RU2099691C1

RU2099691C1 - Process indicating destruction of plates and shells from dielectric materials

Info

Publication number: RU2099691C1
Application number: RU96104880A
Authority: RU
Inventors: А.Г. Митин; А.С. Кицанов; В.В. Виноградский; В.П. Лушев; В.А. Лукьянов
Original assignee: Производственное объединение "Спецавтоматика"
Priority date: 1996-03-12
Filing date: 1996-03-12
Publication date: 1997-12-20

Abstract

FIELD: burglar alarm in living and service rooms, in automobiles and other objects having structural members made of dielectric materials which destruction can result in unauthorized access into guarded object. SUBSTANCE: proposed process can find use where indication of destruction of vessels manufactured from dielectric materials, for instance, in laboratories in chemical industry, etc. is necessary. Objective of this invention is development of reliable and authentic process indicating destruction specifically of plates and shells from dielectric materials and possibility of its usage in equipment of burglar alarm systems. Process indicating destruction of plates and shells of dielectric materials is based on registration of electromagnetic radiation generated by material in range of radio waves followed by indication of fact of destruction. Registration of electromagnetic radiation is carried out on frequencies of thickness resonance of plates and shells on ultrasound shift and longitudinal vibrations emerging with destruction. Proposed process totally meets all requirements imposed on burglar alarms. EFFECT: usage of process provides for maximum probability of detection, minimal average frequency of false alarms, minimal vulnerability of employed devices.

Description

Изобретение относится к технике охранной сигнализации и может быть использовано в системах охранной сигнализации жилых, служебных помещений, автомобилей и др. объектов, имеющих в составе конструкции элементы из диэлектрических материалов, разрушение которых может привести к несанкционированному доступу внутрь охраняемого объекта. Предлагаемый способ может найти применение там, где необходима индикация разрушения сосудов из диэлектрических материалов, например в химической промышленности при оборудовании лабораторий и т.п. The invention relates to a burglar alarm technique and can be used in burglar alarm systems of residential, office premises, automobiles and other objects having elements of dielectric materials in the structure, the destruction of which can lead to unauthorized access inside the protected object. The proposed method can find application where it is necessary to indicate the destruction of vessels from dielectric materials, for example, in the chemical industry with the equipment of laboratories, etc.

Поиск, проведенный по отечественным и зарубежным источникам информации, показал, что в технике известны различные способы индикации разрушения пластин и оболочек из диэлектрических материалов, причем в охранной сигнализации наиболее часто встречаются способы индикации разрушения стеклянных пластин. A search conducted by domestic and foreign sources of information showed that various methods for indicating the destruction of plates and shells of dielectric materials are known in the art, and in security alarms, methods for indicating the destruction of glass plates are most often encountered.

Существующие способы индикации разрушения пластин и оболочек из диэлектрических материалов (в частности стеклянных) можно классифицировать:
1) по типу физических полей, измерение параметров которых используется для индикации оптические, инфракрасные, ультразвуковые, радиоволновые, акустические, магниторезистивные, электромагнитные, электрорезистивные;
2) по типу контакта с оконным остеклением контактные и бесконтактные;
3)по способу формирования физического поля активные и пассивные.Existing methods for indicating the destruction of plates and shells of dielectric materials (in particular glass) can be classified:
1) by the type of physical fields, the measurement of the parameters of which are used to indicate optical, infrared, ultrasonic, radio waves, acoustic, magnetoresistive, electromagnetic, electroresistive;
2) by type of contact with window glazing, contact and non-contact;
3) by the method of formation of the physical field, active and passive.

Наибольшее количество публикаций посвящено ультразвуковым активным и пассивным контактным способам (см, например, заявку Японии N 58-38836 по кл. G 08 B 13/00, заявку Японии N 57-35513 по кл. G 08 B 13/04). Для указанных способов характерны высокая помехоустойчивость и надежность, но это достигается ценой усложнения системы сигнализации в целом. The largest number of publications is devoted to ultrasonic active and passive contact methods (see, for example, Japanese application N 58-38836 according to class G 08 B 13/00, Japanese application N 57-35513 according to class G 08 B 13/04). These methods are characterized by high noise immunity and reliability, but this is achieved at the cost of complicating the alarm system as a whole.

Большое число способов предполагают использование контактных электромагнитных датчиков (см. например, заявку ФРГ N 03.121.705 по кл. G 08 B 13/04). Эти способы основаны на регистрации вибрации остекления в момент его разрушения с помощью замыкания или размыкания контактов. Способы просты и надежны, однако их недостатком является низкая помехоустойчивость. A large number of methods involve the use of contact electromagnetic sensors (see, for example, the application of Germany N 03.121.705 according to class G 08 B 13/04). These methods are based on registering the vibration of the glazing at the time of its destruction by closing or opening the contacts. The methods are simple and reliable, but their disadvantage is the low noise immunity.

Предлагаемый способ построен на использовании эффекта электромагнитной эмиссии при разрушении диэлектриков. Этот эффект описан в литературе (см. журнал "Физика твердого тела" 1980, т.22, выпуск 5, стр. 1531-1533, "Журнал технической физики", 1984, т.54, выпуск 2, стр. 336-341). Однако из доступных заявителю источников информации неизвестно применение способов, основанных на указанном эффекте, в охранной сигнализации. The proposed method is based on the use of the effect of electromagnetic emission in the destruction of dielectrics. This effect is described in the literature (see the journal "Solid State Physics" 1980, v.22, issue 5, pages 1531-1533, "Journal of Technical Physics", 1984, t.54, issue 2, pages 336-341) . However, it is not known from the sources of information available to the applicant that methods based on this effect are used in burglar alarms.

Поэтому за прототип выбран способ контроля процесса разрушения текстильных волокнистых материалов по а.с. N 1304561 по кл. G 01 N 33/36, 3/00 как наиболее близкий по совокупности существенных признаков к предлагаемому способу. Способ основан на деформации материала и регистрации электромагнитного излучения, генерируемого материалом в диапазоне радиоволн в виде частоты импульсов, при этом в процессе многоразовых циклических нагрузок определяют амплитудно-временные характеристики, а о динамике и степени разрушения материала судят по величине и скорости нарастания амплитуды во времени. Therefore, for the prototype, a method for controlling the process of destruction of textile fibrous materials by a.s. N 1304561 according to class G 01 N 33/36, 3/00 as the closest in combination of essential features to the proposed method. The method is based on the deformation of the material and registration of electromagnetic radiation generated by the material in the range of radio waves in the form of a pulse frequency, while in the process of repeated cyclic loads, the amplitude-time characteristics are determined, and the dynamics and degree of destruction of the material are judged by the magnitude and rate of increase of the amplitude in time.

Недостатком данного способа является отсутствие надежного критерия, позволяющего определить и произвести индикацию момента начала разрушения материала, т.е. регистрируется широкий спектр частот при помощи относительно дорогого и сложного оборудования, из которого без соответствующей обработки, также представляющей некоторые сложности, невозможно выделить характеристики для надежной и достоверной индикации момента начала разрушения материала. Следовательно, этот способ невозможно использовать для надежной и достоверной индикации разрушения, в частности, пластин и оболочек из диэлектрических материалов, тем более применить в охранной сигнализации, где фундаментальными требованиями являются: максимальная вероятность обнаружения, минимальная средняя частота ложных тревог, минимальная уязвимость применяемых устройств. The disadvantage of this method is the lack of a reliable criterion that allows to determine and display the moment of the beginning of the destruction of the material, i.e. a wide range of frequencies is recorded with the help of relatively expensive and complex equipment, from which it is impossible to distinguish characteristics without reliable processing, which also presents some difficulties, for reliable and reliable indication of the moment of the onset of material destruction. Therefore, this method cannot be used for reliable and reliable indication of destruction, in particular, of plates and shells made of dielectric materials, all the more so in security alarms, where the fundamental requirements are: maximum detection probability, minimum average false alarm rate, minimum vulnerability of the devices used.

Задачей настоящего изобретения является разработка надежного способа индикации разрушения, в частности, пластин и оболочек из диэлектрических материалов с возможностью применения его в технике охранной сигнализации. The objective of the present invention is to develop a reliable method for indicating failure, in particular, plates and shells of dielectric materials with the possibility of using it in the alarm technology.

Поставленная задача решается предлагаемым способом индикации разрушения пластин и оболочек из диэлектрических материалов, основанном на регистрации электромагнитного излучения, генерируемого материалом в диапазоне радиоволн, с последующей индикацией факта разрушения, при этом регистрацию электромагнитного излучения осуществляют на частотах толщинного резонанса пластин и оболочек на ультразвуковых сдвиговых и продольных колебаниях, возникающих при разрушении. The problem is solved by the proposed method for indicating the destruction of plates and shells of dielectric materials, based on the registration of electromagnetic radiation generated by the material in the range of radio waves, followed by an indication of the fact of destruction, while the electromagnetic radiation is recorded at the frequencies of the thickness resonance of the plates and shells on ultrasonic shear and longitudinal vibrations arising from the destruction.

Сущность предлагаемого способа заключается в следующем. Проведенными исследованиями установлено, что при разрушении диэлектрический материал генерирует широкий спектр сигналов электромагнитной эмиссии, причем установлено что единственной характеристикой, которую можно использовать для последующей надежной и достоверной индикации факта разрушения пластины или оболочки (материала характеризуемого толщиной) являются сигналы электромагнитной эмиссии на частотах толщинного резонанса пластин и оболочек на ультразвуковых сдвиговых и продольных колебаниях, возникающих при разрушении. Частоты толщинного резонанса пластин и оболочек на сдвиговых и продольных колебаниях, возникающие при разрушении, строго индивидуальны для каждого материала и зависят от его толщины и физико-механических характеристик, то есть способ отвечает и второму требованию, предъявляемому к способам охранной сигнализации, а именно становится практически невозможной ложная индикация факта разрушения пластин и оболочек. Для регистрации этой характеристики нет необходимости использовать сложное оборудование, достаточно применения дипольной антенны, настроенной на соответствующую частоту, при этом антенна, устанавливаемая на некотором расстоянии от пластины (оболочки), может быть замаскирована, т.е. обеспечена минимальная уязвимость используемых в способе устройств. The essence of the proposed method is as follows. Studies have shown that upon destruction, a dielectric material generates a wide range of electromagnetic emission signals, and it has been established that the only characteristic that can be used for subsequent reliable and reliable indication of the fact of destruction of a plate or shell (material characterized by thickness) are electromagnetic emission signals at frequencies of plate resonance and shells on ultrasonic shear and longitudinal vibrations arising from the destruction. The frequencies of the thickness resonance of plates and shells in shear and longitudinal vibrations that occur during fracture are strictly individual for each material and depend on its thickness and physico-mechanical characteristics, that is, the method also meets the second requirement for security alarm methods, namely it becomes practically impossible false indication of the destruction of the plates and shells. To register this characteristic, it is not necessary to use sophisticated equipment, it is sufficient to use a dipole antenna tuned to the appropriate frequency, while an antenna installed at a certain distance from the plate (shell) can be masked, i.e. minimum vulnerability of the devices used in the method is provided.

Предложенный способ индикации пластин и оболочек из диэлектрических материалов отличается от способа, описанного в прототипе, тем, что регистрацию электромагнитного излучения осуществляют на частотах толщинного резонанса пластин и оболочек на ультразвуковых сдвиговых и продольных колебаниях, возникающих при разрушении. При всем многообразии способов, построенных на физическом эффекте электромагнитной эмиссии материалов, способа с такой совокупностью существенных признаков неизвестно, также неизвестно использование указанного эффекта в способах охранной сигнализации, что позволяет считать данное предложение обладающим новизной. The proposed method for indicating plates and shells of dielectric materials differs from the method described in the prototype in that the electromagnetic radiation is recorded at the frequencies of the thickness resonance of the plates and shells on ultrasonic shear and longitudinal vibrations that occur during fracture. With all the variety of methods based on the physical effect of electromagnetic emission of materials, a method with such a combination of essential features is unknown, and the use of this effect in security alarm methods is also unknown, which allows us to consider this proposal as novel.

В результате реализации предлагаемого способа появляется возможность без применения сложной аппаратуры надежно и достоверно производить индикацию момента разрушения, в частности, пластин и оболочек из диэлектрических материалов, т.е. исчезает необходимость регистрации всего спектра сигналов электромагнитной эмиссии с последующей его обработкой. Необходимо регистрировать заранее определенный, характерный только для данного материала сигнал, а именно частоту толщинного резонанса на ультразвуковых сдвиговых и продольных колебаниях, возникающую при разрушении, после чего произвести индикацию любым известным способом. Это особенно важно для преимущественной области использования в технике охранной сигнализации. Как показано выше, предлагаемый способ очень хорошо отвечает всем трем фундаментальным понятиям, характеризующим способы охранной сигнализации. С другой стороны, как видно из анализа уровня техники, все существующие способы либо хорошо отвечают указанным понятиям, но требуют применения сложных устройств, либо наоборот. Предлагаемый способ устраняет это противоречие. Такое решение прямо из существующего уровня техники не вытекает и не было очевидным для специалистов, что позволяет говорить о наличии у данного решения изобретательского уровня. As a result of the implementation of the proposed method, it becomes possible without the use of complex equipment to reliably and reliably indicate the moment of destruction, in particular, plates and shells of dielectric materials, i.e. The need for recording the entire spectrum of electromagnetic emission signals with its subsequent processing disappears. It is necessary to register a predetermined signal that is characteristic only for a given material, namely, the frequency of the thickness resonance at ultrasonic shear and longitudinal vibrations that occurs during fracture, and then produce an indication by any known method. This is especially important for the primary area of use in the alarm technology. As shown above, the proposed method very well meets all three fundamental concepts characterizing security alarm methods. On the other hand, as can be seen from the analysis of the prior art, all existing methods either respond well to these concepts, but require the use of complex devices, or vice versa. The proposed method eliminates this contradiction. Such a solution directly from the current level of technology does not follow and was not obvious to specialists, which allows us to talk about the presence of an inventive step in this solution.

Пример конкретного выполнения. An example of a specific implementation.

Регистрация электромагнитного излучения и индикация факта разрушения проводилась с помощью регистратора быстропротекающих процессов DL-912, спектроанализатора TF-2370 и дипольной широкополосной антенны во время разрушения стеклянного полотна толщиной 4 мм. Registration of electromagnetic radiation and indication of the fact of destruction was carried out using a fast-flow process recorder DL-912, a TF-2370 spectrum analyzer and a dipole broadband antenna during the destruction of a 4 mm thick glass sheet.

Важно отметить, что изменение площади разрушаемых образцов стекла не приводит к изменению частот максимумов спектрограммы, соответствующих частотам толщинного резонанса на сдвиговых и продольных ультразвуковых колебаниях. It is important to note that a change in the area of destructible glass samples does not lead to a change in the frequencies of the spectrogram maxima corresponding to the frequencies of thickness resonance in shear and longitudinal ultrasonic vibrations.

При интерпретации спектрограмм необходимо иметь в виду, что скорости распространения волн сдвиговых и продольных колебаний на краях разлома пластины несколько меньше, чем вдали от этого края. When interpreting spectrograms, it must be borne in mind that the propagation velocities of shear and longitudinal waves at the edges of a plate fault are somewhat lower than far from this edge.

Осуществление данного способа не вызовет затруднений, так как устройства для его осуществления известны и могут быть использованы при соответствующей оптимизации из технических характеристик. Необходимость использования способа, отвечающего современным требованиям, в частности в технике охранной сигнализации, не вызывает сомнений, следовательно изобретение обладает промышленной применимостью. The implementation of this method will not cause difficulties, since devices for its implementation are known and can be used with appropriate optimization of the technical characteristics. The need to use a method that meets modern requirements, in particular in the alarm technology, is not in doubt, therefore, the invention has industrial applicability.

Claims

A method for indicating the destruction of plates and shells of dielectric materials, based on the registration of electromagnetic radiation generated by the material in the range of radio waves, followed by an indication of the fact of destruction, characterized in that the electromagnetic radiation is recorded at the frequencies of the thickness resonance of the plates and shells on ultrasonic shear and longitudinal vibrations arising upon destruction.