RU2419159C2 - Resonant capacitance device for security alarm - Google Patents

Resonant capacitance device for security alarm Download PDF

Info

Publication number
RU2419159C2
RU2419159C2 RU2008149475/08A RU2008149475A RU2419159C2 RU 2419159 C2 RU2419159 C2 RU 2419159C2 RU 2008149475/08 A RU2008149475/08 A RU 2008149475/08A RU 2008149475 A RU2008149475 A RU 2008149475A RU 2419159 C2 RU2419159 C2 RU 2419159C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
circuit
generator
frequency
signal
output
Prior art date
Application number
RU2008149475/08A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2008149475A (en
Inventor
Владислав Петрович Соломеин (RU)
Владислав Петрович Соломеин
Original Assignee
Владислав Петрович Соломеин
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Владислав Петрович Соломеин filed Critical Владислав Петрович Соломеин
Priority to RU2008149475/08A priority Critical patent/RU2419159C2/en
Publication of RU2008149475A publication Critical patent/RU2008149475A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2419159C2 publication Critical patent/RU2419159C2/en

Links

Landscapes

  • Burglar Alarm Systems (AREA)

Abstract

FIELD: electricity.
SUBSTANCE: device includes in-series connected signal shaping assembly, detector, amplifier, threshold device and actuating mechanism. Actuating signal shaping assembly consists of input LC-loop parallel connected to antenna - transmitter and through resistance element to output of high-frequency (HF) generator; at that, resistance element and LC-loop form divider of high-frequency voltage between output of HF-generator and common wire, and LC-loop is pre-tuned to level of high-frequency voltage, which is 0.4 - 0.9 of maximum level of voltage of HF-generator.
EFFECT: simplifying the design, and improving sensitivity and interference immunity.
1 dwg

Description

Изобретение относится к техническим средствам охраны, а именно к устройствам сигнализации, формирующим тревожное извещение при изменении емкости чувствительного элемента.The invention relates to technical means of protection, and in particular to alarm devices that generate an alarm notification when the capacitance of the sensitive element changes.

Известно устройство для тревожной сигнализации емкостного типа (а.с. СССР №372571, 1973 г.), содержащее антенны, подключенные 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 сигнала, первичная обмотка дифференциального трансформатора выполнена несимметричной.A device is known for capacitive type alarm systems (USSR AS No. 372571, 1973), comprising antennas 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, a secondary the winding of the differential transformer through the amplifier is connected to the signal processing circuit, the primary winding of the differential transformer is asymmetrical.

Недостатком устройства является низкая надежность и помехоустойчивость устройства, невысокая устойчивость к погодно-климатическим воздействиям.The disadvantage of this device is the low reliability and noise immunity of the device, low resistance to weather and climate influences.

Известно устройство емкостного типа для охранной сигнализации, содержащее два чувствительных элемента в виде емкостных антенн, соединенные с выводами первичной обмотки дифференциального трансформатора, фильтр высоких частот и исполнительный блок в виде реле (Патент РФ №2277263, 2006 г.).A device of a capacitive type for burglar alarm is known, containing two sensing elements in the form of capacitive antennas connected to the terminals of the primary winding of a differential transformer, a high-pass filter and an actuating unit in the form of a relay (RF Patent No. 2277263, 2006).

Недостатком устройства является наличие двух антенн взаимной компенсации на чувствительные элементы, что увеличивает габариты и стоимость устройства, наличие зоны низкой чувствительности между антеннами при равенстве сигналов воздействия на обе антенны, ограниченная устойчивость к радиопомехам.The disadvantage of this device is the presence of two antennas for mutual compensation for sensitive elements, which increases the size and cost of the device, the presence of a low sensitivity zone between the antennas with equal signal effects on both antennas, and limited immunity to radio interference.

В основу настоящего изобретения положено решение задачи, позволяющее упростить конструкцию устройства, увеличить чувствительность, а также повысить помехозащищенность и устойчивость к погодно-климатическим воздействиям.The present invention is based on the solution of the problem, which allows to simplify the design of the device, increase sensitivity, as well as increase noise immunity and resistance to weather and climate influences.

Поставленная задача решается тем, что в устройстве емкостного типа для охранной сигнализации, содержащем последовательно соединенные узел формирования сигнала, детектор, усилитель, пороговое устройство и исполнительный механизм, узел формирования сигнала состоит из входного колебательного LC-контура, высокочастотного генератора и антенны-датчика, параллельно соединенных между собой через конденсаторы малой емкости, при этом входной колебательный LC-контур находится в частично расстроенном состоянии по отношению к высокочастотному генератору и предварительно настроен на уровень высокочастотного напряжения, составляющий 0,4÷0,9 максимального уровня напряжения высокочастотного генератора.The problem is solved in that in a capacitive-type device for burglar alarms, comprising a signal conditioning unit, a detector, an amplifier, a threshold device and an actuator, the signal conditioning unit consists of an input oscillating LC circuit, a high-frequency generator and an antenna sensor, in parallel interconnected via small capacitors, while the input oscillating LC circuit is in a partially detuned state with respect to the high-frequency and generator of the pre-set level on the high voltage constituting 0.4 ÷ 0.9 of the maximum voltage level of the high frequency generator.

Изобретение поясняется чертежом, где на фиг.1 приведена функциональная схема емкостного устройства.The invention is illustrated in the drawing, where figure 1 shows a functional diagram of a capacitive device.

Предлагаемое емкостное устройство содержит узел формирования сигнала 1, в состав которого входит параллельный LC-контур, антенна-датчик и высокочастотный генератор. Узел детектора 2 включает в себя высокоомный детектор на полевом транзисторе и двухзвенный фильтр нижних частот. Усилитель сигнала 3 состоит из двух каскадов усиления и полосового фильтра. Пороговое устройство 4 выполнено на основе логических элементов КМОП. Узлы устройства соединены между собой последовательно.The proposed capacitive device comprises a signal conditioning unit 1, which includes a parallel LC circuit, an antenna sensor, and a high-frequency generator. The detector assembly 2 includes a high-resistance field-effect transistor detector and a two-link low-pass filter. The signal amplifier 3 consists of two amplification stages and a bandpass filter. The threshold device 4 is based on the CMOS logic elements. The nodes of the device are interconnected in series.

Предлагаемое устройство работает следующим образомThe proposed device operates as follows

Сигнал срабатывания формируется в параллельном колебательном LC-контуре, являющимся входом устройства и подавляющим поступающие с антенны-датчика на устройство электромагнитные воздействия: различного рода наводки и радиопомехи. На колебательный LC-контур подается два сигнала. Один - высокочастотный сигнал, поступающий от ВЧ-генератора. Второй сигнал - сигнал воздействия, следующий от антенны-датчика. Под действием ВЧ-сигнала с генератора на LC-контуре образуется ВЧ-напряжение, которое зависит от настройки контура и сигнала от антенны-датчика. На контур через конденсатор малой емкости подается ВЧ-напряжение от генератора, по отношению к которому LC-контур находится в частично расстроенном состоянии и настроен на более низкую частоту. На контуре необходимо поддерживать ВЧ-напряжение в диапазоне 0,4-0,9 от максимального уровня. Стабилизация работы контура достигается соответствующей подборкой температурного коэффициента емкости (ТКЕ) контурного конденсатора. LC-контур находится в резонансном состоянии, т.к. на уровень ВЧ-напряжения контура оказывает влияние резонансное явление в цепи генератор - LC-контур. Незначительное изменение частоты настройки контура вызывает значительное изменение LC-контура в цепи. Настройка контура зависит от емкости антенны, которая присоединена к нему через конденсатор малой емкости. При приближении нарушителя к охраняемому объекту изменяется емкость антенны и, следовательно, уровень ВЧ-напряжения на LC-контуре, что является сигналом к срабатыванию устройства. По отношению к помехам LC-контур параллельного типа имеет более низкое электрическое сопротивление и шунтирует их на корпус, обеспечивая низкий уровень шумов на входе устройства и, как следствие, высокий уровень чувствительности и помехоустойчивости. Оптимальное значение емкости разделительного конденсатора в цепи между генератором и LC-контуром определяется в зависимости от рабочей частоты устройства и находится на уровне нескольких пикофарад. Этот конденсатор и LC-контур образуют делитель в цепиThe response signal is generated in a parallel oscillatory LC circuit, which is the input of the device and suppresses electromagnetic influences coming from the antenna sensor to the device: various kinds of interference and radio interference. Two signals are applied to the oscillating LC circuit. One is a high-frequency signal coming from an RF generator. The second signal is the impact signal following from the antenna sensor. Under the action of the RF signal from the generator, an RF voltage is generated on the LC circuit, which depends on the configuration of the circuit and the signal from the antenna sensor. An RF voltage is supplied to the circuit through a small capacitor from the generator, with respect to which the LC circuit is in a partially detuned state and tuned to a lower frequency. On the circuit, it is necessary to maintain the RF voltage in the range of 0.4-0.9 from the maximum level. Stabilization of the circuit is achieved by an appropriate selection of the temperature coefficient of capacitance (TKE) of the loop capacitor. The LC circuit is in a resonant state, as the level of the HF voltage of the circuit is influenced by the resonant phenomenon in the generator-LC circuit. A slight change in the loop tuning frequency causes a significant change in the LC loop in the circuit. The circuit setting depends on the capacity of the antenna, which is connected to it through a small capacitor. When the intruder approaches the protected object, the antenna capacity and, consequently, the RF voltage level on the LC circuit changes, which is a signal for the device to operate. In relation to interference, the parallel-type LC circuit has a lower electrical resistance and shunts them to the housing, providing a low noise level at the input of the device and, as a result, a high level of sensitivity and noise immunity. The optimal value of the capacitance of the isolation capacitor in the circuit between the generator and the LC circuit is determined depending on the operating frequency of the device and is at the level of several picofarads. This capacitor and LC circuit form a divider in the circuit.

ВЧ-сигнала (емкостное сопротивление конденсатора и полное сопротивление контура). На приходящий с антенны сигнал приближения посторонних LC-контур реагирует изменением своего сопротивления. Для работы узла формирования необходимо, чтобы это изменение сопротивления воздействовало на уровень ВЧ-напряжения контура. Для этого сигнал с генератора требуется подавать через сопротивление, величина которого должна быть сравнима с сопротивлением контура на рабочей частоте и подбираться в зависимости от этой частоты.RF signal (capacitance of the capacitor and impedance of the circuit). An LC-circuit reacts to an outside signal coming from outsiders by changing its resistance. For the operation of the forming unit, it is necessary that this change in resistance affects the level of the HF voltage of the circuit. For this, the signal from the generator must be supplied through a resistance, the value of which must be comparable with the loop resistance at the operating frequency and selected depending on this frequency.

С целью снижения влияния окружающих предметов и погодно-климатических колебаний на настройку контура, а также отсутствия в контуре паразитных емкостей, понижающих его добротность, между антенной и LC-контуром устанавливается конденсатор малой емкости.In order to reduce the influence of surrounding objects and weather and climate fluctuations on the circuit tuning, as well as the absence of parasitic capacitors in the circuit that reduce its quality factor, a small capacitor is installed between the antenna and the LC circuit.

С выхода узла формирователя сигнал поступает на вход детектора. С целью получения термостабильности и экономичности разработана схема детектора на полевом транзисторе с фильтром низких частот в цепи истока. Транзистор работает на малом токе стока, следовательно, на нелинейном участке характеристики он выполняет функцию детектора. В цепь истока включен двухзвенный фильтр нижних частот для сглаживания пульсаций ВЧ-напряжения и выделения полезного сигнала, имеющего инфранизкую частоту.From the output of the shaper unit, the signal is fed to the input of the detector. In order to obtain thermal stability and efficiency, a detector circuit was developed on a field-effect transistor with a low-pass filter in the source circuit. The transistor operates at a low drain current, therefore, in the non-linear portion of the characteristic, it acts as a detector. A two-link low-pass filter is included in the source circuit to smooth out the ripple of the RF voltage and isolate the useful signal having an infralow frequency.

С выхода детектора сигнал поступает на вход усилителя. В предлагаемом изобретении используется полосовой усилитель, усиливающий только полезный сигнал инфранизкой частоты и обеспечивающий высокую степень усиления для реализации возможностей малошумящего формирования сигнала срабатывания входного узла. При этом полосовой усилитель обеспечивает возможность работы устройства от батареи. Эти преимущества усилителя реализованы в усилителе на логических элементах КМОП, работающих в линейном режиме. В качестве усилительных каскадов используются инверторы, имеющие значительное усиление в линейном режиме работы. Высокое входное сопротивление элементов КМОП позволяет использовать разделительные конденсаторы малой емкости, обладающие повышенной надежностью и пониженными шумами по сравнению с электролитическими конденсаторами.From the output of the detector, the signal is fed to the input of the amplifier. In the present invention, a strip amplifier is used, amplifying only the useful infra-low frequency signal and providing a high degree of amplification for realizing the possibilities of low-noise generation of the input node response signal. In this case, the strip amplifier provides the ability to operate the device from battery. These advantages of the amplifier are realized in an amplifier based on CMOS logic elements operating in linear mode. Inverters with significant amplification in linear operation are used as amplification stages. The high input impedance of the CMOS elements allows the use of low-capacitance isolation capacitors, which have increased reliability and reduced noise compared to electrolytic capacitors.

С выхода усилителя сигнал поступает на пороговое устройство. Пороговое устройство также выполнено на логических элементах КМОП, что обеспечивает его стабильность и экономичность. Элементы КМОП имеют термостабильные, и пороговые, и выходные напряжения. Кроме того, входные элементы порогового устройства и выходной каскад усилителя находятся в одном корпусе микросхемы, что дополнительно повышает стабильность работы устройства и упрощает налаживание - позволяет не подбирать сопротивления резисторов входного делителя. При поступлении на вход порогового устройства сигнала, достаточного для переключения одного из входных элементов, на выходе устройства появляется сигнал определенной длительности, формируемый одним из двух одновибраторов. Наличие двух одновибраторов позволяет различать тип воздействия на антенну - приближающиеся или отдаляющиеся по отношению к антенне движения нарушителей (либо металлических предметов). Такая способность существенно расширяет возможности устройства. Наличие диодов предназначено для обеспечения устойчивой работы схемы и для быстрой разрядки времязадающих конденсаторов при установке одновибраторов в исходное состояние после подачи выходного сигнала срабатывания. С выхода порогового устройства сигнал-импульс определенной длительности подается на вход исполнительного механизма.From the output of the amplifier, the signal enters the threshold device. The threshold device is also made on the CMOS logic elements, which ensures its stability and efficiency. CMOS elements are thermostable and threshold and output voltage. In addition, the input elements of the threshold device and the output stage of the amplifier are located in the same housing of the microcircuit, which further increases the stability of the device and simplifies the setup - it allows not to select the resistance of the input divider resistors. When a signal sufficient to switch one of the input elements arrives at the input of the threshold device, a signal of a certain duration appears on the device output, which is formed by one of two single-vibrators. The presence of two single vibrators makes it possible to distinguish between the type of impact on the antenna - the movement of intruders (or metal objects) approaching or moving away with respect to the antenna. This ability significantly expands the capabilities of the device. The presence of diodes is designed to ensure the stable operation of the circuit and for the fast discharge of time-consuming capacitors when installing single-vibrators in the initial state after applying the output operation signal. From the output of the threshold device, a signal-pulse of a certain duration is fed to the input of the actuator.

Устройство обладает универсальностью работы на различных частотах. При работе на пониженной частоте обеспечивается экономичность устройства, малый уровень излучения радиопомех в эфир, простота изготовления и настройки генератора схемы. Работа устройства на повышенной частоте позволяет получить высокую чувствительность и устойчивость к наводкам и радиопомехам.The device has the versatility of operation at various frequencies. When operating at a low frequency, the device is economical, a low level of radio interference on the air, ease of manufacture and tuning of the circuit generator. The operation of the device at high frequency allows you to get high sensitivity and resistance to interference and radio interference.

Применение предложенного емкостного устройства для охранной сигнализации по сравнению с известным позволяет повысить чувствительность и помехозащищенность, увеличить устойчивость к погодно-климатическим воздействиям, кроме того, устройство не содержит дорогостоящих материалов, достаточно просто в настройке и удобно в работе.The use of the proposed capacitive device for burglar alarms in comparison with the known one allows to increase sensitivity and noise immunity, increase resistance to weather and climatic influences, in addition, the device does not contain expensive materials, it is quite simple to set up and convenient to use.

Claims (1)

Резонансное емкостное устройство для охранной сигнализации, содержащее последовательно соединенные узел формирования сигнала срабатывания, детектор, усилитель, пороговое устройство и исполнительный механизм, отличающееся тем, что узел формирования сигнала срабатывания состоит из входного LC-контура, параллельно соединенного с антенной - датчиком и через элемент сопротивления - с выходом высокочастотного (ВЧ) генератора, при этом элемент сопротивления и LC-контур образуют делитель высокочастотного напряжения между выходом ВЧ-генератора и общим проводом, a LC-контур предварительно настроен на уровень высокочастотного напряжения, составляющий 0,4-0,9 максимального уровня напряжения ВЧ-генератора. A resonant capacitive device for burglar alarms, comprising a series of triggered signal generating unit, detector, amplifier, threshold device and actuator, characterized in that the signal generating unit consists of an input LC circuit connected in parallel with the antenna - sensor and through a resistance element - with the output of a high-frequency (HF) generator, while the resistance element and the LC circuit form a high-frequency voltage divider between the output of the HF generator as well as a common wire, a LC circuit is pre-tuned to a high-frequency voltage level of 0.4-0.9 of the maximum voltage level of an RF generator.
RU2008149475/08A 2008-12-15 2008-12-15 Resonant capacitance device for security alarm RU2419159C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008149475/08A RU2419159C2 (en) 2008-12-15 2008-12-15 Resonant capacitance device for security alarm

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008149475/08A RU2419159C2 (en) 2008-12-15 2008-12-15 Resonant capacitance device for security alarm

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2008149475A RU2008149475A (en) 2010-06-20
RU2419159C2 true RU2419159C2 (en) 2011-05-20

Family

ID=42682420

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2008149475/08A RU2419159C2 (en) 2008-12-15 2008-12-15 Resonant capacitance device for security alarm

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2419159C2 (en)

Also Published As

Publication number Publication date
RU2008149475A (en) 2010-06-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5111186A (en) LC-type electronic article surveillance tag with voltage dependent capacitor
US7557766B2 (en) Portable remote controller for tire status detector
RU99116369A (en) DEVICE FOR CONTACTLESS TRANSMISSION OF ELECTRICAL SIGNALS AND / OR ENERGY
CA2575174C (en) Frequency divider with variable capacitance
KR960020002A (en) Voltage controlled oscillator
JP2014014072A5 (en)
JPS60125530A (en) Infrared ray sensor
US4621258A (en) Proximity detecting apparatus
US3925774A (en) Field disturbance type motion detection system
US10571422B2 (en) Sensor circuit
RU79348U1 (en) CAPACITY TYPE DEVICE FOR SECURITY ALARMS
RU2419159C2 (en) Resonant capacitance device for security alarm
US5099225A (en) Electrostatic tag for use in an EAS system
US3047849A (en) Electronic intrusion protection array system
JP2013104766A (en) Human body approach detection system and guard system
JP7029040B2 (en) Remote detection with a sensor resonator with a sensor inductor coupled to the resonator capacitor via a shielded cable
CA1191226A (en) Proximity detector
JP2014007629A (en) Proximity sensor
RU2395845C1 (en) Stabilised capacitive alarm device
RU2412487C2 (en) Noise-resistant capacitance device for security alarm
US6013914A (en) Circuit for detecting electromagnetic radiation
US3550106A (en) Object detection system utilizing electromagnetic waves
RU2504013C1 (en) Selective capacitive device for security alarm
KR102069280B1 (en) Microwave sensor having microstrip structure oscillator
JP4049078B2 (en) Proximity sensor

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20161216