RU2419812C1 - Differential sensor to detect moving objects - Google Patents
Differential sensor to detect moving objects Download PDFInfo
- Publication number
- RU2419812C1 RU2419812C1 RU2009134777/09A RU2009134777A RU2419812C1 RU 2419812 C1 RU2419812 C1 RU 2419812C1 RU 2009134777/09 A RU2009134777/09 A RU 2009134777/09A RU 2009134777 A RU2009134777 A RU 2009134777A RU 2419812 C1 RU2419812 C1 RU 2419812C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- input
- detector
- sensor
- generator
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
- G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Burglar Alarm Systems (AREA)
- Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
- Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
Abstract
Description
Область техникиTechnical field
Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для обнаружения перемещающегося объекта, например движения человека в контролируемой сенсором зоне.The invention relates to radio engineering and can be used to detect a moving object, for example, human movement in a zone controlled by a sensor.
Предшествующий уровень техникиState of the art
Основными типами существующих в настоящее время датчиков движения объектов являются инфракрасные датчики, ультразвуковые детекторы, емкостные датчики движения объектов, радиоволновые детекторы движения, доплеровские сенсоры и комбинированные датчики.The main types of currently existing object motion sensors are infrared sensors, ultrasonic detectors, capacitive object motion sensors, radio wave motion detectors, Doppler sensors and combined sensors.
Радиоволновые детекторы движения работают в СВЧ диапазоне. Излучение и прием осуществляются одной (двумя) антенной. Радиоволновые извещатели формируют объемную зону обнаружения за счет переотражений энергии. В основе работы таких датчиков лежит использование эффекта Доплера или интерференция радиоволн сантиметрового диапазона.Radio wave motion detectors operate in the microwave range. Radiation and reception are carried out by one (two) antenna. Radio wave detectors form a volumetric detection zone due to energy reflections. The operation of such sensors is based on the use of the Doppler effect or the interference of centimeter-wave radio waves.
Наиболее близким для заявленного технического решения является сенсор для обнаружения движущихся объектов при помощи сверхширокополосного сигнала (RU, №2311658, опубл. 27.11.2007).Closest to the claimed technical solution is a sensor for detecting moving objects using an ultra-wideband signal (RU, No. 2311658, publ. 11/27/2007).
Этот сенсор представляет собой устройство для обнаружения и мониторинга движущихся объектов. Сенсор содержит генератор импульсов, две антенны, два детектора, дифференциальный усилитель, фильтр нижних частот, устройство обратной связи, компаратор. Для обнаружения и мониторинга движущихся объектов антеннами излучается сверхширокополосный (СШП) импульсный сигнал и принимается сигнал, отраженный от окружающих объектов. В пространстве образуется определенное распределение электромагнитного поля, которое изменяется при появлении движущихся объектов, и это изменение регистрируется сенсором.This sensor is a device for detecting and monitoring moving objects. The sensor contains a pulse generator, two antennas, two detectors, a differential amplifier, a low-pass filter, a feedback device, a comparator. To detect and monitor moving objects, an ultra-wideband (UWB) pulse signal is emitted by the antennas and a signal reflected from surrounding objects is received. A certain distribution of the electromagnetic field is formed in space, which changes when moving objects appear, and this change is recorded by the sensor.
Преимущества такого сенсора:The advantages of such a sensor:
- широкий спектр зондирующего сигнала, позволяющий использовать малые излучаемые уровни;- a wide range of sounding signal, allowing the use of small emitted levels;
- малая потребляемая мощность вследствие импульсного характера излучения и большой скважности;- low power consumption due to the pulsed nature of the radiation and high duty cycle;
- использование дифференциальной схемы позволяет скомпенсировать помехи, падающие на сенсор в виде плоских волн электромагнитного поля, что существенно повышает чувствительность сенсора.- the use of a differential circuit allows you to compensate for the noise incident on the sensor in the form of plane waves of an electromagnetic field, which significantly increases the sensitivity of the sensor.
Однако известное техническое решение имеет определенные недостатки.However, the known technical solution has certain disadvantages.
Устройство использует сверхширокополосный зондирующий сигнал, занимающий полосу частот от сотен мегагерц до нескольких гигагерц. Применение таких сигналов во многих странах запрещено, а в тех странах, где это разрешено, имеются существенные ограничения по амплитуде и мощности излучаемых сигналов. Например, в США стандартом FCC 02-48 уровень спектральной плотности мощности излучения СШП сигналов ограничен на уровне -43 дБм/МГц. Это существенно снижает возможность применения сенсора как по дальности обнаружения, так и областям применения.The device uses an ultra-wideband probe signal occupying a frequency band from hundreds of megahertz to several gigahertz. The use of such signals in many countries is prohibited, and in those countries where it is allowed, there are significant restrictions on the amplitude and power of the emitted signals. For example, in the USA, the FCC 02-48 standard limits the spectral power density of UWB radiation power to a signal of -43 dBm / MHz. This significantly reduces the possibility of using the sensor both in detection range and in applications.
Кроме того, используемая в известном техническом решении отрицательная обратная связь изменяет режим работы детектора и уменьшает коэффициент передачи по полезному сигналу. Уменьшение напряжения обратной связи увеличивает коэффициент передачи детектора, что нейтрализует ее действие и требует применение дифференциальных усилителей с большим коэффициентом усиления. При больших разбалансах сенсора, вызываемых окружающей средой, может произойти прекращение его работы. Устройство требует преимущественного использования рамочных антенн.In addition, the negative feedback used in the known technical solution changes the mode of operation of the detector and reduces the transmission coefficient of the useful signal. A decrease in the feedback voltage increases the gain of the detector, which neutralizes its effect and requires the use of differential amplifiers with a large gain. With large imbalances in the sensor caused by the environment, it may stop functioning. The device requires the predominant use of loop antennas.
Раскрытие изобретенияDisclosure of invention
Решаемая изобретением задача - улучшение технико-эксплуатационных характеристик.The problem solved by the invention is the improvement of technical and operational characteristics.
Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, - повышение дальности обнаружения, усовершенствование эксплуатационных возможностей за счет существенного сужения диапазона частот эмиссии зондирующего сигнала и расширения диапазона регулировки обратной связи, позволяющего, в свою очередь, расширить диапазон изменения свойств окружающей среды вокруг сенсора.The technical result that can be obtained by carrying out the invention is to increase the detection range, improve operational capabilities by significantly narrowing the emission frequency range of the probe signal and expanding the feedback adjustment range, which, in turn, allows expanding the range of environmental properties around the sensor.
Для решения поставленной задачи с достижением указанного технического результата в известном сенсоре для обнаружения движущихся объектов, содержащем первую антенну и вторую антенну, генератор импульсов, выполненный с двумя выходами, и первый выход которого соответственно подсоединен к входу/выходу первой антенны, а второй его выход - к входу/выходу второй антенны, входную цепь, состоящую из двух детекторов, вход первого детектора подсоединен к входу/выходу первой антенны, а вход второго детектора - к входу/выходу второй антенны, дифференциальный усилитель, устройство обратной связи, фильтр нижних частот, компаратор, при этом выход первого детектора соединен с первым входом дифференциального усилителя, а выход второго детектора - со вторым входом дифференциального усилителя, выход дифференциального усилителя соединен с входом фильтра нижних частот и с входом устройства обратной связи, которое предназначено для подавления внешних помех сенсора и выход которого соединен с выходом одного из детекторов, выход фильтра нижних частот подсоединен к входу компаратора, на другой управляющий вход которого подано напряжение порога срабатывания сенсора, а выход компаратора предназначен для выработки сигнала тревоги сенсора, согласно изобретению генератор импульсов выполнен обеспечивающим формирование радиоимпульсов и создан на базе генератора задающих импульсов и генератора гармонического сигнала, выход генератора задающих импульсов подсоединен к входу генератора гармонического сигнала, а его два выхода служат соответственно двумя выходами генератора импульсов, введен дополнительный фильтр нижних частот, устройство обратной связи выполнено с двумя выходами, первый из которых подсоединен к выходу одного из детекторов, а второй выход которого подсоединен через дополнительный фильтр нижних частот к входу того детектора, к выходу которого подсоединен первый выход устройства обратной связи.To solve the problem with achieving the specified technical result in a known sensor for detecting moving objects containing a first antenna and a second antenna, a pulse generator made with two outputs, and the first output of which is respectively connected to the input / output of the first antenna, and its second output - to the input / output of the second antenna, an input circuit consisting of two detectors, the input of the first detector is connected to the input / output of the first antenna, and the input of the second detector to the input / output of the second antenna, different a social amplifier, feedback device, low-pass filter, comparator, while the output of the first detector is connected to the first input of the differential amplifier, and the output of the second detector is connected to the second input of the differential amplifier, the output of the differential amplifier is connected to the input of the low-pass filter and to the input of the feedback device communication, which is designed to suppress external interference of the sensor and whose output is connected to the output of one of the detectors, the output of the low-pass filter is connected to the input of the comparator, on the other the control input of which the voltage of the sensor threshold is applied, and the comparator output is designed to generate a sensor alarm, according to the invention, the pulse generator is designed to generate radio pulses and is based on the generator of the driving pulses and the harmonic signal generator, the output of the driving pulse generator is connected to the input of the harmonic signal generator , and its two outputs serve respectively as two outputs of the pulse generator, an additional low-pass filter is introduced The feedback device is made with two outputs, the first of which is connected to the output of one of the detectors, and the second output of which is connected through an additional low-pass filter to the input of that detector, to the output of which the first output of the feedback device is connected.
Указанные преимущества, а также особенности настоящего изобретения поясняются приведенным вариантом его выполнения со ссылками на прилагаемые фигуры.These advantages, as well as the features of the present invention are illustrated by the cited embodiment with reference to the accompanying figures.
Краткий перечень чертежейBrief List of Drawings
Фиг.1 изображает функциональную схему сенсора;Figure 1 depicts a functional diagram of the sensor;
Фиг.2 - принципиальную схему генератора импульсов, а именно радиоимпульсов (ТРИ);Figure 2 is a schematic diagram of a pulse generator, namely radio pulses (THREE);
Фиг.3 - диаграммы формирования выходного видеоимпульса генератора на фиг.2;Figure 3 - diagrams of the formation of the output video pulse of the generator in figure 2;
Фиг.4 - формы колебаний выходных сигналов: видеоимпульса генератора задающих импульсов и радиоимпульса (ГРИ) на фиг.2;Figure 4 - waveforms of the output signals: the video pulse of the generator of the driving pulses and the radio pulse (GRI) in figure 2;
Фиг.5 - принципиальную схему входной цепи на фиг.1;5 is a schematic diagram of the input circuit in figure 1;
Фиг.6 - принципиальную схему дифференциального усилителя на фиг.1;6 is a schematic diagram of a differential amplifier in figure 1;
Фиг.7 - принципиальную схему устройства обратной связи на фиг.1.Fig.7 is a schematic diagram of the feedback device of Fig.1.
Лучший вариант осуществления изобретенияThe best embodiment of the invention
Сенсор для обнаружения движущихся объектов (фиг.1) содержит первую антенну 1 и вторую антенну 2, генератор 3 импульсов, выполненный с двумя выходами, и первый выход которого соответственно подсоединен к входу/выходу первой антенны 1, а второй его выход - к входу/выходу второй антенны 2. Входная цепь 4 состоит из двух детекторов 5 и 6. Вход первого детектора 5 подсоединен к входу/выходу первой антенны 1, а вход второго детектора 6 - к входу/выходу второй антенны 2. Сенсор содержит дифференциальный усилитель 7 (ДУ), устройство 8 обратной связи (УОС), фильтр 9 нижних частот (ФНЧ), компаратор 10. Выход первого детектора 5 соединен с первым входом дифференциального усилителя 7, а выход второго детектора 6 - со вторым входом дифференциального усилителя 7. Выход ДУ 7 соединен с входом ФНЧ 9 и с входом УОС 8. Устройство 8 обратной связи предназначено для автоматической балансировки сенсора, подавления его внешних помех и его выход соединен с выходом одного из детекторов, например второго детектора 6. Выход ФНЧ 9 подсоединен к входу компаратора 10. На управляющий вход компаратора 10 соответственно подается напряжение порога срабатывания сенсора, а выход компаратора 10 предназначен для выработки сигнала тревоги устройства.The sensor for detecting moving objects (Fig. 1) contains a
Генератор 3 импульсов выполнен обеспечивающим формирование радиоимпульсов и создан на базе генератора 11 задающих импульсов и генератора 12 гармонического сигнала. Выход генератора 11 задающих импульсов подсоединен к входу генератора 12 гармонического сигнала, а его два выхода служат соответственно двумя выходами генератора 3 импульсов. В сенсор введен дополнительный фильтр 13 нижних частот (ДФНЧ). Устройство 8 обратной связи выполнено с двумя выходами, первый из которых подсоединен к выходу одного из детекторов, например второго детектора 6. Второй выход УОС 8 подсоединен через дополнительный фильтр 13 нижних частот к входу того детектора, например второго детектора 6, к выходу которого подсоединен первый выход УОС 8.The pulse generator 3 is configured to generate radio pulses and is based on the generator 11 of the master pulses and the harmonic signal generator 12. The output of the generator 11 of the driving pulses is connected to the input of the generator 12 of the harmonic signal, and its two outputs serve respectively as two outputs of the generator 3 pulses. An additional low-pass filter (LPSF) 13 is introduced into the sensor. The feedback device 8 is made with two outputs, the first of which is connected to the output of one of the detectors, for example, the second detector 6. The second output of the SLD 8 is connected through an additional low-pass filter 13 to the input of that detector, for example, the second detector 6, to the output of which the first SLD output 8.
Устройство допускает возможность использования любых типов антенн 1 и 2.The device allows the use of any type of
Работает устройство (фиг.1) следующим образом.The device operates (figure 1) as follows.
Генератор 11 задающих импульсов генерирует импульсы, которые используются для питания генератора 12 гармонического сигнала с двумя выходами.The pulse generator 11 generates pulses that are used to power the harmonic signal generator 12 with two outputs.
В результате при подаче импульсного питания на выходах генератора 3 (ГРИ) формируются радиоимпульсы, излучаемые антеннами 1 и 2 и одновременно отпирающие диоды первого детектора 5 и второго детектора 6. Длительность импульсов генератора 3 (ГРИ) определяет временной интервал открытия диодов первого и второго детекторов 5, 6 и, следовательно, зону дальности в пределах которой сенсор принимает сигналы, отраженные от удаленных движущихся объектов. С другой стороны, центральная частота и ширина спектра формируемых радиоимпульсов ГРИ генератора 3 определяются соответственно центральной частотой генератора 12 гармонических сигналов и длительностью импульса генератора 11. Малая длительность радиоимпульса определяет малое время открытия диодов первого и второго детекторов 5, 6 и обеспечивает малый уровень помех поступающих с антенн 1, 2 на входы входной цепи 4 приемника. Первый и второй детекторы 5, 6 представляют собой диодный смеситель, разность напряжений, в плечах которого усиливается ДУ 7. Для устранения возможного разбаланса сигналов с каналов приема первым и вторым детектором 5, 6 применено УОС 8 с двумя выходами. Введение обратной связи с помощью УОС 8 автоматически при отсутствии движущихся объектов в зоне нахождения первой и второй антенны 1, 2 поддерживает постоянный выходной сигнал на выходе ДУ 7, равный половине напряжения питания (0,5 VCC).As a result, when applying pulse power to the outputs of the generator 3 (GRI), radio pulses are generated by the
Использование обратной связи с двумя выходами, кроме обеспечения постоянного выходного сигнала ДУ 7, обеспечивает поддержание постоянной разности потенциалов катода и анода диода детектора 6 при значительном разбалансе антенн 1 и 2, вызванном, например, влиянием неоднородной внешней среды вблизи антенн 1 и 2. Дополнительный фильтр 13 нижних частот обеспечивает подключение обратной связи к входу одного из детекторов, например второго детектора 6, и необходимую развязку по высокой частоте формируемых радиоимпульсов. Постоянная времени УОС 8 выбрана обеспечивающей устранение медленных разбалансов первой и второй антенн 1, 2 и первого и второго детекторов 5, 6, вызываемых влиянием погодных условий (снег, лед, температура). Влияние изменения погодных условий вызывает медленные изменения сигналов, которые происходят за время более 10 с. В тоже время быстрые изменения сигналов, вызванные движением живых людей, происходят при частотах от 0,1 до 10 Гц, и такие быстрые изменения сигналов надлежащим образом проходят на выход ДУ 7.The use of feedback with two outputs, in addition to providing a constant output signal of the remote control 7, maintains a constant potential difference between the cathode and anode of the detector diode 6 with a significant imbalance of
Полученная с выхода ДУ 7 усиленная разность сигналов фильтруется ФНЧ 9 с полосой пропускания около 10 Гц и усилением ≈20 дБ. С ФНЧ 9 сигналы подаются на компаратор 10, генерирующий сигналы транзисторно-транзисторной логики (ТТЛ) уровня при превышении заданного порога срабатывания входного сигнала с ФНЧ 9.The amplified signal difference obtained from the output of the remote control 7 is filtered by the low-pass filter 9 with a passband of about 10 Hz and a gain of ≈20 dB. From the low-pass filter 9, the signals are fed to the comparator 10, generating signals of the transistor-transistor logic (TTL) level when the specified threshold for the input signal from the low-pass filter 9 is exceeded.
При появлении в зоне расположения первой и второй антенны 1, 2 какого-либо движущегося объекта отраженные от него сигналы принимаются первой и второй антеннами 1, 2 и детектируются входной цепью 4. Поскольку антенны 1 и 2 пространственно разнесены, то принимаемые ими сигналы будут различаться по форме, амплитуде и задержке и на выходе ДУ 7 появляется выходной сигнал, который после сравнения с порогом в компараторе 10 используется для выдачи сигнала тревоги.When any moving object appears in the area of the first and
Для стабилизации рабочей точки детектора, например второго детектора 6, вход которого соединен с устройством 8 обратной связи, используется дополнительный фильтр 13 нижних частот. В известном техническом решении отрицательная обратная связь УОС 8, подсоединенная к выходу второго детектора 6, изменяет режим работы этого детектора и уменьшает коэффициент передачи по полезному сигналу. Уменьшение напряжения обратной связи увеличивает коэффициент передачи второго детектора 6, что нейтрализует ее действие и требует применение дифференциального усилителя 7 с большим коэффициентом усиления. При больших разбалансах сенсора, вызываемых окружающей средой, может произойти прекращение его работы. Для исключения этих отрицательных последствий действия обратной связи, подаваемой на выход второго детектора 6 (на вход ДУ 7), на вход второго детектора 6 также подается напряжение со второго выхода устройства 8 обратной связи. Поскольку на входе второго детектора 6 присутствует высокочастотный сигнал, то это напряжение подается через дополнительный фильтр 13 нижних частот, который пропускает только низкочастотный сигнал отрицательной обратной связи и исключает шунтирование входной цепи второго детектора 6 выходом устройства 8 обратной связи. При обеспечении этих условий напряжение на входе и выходе второго детектора 6 при действии обратной связи изменяется синхронно, обеспечивая постоянство положения его рабочей точки. Подключение обратной связи к входу второго детектора 6 увеличивает эффективность его работы и позволяет уменьшить более чем в 10 раз коэффициент усиления дифференциального усилителя 7 и устойчивость его работы при разных уровнях сигналов с выходов первого и второго детекторов 5, 6.To stabilize the operating point of the detector, for example, the second detector 6, the input of which is connected to the feedback device 8, an additional low-pass filter 13 is used. In the known technical solution, the negative feedback of the SLD 8 connected to the output of the second detector 6 changes the operating mode of this detector and reduces the transmission coefficient of the useful signal. Reducing the feedback voltage increases the gain of the second detector 6, which neutralizes its effect and requires the use of a differential amplifier 7 with a large gain. With large imbalances in the sensor caused by the environment, it may stop functioning. To eliminate these negative consequences of the feedback applied to the output of the second detector 6 (to the input of the remote control 7), the voltage from the second output of the feedback device 8 is also supplied to the input of the second detector 6. Since a high-frequency signal is present at the input of the second detector 6, this voltage is supplied through an additional low-pass filter 13, which passes only the low-frequency negative feedback signal and eliminates the shunt of the input circuit of the second detector 6 by the output of the feedback device 8. Under these conditions, the voltage at the input and output of the second detector 6 under the action of feedback changes synchronously, ensuring the constancy of the position of its operating point. Connecting feedback to the input of the second detector 6 increases its efficiency and reduces the gain of the differential amplifier 7 and its stability at different signal levels from the outputs of the first and
В устройстве используется радиоимпульсный зондирующий сигнал. Длительность импульса генератора 3 (ГРИ) составляет сотни наносекунд, что, с одной стороны, определяет достаточно малую мощность потребления (при частоте повторения в единицы и десятки килогерц), а с другой стороны, позволяет работать в заданном (разрешенном для использования) частотном диапазоне и обеспечить высокую помехоустойчивость в различных погодных условиях на излучаемых сигналах малой мощности.The device uses a radio-pulse sounding signal. The pulse duration of generator 3 (GRI) is hundreds of nanoseconds, which, on the one hand, determines a fairly low power consumption (at a repetition frequency of units and tens of kilohertz), and on the other hand, allows you to work in a given (allowed for use) frequency range and provide high noise immunity in various weather conditions on the emitted signals of low power.
Специалистам понятно, что приведенные на фигуре 1 функциональные блоки могут быть выполнены технически различным образом, но не изменяющими сущности изобретения, приведенного в независимом пункте его формулы.Those skilled in the art will understand that the functional blocks shown in FIG. 1 can be performed in technically different ways, but without altering the essence of the invention given in the independent claim.
Далее, например, более подробно описано выполнение отдельных функциональных блоков, изображенных на фиг.1.Next, for example, the implementation of the individual functional blocks depicted in figure 1 is described in more detail.
Генератор 3 (фиг.2) состоит из генератора 11 задающих импульсов и генератора 12 гармонического сигнала. Генератор 11 представляет собой RC-мультивибратор на RS- и D-триггерах. RS-триггер D1 является мультивибратором, генерирующий меандр амплитудой А=3В, частотой около 10 кГц, длительностью фронтов 1 нс и постоянной составляющей, равной А/2=1,5 В. Накопительные конденсаторы С1 и С2 на входах установки логического нуля и единицы и резисторы R1 и R2 в цепях обратной связи формируют соответствующую длительность полупериодов меандра и частоту следования выходных импульсов. Диоды VD1 и VD2 служат для ускорения процессов заряда и разряда конденсаторов С1 и С2, соответственно.Generator 3 (figure 2) consists of a generator 11 of the driving pulses and the generator 12 of the harmonic signal. Generator 11 is an RC multivibrator on RS and D flip-flops. The RS-flip-flop D1 is a multivibrator generating a meander with an amplitude of A = 3V, a frequency of about 10 kHz, a duration of fronts of 1 ns and a constant component of A / 2 = 1.5 V. The storage capacitors C1 and C2 at the inputs of the logic zero and one and the resistors R1 and R2 in the feedback circuits form the corresponding duration of the half-waves of the meander and the repetition rate of the output pulses. Diodes VD1 and VD2 are used to accelerate the processes of charge and discharge of capacitors C1 and C2, respectively.
D-триггер D2 служит для формирования видеоимпульса с заданными параметрами, длительность которого определяется длиной обратной связи, внутренней задержкой сигнала в конкретной микросхеме, емкостью конденсатора С3 и сопротивлением резистора R3.D-trigger D2 is used to generate a video pulse with the given parameters, the duration of which is determined by the feedback length, the internal signal delay in a specific microcircuit, the capacitance of the capacitor C3 and the resistance of the resistor R3.
Генератор 12 гармонического сигнала (фиг.2) представляет из себя задающий генератор на транзисторе VT1 и формирователи выходов на транзисторах VT2 и VT3, включенные по схеме с общим эммитером. Задающий генератор содержит в базовой цепи колебательный контур из конденсатора С4 и конструктивной полосковой линии. Обратная связь определяется емкостным делителем на конденсаторах С5 и С6.The harmonic signal generator 12 (figure 2) is a master oscillator on the transistor VT1 and the shapers of the outputs on the transistors VT2 and VT3, included in the scheme with a common emitter. The master oscillator contains in the base circuit an oscillating circuit of capacitor C4 and a structural strip line. Feedback is determined by a capacitive divider on capacitors C5 and C6.
Работает генератор 3 (ГРИ) следующим образом (фиг.2).The generator 3 (GRI) operates as follows (figure 2).
При включении питания триггер D1 устанавливается в исходное состояние, соответствующее, например, логической единице. Конденсатор С1 начинает медленно заряжаться и при его заряде на вход установки логического нуля поступает логический нуль, сбрасывая триггер D1 в нуль. График заряда/разряда конденсатора С1 на входе установки логического нуля R триггера D1 показан на фигуре 3 (А). В этот момент начинается заряд конденсатора С2 и при полной его зарядке на вход установки логической единицы поступает логический нуль и триггер D1 устанавливается в состояние логической единицы. График заряда/разряда конденсатора С2 на входе установки логической единицы S триггера D1 показан на фигуре 3 (В). Таким образом, на синхронизирующий вход триггера D2 с неинвертирующего выхода Q1 триггера D1 поступает меандр с заданной частотой, график которого показан на фигуре 3 (С). Длительность процессов заряда и разряда конденсаторов С1 и С2 определяет длительность полупериодов меандра и частоту следования выходных импульсов генератора. Триггер D2, срабатывая по фронту меандра, принимает значение логической единицы на время, равное длине пробега сигнала по цепи обратной связи и внутренней задержке триггера. Зависимость напряжения с неинвертирующего выхода Q2 триггера D2 от времени показана на фигуре 3 (D).When the power is turned on, trigger D1 is set to its initial state, corresponding, for example, to a logical unit. The capacitor C1 begins to slowly charge and when it is charged, a logic zero is supplied to the logic zero input, resetting trigger D1 to zero. The charge / discharge graph of capacitor C1 at the input of setting logic zero R of trigger D1 is shown in figure 3 (A). At this moment, the charge of the capacitor C2 begins and when it is fully charged, a logical zero is received at the input of the logical unit setup and trigger D1 is set to the state of the logical unit. The charge / discharge graph of the capacitor C2 at the input of the installation of the logical unit S of the trigger D1 is shown in figure 3 (B). Thus, the synchronization input of the trigger D2 from the non-inverting output Q1 of the trigger D1 receives a meander with a given frequency, a graph of which is shown in figure 3 (C). The duration of the processes of charge and discharge of the capacitors C1 and C2 determines the duration of the half-wave of the meander and the repetition rate of the output pulses of the generator. Trigger D2, triggering along the front of the meander, takes the value of a logical unit for a time equal to the path length of the signal along the feedback circuit and the internal delay of the trigger. The time dependence of the voltage from the non-inverting output Q2 of trigger D2 is shown in Figure 3 (D).
Выход Q2 соединен с цепью питания генератора 12 гармонического сигнала. При нарастании напряжения за счет положительной обратной связи на конденсаторе С5 происходит самовозбуждение генератора 12 и он генерирует гармонические колебания с частотой, определяемой колебательным контуром в базовой цепи. Грубая установка частоты определяется длиной закороченной на конце полосковой линии, соединенной последовательно с конденсатором С4. Плавная подстройка частоты осуществляется конденсатором С4. При окончании импульса на выходе Q2 генерация прекращается.The output Q2 is connected to the power circuit of the harmonic signal generator 12. When the voltage rises due to positive feedback on the capacitor C5, the oscillator 12 self-excites and it generates harmonic oscillations with a frequency determined by the oscillatory circuit in the base circuit. A coarse frequency setting is determined by the length of the shorted at the end of the strip line connected in series with the capacitor C4. Smooth frequency adjustment is carried out by the capacitor C4. At the end of the pulse at the output of Q2, generation ceases.
Высокочастотный сигнал с эммитера VT1 поступает на базы транзисторов VT2 и VT3 усиливается и через конденсаторы С 8 и С 10 поступает на выходы Вых1 и Вых2.The high-frequency signal from the emitter VT1 goes to the base of transistors VT2 and VT3 is amplified and through the capacitors C 8 and C 10 it goes to the outputs Out1 and Out2.
В результате на выходах генератора 3 (ГРИ) формируются два выходных радиоимпульса. Длительность, период повторения и несущая частота радиоимпульсов могут меняться в широких пределах. Формы колебаний видеоимпульса с выхода генератора 11 задающих импульсов и радиоимпульса с выхода генератора 12 показаны на фиг.4.As a result, two output radio pulses are formed at the outputs of generator 3 (GRI). The duration, repetition period, and carrier frequency of radio pulses can vary widely. The oscillation modes of the video pulse from the output of the generator 11 of the driving pulses and the radio pulse from the output of the generator 12 are shown in Fig. 4.
Входная цепь 4 сенсора представляет собой два диодных детектора (фиг.5). В отсутствии радиоимпульсов с ГРИ 3 диоды (VD1 и VD2) заперты, что обеспечивает помехоустойчивость и уменьшение частоты ложных срабатываний. Радиоимпульсы подаются на аноды диодов VD1 и VD2, отпирая их во время положительных полуволн, и одновременно излучаются через первую и вторую антенны 1 и 2. В течение длительности радиоимпульса происходит прием сигналов первой и второй антенной 1 и 2, а при отсутствии радиоимпульса прием не ведется. Конденсаторы С1 и С2 заряжаются радиоимпульсами через диоды VD1 и VD2, соответственно. При отсутствии радиоимпульсов происходит разряд конденсаторов через входные цепи ДУ 7. В результате в статическом режиме на конденсаторах устанавливается некоторое рабочее пульсирующее напряжение, которое прикладывается к входам ДУ 7. На выходе ДУ 7 в статическом режиме устанавливается постоянное выходное напряжение.The input circuit 4 of the sensor is a two diode detector (figure 5). In the absence of radio pulses from the GRI 3 diodes (VD1 and VD2) are locked, which provides noise immunity and a reduction in the frequency of false positives. Radio pulses are fed to the anodes of the VD1 and VD2 diodes, unlocking them during the positive half-waves, and are simultaneously emitted through the first and
При появлении в области расположения антенн 1 и 2 движущихся объектов происходит изменение напряжений на выходах этих антенн, вызванное изменением отраженных от окружающих объектов сигналов. Срабатывание сенсора происходит за счет разбаланса напряжений на конденсаторах С1 и С2, вызванного приемом различных сигналов антеннами 1 и 2 (А1 и А2). Разность напряжений между первым и вторым выходами входной цепи 4 усиливается ДУ 7.When moving objects appear in the location of
В качестве дифференциального усилителя 7 (фиг.1) использована стандартная схема дифференциального усилителя на двух операционных усилителях (фиг.6). Выход первого операционного усилителя D1 подключен к инвертирующему входу второго операционного усилителя D2.As a differential amplifier 7 (FIG. 1), a standard differential amplifier circuit for two operational amplifiers is used (FIG. 6). The output of the first operational amplifier D1 is connected to the inverting input of the second operational amplifier D2.
Сигнал с выхода ДУ 7 поступает на вход УОС 8 и ФНЧ 9 (фиг.1). ФНЧ 9 и компаратор 10 могут быть выполнены подобно ближайшему аналогу. Изменение температуры окружающей среды и диэлектрической проницаемости среды, окружающей первую или вторую антенны 1 и 2, приводит к появлению различных напряжений на выходах детекторов 5, 6 и, как следствие, постоянного напряжения на выходе ДУ 7. Это напряжение может вызвать срабатывание компаратора 10 и его неправильную работу. Для подавления этого эффекта в схему включено устройство 8 обратной связи с двумя выходами (фиг.1), на вход которого подается сигнал с выхода ДУ 7, а его первый выход подключается к выходу детектора 6, а второй выход - через последовательно включенный второй дополнительный фильтр 13 нижних частот (ДФНЧ) к входу детектора 6.The signal from the output of the remote control 7 is fed to the input of the ASL 8 and the low-pass filter 9 (figure 1). The low-pass filter 9 and the comparator 10 can be performed similarly to the closest analogue. Changes in the ambient temperature and dielectric constant of the medium surrounding the first or
Устройство 8 обратной связи (фиг.7) состоит из интегратора, реализованного на операционном усилителе. Постоянная времени RC цепи обратной связи операционного усилителя определяет минимальную скорость, с которой может двигаться объект для регистрации сенсором и определяется соотношениемThe feedback device 8 (Fig. 7) consists of an integrator implemented on an operational amplifier. The time constant of the RC feedback circuit of the operational amplifier determines the minimum speed with which the object can be registered by the sensor and is determined by the ratio
где Toc - постоянная времени цепи обратной связи, с;where Toc is the feedback circuit time constant, s;
S - расстояние, преодолеваемое объектом в объемной зоне обнаружения сенсора, м;S is the distance covered by the object in the volumetric zone of detection of the sensor, m;
Vmin - минимальная скорость, с которой может двигаться объект для регистрации сенсором его движения, м/с.Vmin is the minimum speed with which an object can move to register its movement sensor, m / s.
В практической реализации устройства постоянная времени, например, составляет 12 секунд, что соответствует минимальной скорости движущегося объекта.In the practical implementation of the device, the time constant, for example, is 12 seconds, which corresponds to the minimum speed of a moving object.
Напряжение на выход 1 УОС 8 подается с выхода 2 через резистор R3. Использование для обратной связи двух выходов с синхронно изменяющимися напряжениями позволяет стабилизировать напряжение между катодом и анодом детекторного диода при одновременной стабилизации выходного напряжения ДУ в широком диапазоне дестабилизирующих факторов.The voltage at the
В отличие от ближайшего аналога УОС 8 с двумя выходами позволяет существенно расширить диапазон возможных изменений свойств окружающей среды, например, располагать сенсор на бетонных поверхностях и вблизи металлических конструкций. Возникающий разбаланс каналов не приводит к изменению режима детектора, потере чувствительности и ограничению выходного напряжения в ДУ 7.In contrast to the closest analogue of UOS 8 with two outputs, it allows to significantly expand the range of possible changes in environmental properties, for example, to place the sensor on concrete surfaces and near metal structures. The resulting imbalance of the channels does not lead to a change in the detector mode, loss of sensitivity and limitation of the output voltage in the remote control 7.
Использование в данном техническом решении радиоимпульса регулируемой длительности позволяет в отличие от ближайшего аналога изменять полосу занимаемых частот и центральную частоту излучения. Конструкция узкополосных антенн также может быть проще и, в частном случае, допускает реализацию антенн на печатной плате. За счет работы в разрешенных участках диапазона частот можно использовать большую, чем у ближайшего аналога, мощность излучения и обнаруживать объекты на расстояниях более 1÷5 м, например 10÷20 м.The use of a radio pulse of adjustable duration in this technical solution allows, in contrast to the closest analogue, to change the occupied frequency band and the central radiation frequency. The design of narrow-band antennas can also be simpler and, in the particular case, allows the implementation of antennas on a printed circuit board. Due to the work in the allowed sections of the frequency range, it is possible to use a greater radiation power than that of the closest analogue and detect objects at distances of more than 1 ÷ 5 m, for example 10 ÷ 20 m.
Промышленная применимостьIndustrial applicability
Наиболее успешно заявленный сенсор для обнаружения движущихся объектов промышленно применим для их обнаружения на расстояниях от 1 до 20 м в различных системах охраны.The most successfully declared sensor for detecting moving objects is industrially applicable for their detection at distances from 1 to 20 m in various security systems.
Claims (1)
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009134777/09A RU2419812C1 (en) | 2009-09-17 | 2009-09-17 | Differential sensor to detect moving objects |
PCT/RU2010/000442 WO2011034463A1 (en) | 2009-09-17 | 2010-08-12 | Differential sensor for detecting moving objects |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009134777/09A RU2419812C1 (en) | 2009-09-17 | 2009-09-17 | Differential sensor to detect moving objects |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2009134777A RU2009134777A (en) | 2011-03-27 |
RU2419812C1 true RU2419812C1 (en) | 2011-05-27 |
Family
ID=43758872
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2009134777/09A RU2419812C1 (en) | 2009-09-17 | 2009-09-17 | Differential sensor to detect moving objects |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2419812C1 (en) |
WO (1) | WO2011034463A1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU196452U1 (en) * | 2019-12-10 | 2020-03-02 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "Московский институт электронной техники" | VIBRATING OBJECT DETECTION DEVICE |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4609911A (en) * | 1983-07-05 | 1986-09-02 | Minnesota Mining And Manufacturing Company | Variable frequency RF electronic surveillance system |
RU2311658C9 (en) * | 2006-05-11 | 2008-05-10 | Лайф Сенсор Ко., Лтд. | Sensor for finding moving objects by means of ultra-broadband signal probing (variants) |
-
2009
- 2009-09-17 RU RU2009134777/09A patent/RU2419812C1/en not_active IP Right Cessation
-
2010
- 2010-08-12 WO PCT/RU2010/000442 patent/WO2011034463A1/en active Application Filing
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU196452U1 (en) * | 2019-12-10 | 2020-03-02 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "Московский институт электронной техники" | VIBRATING OBJECT DETECTION DEVICE |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2011034463A1 (en) | 2011-03-24 |
RU2009134777A (en) | 2011-03-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2311658C9 (en) | Sensor for finding moving objects by means of ultra-broadband signal probing (variants) | |
CA2199121C (en) | Range-gated field disturbance sensor with range-sensitivity compensation | |
EP0901642B1 (en) | Pulse homodyne field disturbance sensor | |
US6462705B1 (en) | Spread spectrum radar clock | |
JP3648236B2 (en) | Ultra wideband radar motion sensor | |
US6456231B1 (en) | Radar sensor having a CFAR detector | |
US4139301A (en) | Distance measuring laser apparatus for delayed time measurements | |
US20230082258A1 (en) | Radar measuring device and method with dual radar signal generation | |
JP4096861B2 (en) | Detection device | |
RU2419812C1 (en) | Differential sensor to detect moving objects | |
RU2287841C1 (en) | Doppler radio-wave annunciator for intruder alarm | |
CN105430731A (en) | Control equipment, wireless router and control method thereof | |
US11480654B2 (en) | Radar transceiver | |
US3538506A (en) | Super-regenerative oscillator target detection system | |
US3543270A (en) | Radar altimeter | |
US10766634B1 (en) | Ground proximity warning system | |
RU118129U1 (en) | RADAR FOR NEAR RADAR | |
RU2221260C1 (en) | Doppler radio wave enunciator for burglar alarm systems | |
Oborzhytskyy et al. | Microwave motion sensor with amplitude-manipulated reflected signal | |
JPS60233948A (en) | Electromagnetic wave detector | |
GB596657A (en) | Improvements in or relating to radar systems |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180918 |