикатор 19 в режим непрерывного свечения и обесточивает исполнительное реле 20 на время, достаточное для передачи на пульт централизованного наблюдения извещения о тревоге размыканием контактов исполнительного реле 20. The alternating electrical signal coming from the output of amplifier 2 is converted by the pulse shaper 4 into a packet of rectangular pulses whose duration corresponds to the frequency of the acoustic signal. The pulse duration corresponding to the frequencies of the acoustic signal less than 4 kHz is limited by the differentiation unit 11 and the pulse shaper 14. Thus, a pulse train having a variable duty cycle depending on the spectral components of the acoustic signal prevailing in it is supplied to the input of the integrator 7, and the voltage at the output of the integrator 7 is increases in proportion to the duty cycle of the input pulses. The charge time constant of the integrator 7 is selected so that the voltage at its output for 10 ms (the pulse duration of the first one-shot 8) reaches the threshold of the second one-shot 9 only if the high-frequency components (4-12 kHz) characteristic of the acoustic signal prevail breaking glass. In this case, the second one-shot 9 generates a low-level voltage pulse supplied to the input of the alarm driver 10, which generates the news about the alarm. At the same time, the threshold unit 18, to the input of which a signal from a single-shot 9 arrives, switches the indicator light 19 to continuous light and de-energizes the executive relay 20 for a time sufficient to transmit an alarm notification to the central monitoring console by opening the contacts of the executive relay 20.

Таким образом, в предлагаемом устройстве анализируемыми признаками акустического сигнала, характеризующими его источник, являются: амплитуда, форма огибающей, длительность и структура спектра на заданном временном интервале. В процессе анализа осуществляется выделение признаков, характерезующих разрушение стекла в строительных конструкциях. Извещение о тревоге формируется только при наличии всех вышеперечисленных признаков, отвечающих определенным критериям. Сравнительно небольшая длительность анализа сигнала с учетом переходных процессов в блоках устройства позволяет анализировать не только непосредственно сигнал разрушения стекла, но и вторичные акустические сигналы, возникающие при падении осколков. Таким образом, достигается повышение помехозащищенности устройства с сохранением его высокой обнаруживающей способности. Thus, in the proposed device, the analyzed characteristics of the acoustic signal characterizing its source are: amplitude, envelope shape, duration and structure of the spectrum at a given time interval. In the process of analysis, features are selected that characterize the destruction of glass in building structures. An alert notification is generated only if all of the above signs meet certain criteria. The relatively short duration of the signal analysis, taking into account transients in the units of the device, allows us to analyze not only the glass breaking signal directly, but also the secondary acoustic signals that occur when fragments fall. Thus, an increase in the noise immunity of the device is achieved while maintaining its high detecting ability.

Изготовленные опытные образцы предлагаемого устройства для тревожной сигнализации (ИО 321-1 "Стекло-1") прошли длительные эксплуатационные испытания на реальных объектах в различных регионах России, где были подтверждены их высокие качественные показатели (ложные сигналы тревоги отсутствовали). The manufactured prototypes of the proposed device for alarming (IO 321-1 "Glass-1") underwent lengthy operational tests at real facilities in various regions of Russia, where their high quality indicators were confirmed (there were no false alarms).

Claims

1. An alarm device, comprising a microphone and amplifier connected in series, an alarm driver, characterized in that a pulse shaper, a detector, a first and a second one-shot oscillator, a waveform analysis unit, a pulse duty conditioner and an integrator are inserted into the amplifier through an detector connected to the input of the waveform analysis unit, the output of which through the first one-shot is connected to the first input of the pulse duty driver, the second input of which through the driver It is connected to the amplifier output, the output of the pulse duty conditioner through a series-connected integrator and the second one-shot connected to the input of the alarm driver, the waveform analysis unit consists of a voltage divider, a delay unit, a comparator and a blocking element, the input of the waveform analysis unit is the combined inputs of the divider voltage and delay unit, the outputs of which are connected respectively to the first and second inputs of the comparator, which through the first blocking element is connected to W The other input of the delay unit and its output is the output of the waveform analysis unit.

2. The device according to claim 1, characterized in that the pulse duty cycle driver comprises a differentiation unit, a pulse driver and a blocking element, the input of which is the first input of the pulse duty generator, the second input of which is the input of the differentiation unit, the output of which is connected to the output of the blocking element and the input of the pulse shaper, the output of which is the output of the pulse duty driver.

3. The device according to claim 1, characterized in that the alarm conditioner comprises a threshold unit, the input of which is an input of an alarm conditioner, one of the outputs of the threshold unit is connected to a light indicator, and the other to an executive relay.