RU78594U1 - SECURITY SEISMIC COMPLEX OF QUICK DEPLOYMENT ON THE BASIS OF MOLECULAR ELECTRONIC MOTION SENSORS - Google Patents
SECURITY SEISMIC COMPLEX OF QUICK DEPLOYMENT ON THE BASIS OF MOLECULAR ELECTRONIC MOTION SENSORS Download PDFInfo
- Publication number
- RU78594U1 RU78594U1 RU2008116120/22U RU2008116120U RU78594U1 RU 78594 U1 RU78594 U1 RU 78594U1 RU 2008116120/22 U RU2008116120/22 U RU 2008116120/22U RU 2008116120 U RU2008116120 U RU 2008116120U RU 78594 U1 RU78594 U1 RU 78594U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- signal
- seismic
- intruder
- sensors
- complex
- Prior art date
Links
Landscapes
- Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
Abstract
Полезная модель относится к охранным комплексам, в частности, к основанным на использовании сейсмического канала получения информации, и может найти применение при необходимости быстрого развертывания систем охраны блок-постов, транспортных средств, коммуникаций, в том числе трубопроводов, других объектов и территорий, не защищенных стационарными системами охраны. Охранный сейсмический комплекс, состоящий из трех ортогонально ориентированных высокочувствительных широкополосных сейсмодатчиков линейных движений, блока аналоговой электроники, обеспечивающего преобразование выходного тока датчиков в напряжение, а также коррекцию и фильтрацию сигнала, блока цифровой электроники, преобразующего сигнал в цифровую форму и реализующего алгоритмы идентификации нарушителя и определения его координат, блока приема и передачи сигнала на центральный пульт, отличающийся тем, что сейсмические датчики выполнены с использованием жидкостной инерционной массы и молекулярно-электронного чувствительного элемента, преобразующего движение жидкости в электрический сигнал, обеспечивающий обнаружение и идентификацию нарушителя, определение его координат в реальном времени с использованием единственного комплекса и передачу данных о нарушителе на центральный пульт. Полезная модель может найти промышленное применение в системах охраны периметра территории или отдельного объекта, как система быстрого развертывания. Она позволяет с использование минимального количества развертываемых комплексов (вплоть до одного) обнаруживать нарушителя, проводить его идентификацию и определять его полярные координаты относительно точки расположения измерительного комплекса.The utility model relates to security complexes, in particular, based on the use of a seismic channel for obtaining information, and can be used if necessary to quickly deploy security systems for checkpoints, vehicles, communications, including pipelines, other objects and territories that are not protected stationary security systems. A seismic security complex consisting of three orthogonally oriented highly sensitive broadband linear motion seismic sensors, an analog electronics unit that converts the output current of the sensors to voltage, and also corrects and filters the signal, a digital electronics unit that converts the signal to digital form and implements intruder identification and detection algorithms its coordinates, the unit for receiving and transmitting a signal to a central console, characterized in that the seismic sensors They were made using a liquid inertial mass and a molecular-electronic sensitive element that converts the movement of liquid into an electrical signal, which provides for the detection and identification of an intruder, the determination of its coordinates in real time using a single complex, and the transmission of information about the intruder to a central console. The utility model can find industrial application in security systems for the perimeter of a territory or an individual object, as a quick deployment system. It allows using the minimum number of deployable complexes (up to one) to detect the intruder, to identify him and determine his polar coordinates relative to the location of the measuring complex.
Description
Область техники, к которой относится полезная модельThe technical field to which the utility model relates.
Полезная модель относится к охранным комплексам, в частности, к основанным на использовании сейсмического канала получения информации, и может найти применение при необходимости быстрого развертывания систем охраны блок-постов, транспортных средств, коммуникаций, в том числе трубопроводов, других объектов и территорий, не защищенных стационарными системами охраны.The utility model relates to security complexes, in particular, based on the use of a seismic channel for obtaining information, and can be used if necessary to quickly deploy security systems for checkpoints, vehicles, communications, including pipelines, other objects and territories that are not protected stationary security systems.
Уровень техникиState of the art
Известны изобретения и полезные модели, относящиеся к электрическим приборам (устройствам) предназначенным для сигнализации попытки проникновения нарушителя на территорию охраняемого участка.Known inventions and utility models related to electrical devices (devices) designed to signal attempts to penetrate the intruder into the territory of the protected area.
В настоящее время устройства такого типа выпускают многие организации и предприятия. В качестве аналогов можно взять изобретения под названием «Устройство для охранной сигнализации» с номерами патентов 2 066 476, 2 071 121, 2 106 016, 2 106 692. Общим для всех изобретений является наличие у них одного - двух чувствительных элементов в виде кабельного датчика (коаксиального кабеля), с помощью которого обнаруживают нарушителя путем магнитного взаимодействия или путем механического воздействия, вызываемого колебанием грунта. Основным недостатком указанных изобретений является то, что с их помощью только фиксируется нарушитель и нельзя определить конкретный интервал нарушения по периметру кабеля, проложенному по всему контуру охраняемого участка.Currently, devices of this type are produced by many organizations and enterprises. As analogues, we can take the invention under the name “Security Alarm Device” with patent numbers 2 066 476, 2 071 121, 2 106 016, 2 106 692. Common to all inventions is the presence of one or two sensitive elements in the form of a cable sensor (coaxial cable), with which the intruder is detected by magnetic interaction or by mechanical action caused by ground vibration. The main disadvantage of these inventions is that with their help only the intruder is recorded and it is impossible to determine the specific interval of violation along the perimeter of the cable laid along the entire contour of the protected area.
Известно устройство охранной сигнализации по периметру по патенту РФ на полезную модель 37 857, G08В 13/24, 13/26, опубл. 10.05.2004, содержащее как минимум 4 чувствительных датчика и частично устраняющее указанные недостатки. Фронтальная и тыловая части периметра находятся под контролем минимум двух линий, то есть неоднократно перекрываются чувствительным датчиком. Благодаря чему увеличивается надежность устройства по обнаружению нарушителя границы. Каналы представляют собой чувствительные элементы - отрезки разной длины коаксиальных трибоэлектрических кабелей. Все каналы с одного конца подсоединены к блоку обработки сигналов (БОС). На основании обработки информации, поступающей от чувствительных элементов, БОС выдает 1 There is a perimeter alarm device according to the patent of the Russian Federation for utility model 37 857, G08В 13/24, 13/26, publ. 05/10/2004, containing at least 4 sensitive sensors and partially eliminating these disadvantages. The front and rear parts of the perimeter are controlled by at least two lines, that is, they are repeatedly blocked by a sensitive sensor. Due to this, the reliability of the device for detecting a border violator is increased. Channels are sensitive elements - pieces of different lengths of coaxial triboelectric cables. All channels from one end are connected to the signal processing unit (BOC). Based on the processing of information from sensitive elements, the biofeedback generates 1
сигналы на индикатор с фиксацией стороны периметра, где произошло нарушение.signals to the indicator with fixing the side of the perimeter where the violation occurred.
Известно радиолучевое устройство для охраны периметра по патенту РФ на полезную модель 38412, G08В 13/24, опубл. 10.06.2004, состоящее из разнесенных в пространстве пар - передатчиков и приемников, передатчик и приемник соседних пар соединены межблочным кабелем, а в одной из пар вместо приемника расположен блок согласования, выход которого соединен со входом пульта управления, причем устройство может состоять из не менее, чем двух пар передатчиков и приемников, что повышает помехоустойчивость воздействию климатических факторов и увеличивает площадь охраняемого участка. Данная полезная модель используется для охраны периметра территориально распределенного объекта с целью обнаружения факта несанкционированного проникновения, оповещения об этом службы охраны и отображения фактов нарушения на пульте управления.Known radio-beam device for guarding the perimeter according to the patent of the Russian Federation for utility model 38412, G08B 13/24, publ. 06/10/2004, consisting of pairs of transmitters and receivers spaced in space, the transmitter and receiver of adjacent pairs are connected by an interconnect cable, and in one of the pairs, instead of the receiver, a matching unit is located, the output of which is connected to the input of the control panel, and the device can consist of at least than two pairs of transmitters and receivers, which increases noise immunity to climatic factors and increases the area of the protected area. This utility model is used to protect the perimeter of a geographically distributed object in order to detect the fact of unauthorized entry, notify the security service about this, and display violations in the control panel.
На сегодняшний день рынок периметровых систем охраны (ПСО) весьма широк. К ним относятся радиолучевые системы, радиоволновые, пассивные и активные инфракрасные барьеры, емкостные системы. Каждая из них основана на своих физических принципах работы. В целом, все эти системы имеют высокую эффективность обнаружения, но большинству из них присущ один существенный недостаток: это сильная зависимость от топографии периметра. Сейсмические средства обнаружения менее подвержены этому недостатку.Today, the market for perimeter security systems (PSS) is very wide. These include radio beam systems, radio wave, passive and active infrared barriers, capacitive systems. Each of them is based on its physical principles of work. In general, all these systems have high detection efficiency, but most of them have one significant drawback: it is highly dependent on the topography of the perimeter. Seismic detection tools are less prone to this drawback.
Периметровые сейсмические средства обнаружения (ССО) предназначены для обнаружения нарушителей, пересекающих рубеж охраны по поверхности земли любым возможным способом, в том числе в рост, согнувшись, ползком. ССО состоят из чувствительного элемента (ЧЭ), преобразующего сейсмосигналы - микроперемещения грунта в электрический сигнал, и блока электронного (БЭ), обрабатывающего эти электрические сигналы и формирующего сигнал тревоги при обнаружении нарушителя. Чувствительный элемент, как правило, полностью закапывается в грунт. Это же может быть сделано и с БЭ. По сравнению с другими средствами обнаружения ССО имеют два главных преимущества:Perimeter seismic detection tools (MTR) are designed to detect intruders crossing the border of protection on the surface of the earth in any way possible, including growing, bending, crawling. MTRs consist of a sensitive element (SE) that converts seismic signals - soil micromotion into an electrical signal, and an electronic unit (BE) that processes these electrical signals and generates an alarm when an intruder is detected. The sensitive element, as a rule, is completely buried in the ground. The same can be done with BE. Compared to other means of detection, MTRs have two main advantages:
- во-первых: скрытый, маскируемый ЧЭ обеспечивает визуально не наблюдаемый рубеж охраны, а пассивный принцип действия ССО исключает возможность его обнаружения по акустическим или электромагнитным полям, что фактически сравнивает шансы подготовленного и неподготовленного нарушителя;- firstly: a hidden, masked SE provides a visually unobservable security line, and a passive principle of operation of the MTR eliminates the possibility of its detection by acoustic or electromagnetic fields, which actually compares the chances of a trained and unprepared intruder;
- во-вторых: исходя из принципа действия ССО, при прочих равных условиях, следует ожидать более высоких «обнаружительных» характеристик при движении нарушителя ползком и подкопом.- secondly: based on the principle of operation of the MTR, ceteris paribus, one should expect higher "detecting" characteristics when the intruder moves crawling and undermining.
Известен приемный сейсмический модуль (ПСМ) по патенту РФ на полезную модель 29 153, G01V 1/16, опубл. 27.04.2003, включающий размещенные в цилиндрическом корпусе блок из трех сейсмических приемников, гидроакустический приемник, датчик ориентации ПСМ и блок электроники, включающий для каждого из принимаемых сигналов последовательно соединенные усилитель, фильтр и аналого-цифровой преобразователь, причем три сейсмических приемника расположены по взаимно ортогональным осям х, у, z, гидроакустический приемник размещен в центре корпуса ПСМ вдоль его оси, датчик ориентации ПСМ жестко связан с блоком сейсмических приемников и включает расположенный между светодиодами и фотодиодами прозрачный диск со смещенным центром тяжести и с нанесенным на нем штрих - кодом Грея, при этом диск размещен в плоскости, ортогональной линии наблюдений, с возможностью свободного вращения относительно оси корпуса ПСМ.Known receiving seismic module (PSM) according to the patent of the Russian Federation for utility model 29 153, G01V 1/16, publ. 04/27/2003, including a block of three seismic receivers located in a cylindrical housing, a hydroacoustic receiver, a PSM orientation sensor, and an electronics block that includes for each of the received signals a serially connected amplifier, a filter, and an analog-to-digital converter, and three seismic receivers are arranged in mutually orthogonal the x, y, z axes, the sonar receiver is located in the center of the PSM body along its axis, the PSM orientation sensor is rigidly connected to the seismic receiver block and includes ny between the LEDs and photodiodes transparent disc with an offset center of gravity and deposited thereon with bar - Gray code, wherein the disk is placed in a plane orthogonal to the observation line, with the possibility of free rotation about the axis PSM housing.
Известен многокомпонентный сейсмический модуль (МСМ) по патенту РФ на полезную модель 32 290, G01V 1/16, опубл. 10.09.2003, включающий размещенные в корпусе четыре приемника сейсмических сигналов (ПСС) и датчик ориентации МСМ, выходы которых подключены к электронному блоку обработки, причем оси чувствительности трех ПСС расположены под углом 120° в плоскости, ортогональной линии наблюдений, ось чувствительности четвертого ПСС размещена по горизонтальной линии наблюдений, а датчик ориентации МСМ жестко связан с системой ПСС, отличающийся тем, что в качестве ПСС применены оптические устройства, состоящие из источников лазерного излучения и фотодиодов, корпус МСМ имеет внутреннее зеркальное покрытие, а между оптическими устройствами ПСС и корпусом МСМ размещены фокусирующие линзы.Known multicomponent seismic module (MSM) according to the patent of the Russian Federation for utility model 32 290, G01V 1/16, publ. 09/10/2003, including four seismic signal receivers (MSS) located in the housing and an MSM orientation sensor, the outputs of which are connected to an electronic processing unit, the sensitivity axes of three MSSs being located at an angle of 120 ° in the plane orthogonal to the observation line, the sensitivity axis of the fourth MSS is located along the horizontal line of observation, and the MSM orientation sensor is rigidly connected to the MSS system, characterized in that optical devices consisting of laser radiation sources and photodiodes are used as MSS the MSM case has an internal mirror coating, and focusing lenses are placed between the optical MSS devices and the MSM case.
Известно устройство сейсмоакустического обнаружения и классификации движущихся объектов по патенту РФ на полезную модель 59 842, G01V 1/16, опубл. 27.12.2006, содержащее блок регистрации сейсмических или акустических сигналов, блок предобработки данных, блок преобразования, блок классификации типа сигнала, блок кодировки, блок детектирования сигнала тревоги, блок оповещения. Устройство предназначено для обнаружения и классификации генерируемых объектом наблюдения сейсмоакустических сигналов путем их регистрации и последующей обработки при охране наземных объектов любого типа, включая контроль за периметром территории, на которой они расположены. Может быть использовано отдельно или включаться в интегрированные системы охранной сигнализации, как стационарные, так и оперативно развертываемые.A device for seismic-acoustic detection and classification of moving objects according to the patent of the Russian Federation for utility model 59 842, G01V 1/16, publ. 12/27/2006, comprising a seismic or acoustic signal registration unit, a data preprocessing unit, a conversion unit, a signal type classification unit, an encoding unit, an alarm detection unit, an alert unit. The device is designed to detect and classify seismic-acoustic signals generated by the object of observation by recording them and then processing them while guarding any type of ground objects, including monitoring the perimeter of the territory in which they are located. It can be used separately or included in integrated alarm systems, both stationary and quickly deployable.
Известно изделие Годограф-СМ-С-1, разработанное и серийно изготавливаемое НИКИРЭТ ФГУП «СНПО «Элерон», использующее дискретные сейсмоприемники [ТЗ, ДГУП НИКИРЭТ ФГУП «СНПО «Элерон»].Known product Godograph-SM-S-1, developed and mass-produced by NIKIRET FSUE "SRP" Eleron ", using discrete geophones [TZ, DGUP NIKIRET FSUE" SNPO "Eleron]].
В этом изделии в качестве линейной части используется сейсмолиния, изготовленная на основе пьезоэлектрических сейсмоприемников, объединенных в шлейф соединительным кабелем.In this product, as a linear part, a seismic line is used, made on the basis of piezoelectric geophones, combined into a cable by a connecting cable.
Сейсмоприемники имеют оригинальную конструкцию и спрессованы полиэтиленом под высоким давлением в заводских условиях. Имея высокую адгезию с оболочкой соединительного кабеля, сейсмоприемники представляют единую, полностью герметичную конструкцию, которая защищена от воздействия агрессивных сред, что обеспечивает надежную работу изделий в различных видах грунтов в течение не менее 8 лет.The seismic receivers have an original design and are pressed with polyethylene under high pressure in the factory. Having high adhesion to the sheath of the connecting cable, the geophones represent a single, completely sealed structure that is protected from aggressive environments, which ensures reliable operation of products in various types of soils for at least 8 years.
В целях обеспечения ремонтопригодности изделия Годограф-СМ-С-1 его сейсмолиния «набирается» из звеньев длиной по 25 м и устанавливается в грунт на глубину от 0,3 до 0,4 м. Каждое сейсмическое звено содержит четыре дискретных сейсмоприемника. Для механической защиты кабель, соединяющий сейсмоприемники, помещается внутри металлорукава. Общая длина рубежа охраны при двухфланговом включении до 500 м (2×250 м) с использованием до 20 сейсмических звеньев. Ширина сейсмической зоны обнаружения - до 8 м. В изделии используется современная, в том числе импортная, элементная база и технология поверхностного монтажа. Габаритные размеры блока электронного - 330×280×160 мм, дискретного сейсмоприемника - 100×85×50 мм. Обработка информации в блоке электронном выполняется сигнальным процессором, который реализует оригинальный алгоритм, обеспечивающий повышенную помехоустойчивость и адаптивность к изменению условий окружающей среды. Этот алгоритм работает в реальном масштабе времени и не требует значительных объемов памяти сигнального процессора и его производительности. Удобство настройки изделия на местности обеспечивается наличием в блоке электронном люминесцентного индикатора, позволяющего оперативно контролировать режимы работы изделия при выполнении регулировок.In order to ensure maintainability of the Godograf-SM-S-1 product, its seismic line is “collected” from links 25 m long and installed in the ground to a depth of 0.3 to 0.4 m. Each seismic link contains four discrete geophones. For mechanical protection, the cable connecting the geophones is placed inside the metal hose. The total length of the guard line with two-flank inclusion is up to 500 m (2 × 250 m) using up to 20 seismic links. The width of the seismic detection zone is up to 8 m. The product uses modern, including imported, elemental base and surface mounting technology. The overall dimensions of the electronic unit are 330 × 280 × 160 mm, and the discrete geophones are 100 × 85 × 50 mm. Information processing in the electronic unit is carried out by a signal processor, which implements an original algorithm that provides increased noise immunity and adaptability to changing environmental conditions. This algorithm works in real time and does not require significant amounts of memory of the signal processor and its performance. The convenience of setting up the product on the ground is ensured by the presence of an electronic luminescent indicator in the unit, which allows you to quickly monitor the operation of the product when making adjustments.
Отечественная промышленность выпускает дискретные геофоны типа ДСВ-1 - аналог выпускаемых в 80-годы геофонов СВ-10, СВ-20, СВ-30, ОГ-10 и СПВ-1, акселерометры типа ОДУ-1, АЛЕ 048 СД и т.п. Обладая неплохими амплитудно-частотными характеристиками, эти дискретные геофоны и акселерометры совершенно непригодны для долговременной (до 8 лет) работы в условиях агрессивных сред грунта, так как их конструкция не является герметичной и выполнена из не достаточно стойких материалов. Для объединения их в сейсмолинию требуется проведение серьезных опытно-конструкторских и технологических работ.The domestic industry produces discrete geophones of the DSV-1 type - an analogue of the SV-10, SV-20, SV-30, OG-10 and SPV-1 geophones produced in the 80s, accelerometers of the ODU-1, ALE 048 SD type, etc. . Possessing good amplitude-frequency characteristics, these discrete geophones and accelerometers are completely unsuitable for long-term (up to 8 years) work in aggressive soil environments, since their design is not tight and is made of not sufficiently resistant materials. To unite them into a seismic line, serious experimental design and technological work is required.
Как пример организации рубежа на основе специального кабельного ЧЭ можно отметить противоподкопное ССО Крот (Россия) [Инженерно-технические средства охраны и средства связи. // Справочное пособие // Волгоград, ЦИТО ГУИН МВД, 1995 - 65 с.], As an example of the organization of the border on the basis of a special cable CE, it is possible to note the anti-undermining SSO Krot (Russia) [Engineering and technical security equipment and communications equipment. // Reference manual // Volgograd, CITO GUIN MVD, 1995 - 65 p.],
предназначенное для сигнализации о попытках преодоления охраняемых рубежей путем подкопа и обеспечивает обнаружение нарушителя, ведущего подкоп на глубине от 0,5 до 3 м. Протяженность блокируемого участка до 100 м при глубине установки датчика 0,5-0,8 м. В комплект поставки противоподкопного средства обнаружения Крот входит трибоэлектрический сейсмоприемник и блок электронный.designed to signal attempts to overcome protected lines by digging and provides for the detection of an intruder leading digging at a depth of 0.5 to 3 m. The length of the blocked section is up to 100 m with a sensor installation depth of 0.5-0.8 m. Mole detection means includes a triboelectric geophone and an electronic unit.
Сейсмоприемник представляет собой трибоэлектрический кабель марки КТВУ. По рекомендации разработчиков, для надежной работы датчика границы зоны его обнаружения должны быть удалены от источников помех на расстояние: не менее 10 м - от движущегося автотранспорта и не менее 25 м - от железнодорожного транспорта, не менее 10 м - от производственных и строительных машин и механизмов, не менее 2 м - от места перемещения людей. Основные достоинства кабельных ЧЭ - относительно низкая стоимость, высокая заводская готовность и простота эксплуатации.The seismic receiver is a triboelectric cable of the KTVU brand. According to the recommendations of the developers, for reliable operation of the sensor, the boundaries of its detection zone should be removed from sources of interference at a distance of at least 10 m from moving vehicles and at least 25 m from railway transport, at least 10 m from production and construction vehicles and mechanisms, not less than 2 m - from the place of movement of people. The main advantages of cable CEs are relatively low cost, high factory availability and ease of operation.
Пассивный принцип действия порождает также основной недостаток ССО, стимулирующий на данном этапе развитие таких технических систем.The passive principle of action also generates the main disadvantage of MTR, which stimulates the development of such technical systems at this stage.
Этим недостатком является относительно низкая помехоустойчивость к индустриальным помехам, прежде всего в городской зоне, где располагаются такие источники сейсмических помех, как автомобильный и железнодорожный транспорт, аэропорты, промышленные предприятия, хозяйственные коммуникации и т.д. Пожалуй, в настоящее время не существует серийно освоенного ССО с помехоустойчивостью сравнимой с радиолучевыми средствами обнаружения в городской зоне.This disadvantage is the relatively low noise immunity to industrial interference, especially in the urban area, where such sources of seismic interference as automobile and rail transport, airports, industrial enterprises, business communications, etc. are located. Perhaps, at present, there is no commercially mastered MTR with noise immunity comparable to radio-beam detection means in the urban zone.
Вторым недостатком является относительно высокая стоимость ССО, являющаяся следствием сложных условий эксплуатации его линейной части, располагаемой в грунте. Необходимость обеспечения надежной герметизации узлов, устойчивости к коррозии и грызунам, грозозащита и т.д. требуют трудоемких технологических решений и определяют повышенные затраты при производстве.The second disadvantage is the relatively high cost of MTR, which is a consequence of the difficult operating conditions of its linear part located in the ground. The need to ensure reliable sealing of nodes, resistance to corrosion and rodents, lightning protection, etc. require laborious technological solutions and determine increased costs in production.
Проблема повышения помехоустойчивости ССО при заданной вероятности обнаружения сводится к обнаружению сигналов от движущегося человека-нарушителя на фоне сейсмических индустриальных помех и может быть решена за счет использования дополнительных информационных признаков полезного сигнала.The problem of increasing the noise immunity of the MTR at a given detection probability is reduced to detecting signals from a moving intruder against a background of seismic industrial noise and can be solved by using additional information signs of a useful signal.
В ССО с одним информационным каналом используются информационные признаки, выделенные в структуре самого полезного сейсмического сигнала. За последнее время, благодаря усилиям разработчиков, достаточно хорошо исследованы для целей обнаружения и идентификации сейсмических сигналов от человека, в части амплитудной и временной селекции, выделение спектральных характеристик и параметров огибающей сигнала.In the MTR with one information channel, information features are used that are highlighted in the structure of the most useful seismic signal. Recently, thanks to the efforts of developers, they have been sufficiently well studied for the purpose of detecting and identifying seismic signals from humans, in terms of amplitude and time selection, the allocation of spectral characteristics and parameters of the signal envelope.
Примером могут служить такие изделия, как описанный выше Годограф СМ-С-1 (Россия) и PSICON (Псайкон) /Великобритания/.An example is such products as the above-described Godograph SM-S-1 (Russia) and PSICON (Psykon) / United Kingdom /.
В геофонной системе PSICON, выпускаемой компанией Geoquip [Введенский Б.С. Периметровые охранные системы фирмы Geoquip // Системы безопасности, связи и телекоммуникаций. 1999, №27 - 52 с.], используется процессор, «обучаемый» непосредственно на объекте. В память процессора записываются все типовые сигналы, создаваемые как реальным нарушителем, так и окружающими источниками помех. В дежурном режиме процессор сравнивает реальные сигналы с типовыми и распознает сигналы вторжения. Максимальная протяженность зоны, на которую может работать один блок электронный системы PSICON, составляет 200 метров - 64 геофона, располагаемые с шагом около 3 м, объединенные в 4 независимые сейсмолинии по 16 датчиков. Сигналы от каждой сейсмолинии обрабатываются индивидуально, в результате чего система позволяет локализовать вторжение с точностью не хуже 50 м.In the PSICON geophone system manufactured by Geoquip [Vvedensky B.S. Geoquip Perimeter Security Systems // Security, Communications and Telecommunication Systems. 1999, No. 27 - 52 pp.], Uses a processor, "trained" directly at the facility. All typical signals generated by both the real intruder and the surrounding interference sources are recorded in the processor memory. In standby mode, the processor compares real signals with typical ones and recognizes intrusion signals. The maximum length of the zone for which one block of the PSICON electronic system can operate is 200 meters - 64 geophones, spaced about 3 meters apart, combined into 4 independent seismic lines with 16 sensors each. The signals from each seismic line are processed individually, as a result of which the system allows localization of the intrusion with an accuracy of no worse than 50 m.
Высокая чувствительность геофонных датчиков системы потребовала применения мощного «интеллектуального» процессора для обработки сигналов и фильтрации помех, создаваемых окружающей средой (шум транспорта, движение корней деревьев, дождь и т.п.). В системе PSICON для этого используется специальная разработанная фирмой Geoquip технология, названная TESPAR. Аналоговый сигнал с датчиков преобразуется в цифровую кодовую последовательность, подвергающуюся затем матричному преобразованию в анализаторе.The high sensitivity of the geophonic sensors of the system required the use of a powerful “intelligent” processor for processing signals and filtering out the noise created by the environment (traffic noise, movement of tree roots, rain, etc.). The PSICON system uses special technology developed by Geoquip called TESPAR. The analog signal from the sensors is converted into a digital code sequence, which is then subjected to matrix conversion in the analyzer.
Последний использует принцип распознавания образов и сравнения их с типовыми, записанными в памяти блока электронного. Обработка сигналов происходит в реальном времени и позволяет надежно распознать слабые сигналы нарушителя на фоне интенсивных помех или шумов. Систему можно «обучать» непосредственно на объекте, сохраняя в памяти процессора как «тревожные», так и «нетревожные» сигналы. Для настройки системы используется портативный компьютер, подключаемый к порту блока электронного. Недостатком системы является ее высокая цена и необходимость сезонных настроек в процессе эксплуатации.The latter uses the principle of pattern recognition and comparing them with the standard ones recorded in the memory of the electronic unit. Signal processing occurs in real time and allows you to reliably recognize weak intruder signals against the background of intense interference or noise. The system can be “trained” directly at the facility, storing both “disturbing” and “non-alarming” signals in the processor memory. To configure the system, a portable computer is used, connected to the port of the electronic unit. The disadvantage of the system is its high price and the need for seasonal settings during operation.
В последние годы на рынке все чаще появляются ССО с двумя и более информационными каналами, что может быть использовано для определения пространственного положения источников сигналов и помех. Появляется возможность выявления целого ряда новых информационных признаков для обнаружения человека-нарушителя. В этих случаях используется признак, который мы называем признаком направления прихода сигнала. Действительно, даже на фоне мощной помехи, создаваемой транспортным средствам, движущимся вдоль рубежа охраны, могут быть выделены сигналы от человека-нарушителя, In recent years, MTRs with two or more information channels are increasingly appearing on the market, which can be used to determine the spatial position of signal sources and interference. It becomes possible to identify a number of new informational signs for detecting a person-violator. In these cases, a sign is used, which we call a sign of the direction of arrival of the signal. Indeed, even against the background of powerful interference caused by vehicles moving along the border of protection, signals from a person-intruder can be distinguished,
по признаку изменения направленности прихода сигнала (вне рубежа, внутри рубежа). Примерами таких систем могут служить изделие S-103 (США) [Система S-103. - Проспект фирмы Safeguards Technology Inc. (STI), США, 2000] и изделие Ринг (Россия, НИКИРЭТ).on the basis of a change in the direction of the signal arrival (outside the boundary, inside the boundary). Examples of such systems are the product S-103 (USA) [System S-103. - Prospectus from Safeguards Technology Inc. (STI), USA, 2000] and the Ring product (Russia, NIKIRET).
Изделие Ринг включает в себя две сейсмолинии по 100 м (каждая из 33 сейсмоприемников). Применяется для охраны периметров объектов, расположенных в лесопарковой зоне, на побережье моря, а также в черте города (при удалении от железнодорожных путей). Сейсмолинии изделия Ринг устанавливаются в грунт и на заграждение, которое может быть блочным, бетонным, кирпичным или деревянным забором. В течение ряда лет изделие выпускалось и с успехом использовалось на российских особо важных объектах. Однако в настоящее время выпуск изделия Ринг ограничен.Ring product includes two seismic lines of 100 m (each of 33 geophones). It is used to protect the perimeters of objects located in the forest park zone, on the coast of the sea, as well as in the city (when moving away from railway lines). The seismic lines of the Ring product are installed in the ground and on the fence, which can be a block, concrete, brick or wooden fence. For several years, the product was manufactured and successfully used at Russian critical facilities. However, the production of the Ring product is currently limited.
Американская компания Safeguards Technology Inc. (STI) выпускает сейсмическую систему периметровой охраны типа S-103 с геофонными датчиками, устанавливаемыми под землей, в асфальте и бетоне. Если рядом с охраняемым объектом нет движения транспорта, то вдоль его периметра устанавливается одна сейсмолиния, в которой датчики располагаются на расстоянии 3 метра друг от друга, и система настраивается на обнаружение человека, пересекающего охраняемый периметр. Если объект расположен вблизи шоссе или другого источника вибраций, вокруг него параллельно основной сейсмолинии устанавливают еще одну, внешнюю линию, отстоящую от внутренней примерно на 20 м. Геофоны внешней линии расположены с шагом около 13 м и предназначены для регистрации фоновых вибраций почвы.American company Safeguards Technology Inc. (STI) launches S-103 type seismic perimeter security system with geophonic sensors installed underground, in asphalt and concrete. If there is no traffic near the guarded object, then along its perimeter one seismic line is installed, in which the sensors are located at a distance of 3 meters from each other, and the system is configured to detect a person crossing the guarded perimeter. If the object is located near a highway or other source of vibrations, another parallel line around the main seismic line is set around it, separated by approximately 20 m from the internal seismic line. The external line geophones are spaced about 13 m apart and are designed to record background soil vibrations.
Блок электронный сравнивает отклики от обеих сейсмолинии и отфильтровывает сигналы, не связанные с реальным вторжением. Частоты сигналов, эффективно регистрируемые геофонами, лежат в диапазоне от 5 до 20 Гц. Для подтверждения вторжения в системе используется канал звукового контроля сигналов. Максимальное количество датчиков в одной сейсмолинии - 25, что соответствует 75-метровой длине основной (внутренней) зоны охраны. Блок электронный имеет размеры 34×31×12,7 см и монтируется на заграждении.The electronic unit compares the responses from both seismic lines and filters out signals that are not related to a real intrusion. Frequencies of signals, effectively recorded by geophones, lie in the range from 5 to 20 Hz. To confirm the intrusion in the system, a channel for sound control of signals is used. The maximum number of sensors in one seismic line is 25, which corresponds to a 75-meter length of the main (internal) protection zone. The electronic unit has dimensions 34 × 31 × 12.7 cm and is mounted on a fence.
ССО с большим количеством информационных каналов, обеспечивающих обработку информации с каждого точечного сейсмоприемника, в принципе позволяет определить не только направление прихода сигнала, но и вычислить координаты местонахождения источника сейсмического сигнала. Путем обработки сигналов с трех или четырех сейсмоприемников, расположенных определенным образом на местности, можно определить время задержки прихода сигнала на каждый сейсмоприемник и с учетом скорости распространения сейсмического сигнала рассчитать координаты источника.A MSS with a large number of information channels providing information processing from each point seismic receiver, in principle, allows not only to determine the direction of arrival of the signal, but also to calculate the location coordinates of the source of the seismic signal. By processing signals from three or four geophones located in a certain way on the ground, it is possible to determine the delay time of the arrival of the signal to each geophones and, taking into account the propagation velocity of the seismic signal, calculate the source coordinates.
Фиксируя несколько шагов нарушителя, можно определить не только направление, но и траекторию движения. Анализ траекторных признаков движения объекта - нарушителя резко повысит помехоустойчивость ССО в целом, т.к. позволит исключить влияние источников помех, не пересекающих рубеж охраны. Фиксация траектории движения объекта - нарушителя обеспечивает ССО новые функциональные возможности, а именно, позволяет наблюдать за объектом-нарушителем, как вне охраняемой территории, так и внутри на некотором расстоянии от рубежа охраны.By fixing several steps of the intruder, it is possible to determine not only the direction, but also the trajectory of movement. The analysis of the trajectory signs of the movement of the object-intruder will sharply increase the noise immunity of the MTR as a whole, since will allow to exclude the influence of sources of interference that do not cross the border of protection. Fixing the trajectory of the movement of the object-intruder provides the MTR with new functional capabilities, namely, it allows observing the object-intruder, both outside the protected territory and inside at a certain distance from the line of protection.
Такие возможности могут существенно повысить эффективность действий сил охраны объекта. Однако реализация этих возможностей на практике требует решения ряда проблем, как научного, так и технологического характера.Such opportunities can significantly increase the effectiveness of the security forces of the facility. However, the implementation of these opportunities in practice requires the solution of a number of problems, both scientific and technological in nature.
К тому же, сильная зависимость характеристик грунта (затухания скорости и девиация скорости распространения сейсмоволн) от типа и состояния внешней среды (влажность, температура) может существенно ограничить применение таких ССО, вследствие возможной необходимости сезонных настроек и т.п. Повышенные требования к надежности линейной части и ее конструктивная сложность, несомненно, увеличат стоимость таких ССО в 3-5 раз по сравнению со стоимостью радиолучевых периметровых средств обнаружения.In addition, the strong dependence of soil characteristics (velocity attenuation and deviation of the seismic wave propagation velocity) on the type and state of the environment (humidity, temperature) can significantly limit the use of such MTRs, due to the possible need for seasonal settings, etc. The increased requirements for the reliability of the linear part and its structural complexity will undoubtedly increase the cost of such MTRs by 3-5 times compared to the cost of radio-beam perimeter detection tools.
Необходимо отметить, что и в пьезоэлектрических датчиках и геофонах диаграмма направленности регистрируемого сигнала является практически круговой, а соответствующая нижняя граничная частота лежит в области 10 Гц. Как следствие этого обстоятельства, с помощью единичного сейсмического модуля оказывается возможным детектировать сам факт проникновения, в то время, как ограниченность первичных данных не позволяет использовать алгоритмы обработки сигналов, способные локализовать положение нарушителя, и отслеживать его координаты по отношении к охраняемому объекту.It should be noted that in piezoelectric sensors and geophones the radiation pattern of the recorded signal is almost circular, and the corresponding lower cutoff frequency lies in the region of 10 Hz. As a consequence of this circumstance, using a single seismic module it is possible to detect the fact of penetration, while the limited primary data does not allow the use of signal processing algorithms that can localize the position of the intruder and track its coordinates in relation to the guarded object.
Такими повышенными функциональными возможностями обладают вышеуказанные сейсмические комплексы (изделие Годограф-СМ-С-1 со шлейфом сейсмолиний, геофонная система PSICON (Великобритания) из четырех сейсмолиний, изделие Ринг (Россия) с двумя сейсмолиниями, система S-103 (США) с двумя сейсмолиниями), содержащие несколько (обычно 10 и более) одинаковых датчиков, разнесенных пространственно.The abovementioned seismic complexes have such enhanced functionality (Godograph-SM-S-1 product with a seismic line loop, PSICON geophonic system (Great Britain) of four seismic lines, Ring (Russia) product with two seismic lines, S-103 system (USA) with two seismic lines ) containing several (usually 10 or more) identical sensors, spatially separated.
Метод определения координат нарушителя основан на измерении разности времени прихода сигнала до различных датчиков. При этом удается достичь приемлемых точностей, однако, комплекс теряет преимущества, связанные с быстротой развертывания, поскольку требуется проведение предварительных калибровочных измерений для его настройки. Кроме того, обработка сигналов должна проводиться на центральном пульте системы, что обуславливает необходимость постоянной передачи большого объема данных The method for determining the coordinates of the intruder is based on measuring the difference in the time of arrival of the signal to various sensors. At the same time, it is possible to achieve acceptable accuracy, however, the complex loses the advantages associated with the speed of deployment, since preliminary calibration measurements are required to configure it. In addition, signal processing should be carried out on the central console of the system, which necessitates the constant transfer of a large amount of data
от датчиков к центральному пульту, практически исключающую возможность создания беспроводных систем. Наконец, система оказывается недостаточно устойчивой к выходу из строя ее отдельных компонентов.from sensors to the central console, virtually eliminating the possibility of creating wireless systems. Finally, the system is not sufficiently resistant to the failure of its individual components.
Из рассмотренных сейсмических комплексов, являющихся наиболее близкими аналогами заявляемой полезной модели, в качестве прототипа принят отечественный наиболее надежный комплекс - изделие Годограф-СМ-С-1, которому присуща совокупность признаков, наиболее близкая к совокупности существенных признаков предлагаемой полезной модели.Of the considered seismic complexes, which are the closest analogues of the claimed utility model, the domestic most reliable complex, the Godograf-SM-S-1 product, which has a set of features that is closest to the set of essential features of the proposed utility model, is adopted as a prototype.
Раскрытие полезной модели.Disclosure of a utility model.
Задачей настоящей полезной модели является создание автономного охранного сейсмического комплекса, способного выполнять следующие функции: детектировать сейсмический сигнал, связанный с проникновением нарушителя на охраняемую территорию, проводить анализ сигнала с целью идентификации нарушителя, определять координаты нарушителя и направление его движения, передавать полученную информацию по радиоканалу на центральный пульт. Для выполнения указанных функций достаточным должно быть использование единственного сейсмического комплекса, что обеспечивает быстроту и скрытность развертывания. При необходимости возможно объединение нескольких комплексов в единую охранную систему.The objective of this utility model is to create an autonomous security seismic complex capable of performing the following functions: detect a seismic signal associated with the penetration of an intruder into a protected area, analyze the signal in order to identify the intruder, determine the coordinates of the intruder and the direction of his movement, transmit information received over the air to central remote control. To perform these functions, it should be sufficient to use a single seismic complex, which ensures the speed and secrecy of deployment. If necessary, it is possible to combine several complexes into a single security system.
Эта задача решена за счет того, что в состав сейсмического комплекса быстрого развертывания включены три молекулярно-электронных сейсмических датчика, обеспечивающих одновременную регистрацию всех трех компонент сейсмического сигнала в широком частотном диапазоне с высоким отношением сигнал/шум.This problem is solved due to the fact that the composition of the rapid deployment seismic complex includes three molecular-electronic seismic sensors that provide simultaneous registration of all three components of the seismic signal in a wide frequency range with a high signal to noise ratio.
Датчик, предназначенный для регистрации вертикальных движений, представляет собой цилиндрический корпус из химически стойкого материала с каналом, заполненным электролитом, содержащим молекулярно-электронный элемент, чувствительный к движению жидкости под действием колебаний объекта, на котором закреплен преобразователь.The sensor, designed to record vertical movements, is a cylindrical body made of a chemically resistant material with a channel filled with an electrolyte containing a molecular-electronic element that is sensitive to the movement of liquid under the action of vibrations of the object on which the transducer is mounted.
Каждый из двух датчиков, предназначенных для регистрации горизонтальных движений, представляет собой тороид с каналом, наполовину заполненный электролитом. В нижней части канала тороида расположен молекулярно-электронный элемент, чувствительный к движению жидкости.Each of the two sensors designed to record horizontal movements is a toroid with a channel half-filled with electrolyte. At the bottom of the toroid channel is a molecular-electronic element that is sensitive to fluid movement.
Кроме датчиков в состав комплекса входят: блок аналоговой электроники с источником автономного питания, предназначенный для усиления и фильтрации сигнала; блок цифровой электроники для аналого-цифрового преобразования, обработки сигнала и выдачи сообщений о факте проникновения и координатах нарушителя; блок приема-передачи для связи с центральным пультом.In addition to sensors, the complex includes: an analog electronics unit with an autonomous power source, designed to amplify and filter the signal; a digital electronics unit for analog-to-digital conversion, signal processing and the issuance of messages about the fact of penetration and the coordinates of the intruder; transmit-receive unit for communication with the central console.
Блок цифровой электроники содержит программное обеспечение, осуществляющее, путем анализа поляризации частотного и временного характера сейсмического сигнала, идентификацию нарушителя, определение его азимутального положения и расстояния до него.The digital electronics block contains software that, by analyzing the polarization of the frequency and time nature of the seismic signal, identifies the intruder, determines its azimuthal position and distance to it.
Уникальной особенностью молекулярно-электронной технологии является возможность создания высокочувствительного сейсмодатчика вращательных движений, представляющего собой тороид, полностью заполненный электролитом, содержащий молекулярно-электронный элемент, чувствительный к движению жидкости. Прибор такого типа нечувствителен к чисто поступательным движениям, однако обладает высокой чувствительностью к вращательной составляющей сейсмического сигнала. По сути такие устройства измеряют быстро меняющийся в ближней зоне источника сигнала градиент амплитуды сейсмического поля и, как следствие, могут быть использованы для определения расстояния до источника сигнала. Датчики такого типа также могут быть включены в состав сейсмического охранного комплекса, являющегося предметом предлагаемой полезной модели.A unique feature of molecular-electronic technology is the ability to create a highly sensitive rotational motion seismic sensor, which is a toroid that is completely filled with an electrolyte and contains a molecular-electronic element that is sensitive to fluid motion. A device of this type is insensitive to purely translational movements, but it is highly sensitive to the rotational component of the seismic signal. In fact, such devices measure the gradient of the amplitude of the seismic field rapidly changing in the near zone of the signal source and, as a result, can be used to determine the distance to the signal source. Sensors of this type can also be included in the seismic security complex, which is the subject of the proposed utility model.
Технический результат, достигаемый предлагаемой полезной моделью, заключается в обеспечении возможности определения координат нарушителя из одной точки измерения, повышении надежности его идентификации и точности определения координат, снижении времени развертывания системы.The technical result achieved by the proposed utility model consists in providing the ability to determine the coordinates of the intruder from one measurement point, increasing the reliability of its identification and accuracy of determining the coordinates, reducing the deployment time of the system.
Краткое описание графических материалов, поясняющих сущность полезной моделиA brief description of the graphic materials explaining the essence of the utility model
Фиг.1. Структурная схема полезной модели.Figure 1. Block diagram of a utility model.
Фиг.2. Фотография общего вида полезной модели.Figure 2. A photograph of a general view of a utility model.
Фиг.3. Фотография сейсмических датчиков вертикальных движений.Figure 3. Photo of seismic sensors of vertical movements.
Фиг.4. Фотография сейсмических датчиков горизонтальных движений.Figure 4. Photo of seismic sensors of horizontal movements.
Фиг.5. Фотография блока аналоговой электроники.Figure 5. Photo block analog electronics.
Фиг.6. Фотография блоков цифровой электроники и приема-передачи сигнала.6. Photo blocks of digital electronics and signal reception-transmission.
Осуществление полезной модели (Пример реализации ее назначения)Implementation of a utility model (An example of the implementation of its purpose)
В состав охранного сейсмического комплекса быстрого развертывания (фиг.1-2) входят три ортогонально ориентированных сейсмических датчика (фиг.1, 3-4), блоки аналоговой электроники (фиг.1, 5), цифровой электроники и приема-передачи (фиг.1, 6.), защитный влагонепроницаемый корпус, антенна (фиг.2).The composition of the fast-deploying seismic complex (Figs. 1-2) includes three orthogonally oriented seismic sensors (Figs. 1, 3-4), blocks of analog electronics (Figs. 1, 5), digital electronics and transmit-receive (Figs. 1, 6.), protective moisture-proof housing, antenna (figure 2).
Для закрепления в корпусе основных компонентов, входящих в состав сейсмического комплекса, предназначена переходная пластина, содержащая крепежные отверстия для установки вертикального и горизонтальных сейсмических датчиков и для размещения стоек с электроникой. Герметичность корпуса обеспечивалась посредством уплотнительных резиновых колец и дополнительного слоя силиконового герметика. Корпус был изготовлен из стальной трубы диаметром 76 мм и двух алюминиевых фланцев. На нижнем фланце предусмотрены штыри для крепления комплекса в грунте.To fix the main components that make up the seismic complex in the housing, an adapter plate is designed that contains mounting holes for installing vertical and horizontal seismic sensors and for placing racks with electronics. The tightness of the housing was ensured by means of sealing rubber rings and an additional layer of silicone sealant. The case was made of a steel pipe with a diameter of 76 mm and two aluminum flanges. There are pins on the bottom flange for fixing the complex in the ground.
Сейсмический молекулярно-электронный датчик вертикальных движений, входящий в состав комплекса, обладает следующими техническими характеристиками:The seismic molecular-electronic sensor of vertical movements, which is part of the complex, has the following technical characteristics:
- рабочая полоса: 1-500 Гц;- working band: 1-500 Hz;
- коэффициент преобразования механического движения в электрический ток (10 Гц,25°С):20 мА/м/с;- coefficient of conversion of mechanical motion into electric current (10 Hz, 25 ° C): 20 mA / m / s;
- максимальный регистрируемый сигнал: 10 см/с;- maximum recorded signal: 10 cm / s;
- коэффициент нелинейных искажений:<1% на максимальном сигнале.- coefficient of nonlinear distortion: <1% at the maximum signal.
Для достижения указанных характеристик используется четырехэлектродный чувствительный элемент, изготовленный из платиновой сетки с шагом 100 мкм, причем аноды (внешние электроды преобразующего элемента) изготовлены из одинарной сетки, а катоды (внутренние электроды преобразующего элемента) - из двух наложенных друг на друга, приваренных и прокатанных до толщины 90 мкм сеток. Расстояние между каждой парой смежных электродов составляет 30 мкм, что обеспечивается с помощью специальных калиброванных керамических прокладок с отверстиями диаметром 120 мкм. Электродный пакет, состоящий из четырех электродов и трех разделительных прокладок, собирается таким образом, чтобы отверстия в керамических прокладках оказались расположены соосно, и, таким образом, были бы сформированы 80 цилиндрических каналов с керамическими стенками, внутри которых располагаются элементы сетчатых электродов.To achieve these characteristics, a four-electrode sensitive element is used, made of a platinum grid with a pitch of 100 μm, with the anodes (external electrodes of the converting element) made of a single grid, and the cathodes (internal electrodes of the converting element) of two superimposed, welded and rolled to a thickness of 90 microns of grids. The distance between each pair of adjacent electrodes is 30 μm, which is achieved using special calibrated ceramic gaskets with holes with a diameter of 120 μm. The electrode package, consisting of four electrodes and three spacer gaskets, is assembled so that the holes in the ceramic gaskets are aligned, and thus 80 cylindrical channels with ceramic walls are formed, inside which there are elements of mesh electrodes.
Собранный электродный пакет запекается по стандартной металлокерамической технологии, что обеспечивает ему стабильность сохранения параметров во времени и необходимую механическую жесткость. Изготовленные, готовые к окончательной сборке, преобразователи (см. фиг.3), помещались в изготовленный из химически устойчивого монолитного поликарбоната цилиндрический корпус, завершающийся по своим торцам упругими возвращающими элементами (мембранами). Заполнение преобразователя проводилось с использованием вакуумной установки.The assembled electrode bag is baked according to standard cermet technology, which ensures stability of parameters in time and necessary mechanical rigidity. Converters made, ready for final assembly (see Fig. 3), were placed in a cylindrical body made of chemically stable monolithic polycarbonate, terminating at its ends with elastic returning elements (membranes). The transducer was filled using a vacuum unit.
Сейсмические молекулярно-электронные датчики горизонтальных движений изготовлены по керамической технологии без использования сборочных операций. Каждый такой датчик представляет собой керамический тороид, наполовину заполненный рабочим Seismic molecular-electronic sensors of horizontal movements are made using ceramic technology without the use of assembly operations. Each such sensor is a ceramic toroid half filled with a working
электролитом, с электродным преобразующим элементом в его основании. Таким образом, механическая подсистема датчика горизонтальных движений принципиально отличается от таковой для датчика вертикальных движений и для достижения идентичных характеристик различия механических параметров необходимо компенсировать соответствующими изменениями в конструкции преобразующего элемента. Математическое моделирование выходных характеристик преобразователя показало необходимость использования четырехэлектродного преобразующего элемента, изготовленного из платиновой сетки с шагом 100 мкм, причем, в отличии от датчика вертикальных движений, как аноды (внешние электроды преобразующего элемента), так и катоды (внутренние электроды преобразующего элемента) изготовлены из одинарной сетки. Расстояние между каждой парой смежных электродов составляло 30 мкм, что обеспечивалось с помощью специальных калиброванных керамических прокладок с отверстиями диаметром 120 мкм. Электродный пакет, состоящий из четырех электродов и трех разделительных прокладок собирался таким образом, чтобы отверстия в керамических прокладках оказались расположены соосно, и, таким образом, были бы сформированы 16 цилиндрических каналов с керамическими стенками, внутри которых располагались элементы сетчатых электродов. Собранный электродный пакет запекался по стандартной металлокерамической технологии, что обеспечивает ему стабильность сохранения параметров во времени и необходимую механическую жесткость. Корпус горизонтального преобразователя состоит из двух керамических деталей, соединенных между собой по технологии диффузионной сварки. Таким образом, после отливки и термодиффузионной склейки деталей, получается полностью готовый к заполнению преобразователь. Заполнение датчика рабочей жидкостью производилось под вакуумом.an electrolyte with an electrode converting element at its base. Thus, the mechanical subsystem of the horizontal motion sensor is fundamentally different from that for the vertical motion sensor, and in order to achieve identical characteristics, the differences in the mechanical parameters must be compensated for by corresponding changes in the design of the converting element. Mathematical modeling of the output characteristics of the transducer showed the need to use a four-electrode transducer element made of a platinum grid with a pitch of 100 μm, and, unlike the vertical motion sensor, both the anodes (external electrodes of the transducer element) and the cathodes (internal electrodes of the transducer element) are made of single mesh. The distance between each pair of adjacent electrodes was 30 μm, which was achieved using special calibrated ceramic gaskets with holes with a diameter of 120 μm. The electrode package consisting of four electrodes and three spacer gaskets was assembled in such a way that the holes in the ceramic gaskets were aligned, and thus, 16 cylindrical channels with ceramic walls were formed, inside of which there were elements of mesh electrodes. The assembled electrode bag was baked according to standard cermet technology, which ensures stability of parameters in time and the necessary mechanical rigidity. The horizontal converter housing consists of two ceramic parts interconnected by diffusion welding technology. Thus, after casting and thermal diffusion gluing of parts, the transducer is completely ready for filling. The sensor was filled with a working fluid under vacuum.
Фотография внешнего вида датчиков горизонтальных движений представлена на фиг.4.A photograph of the appearance of the sensors of horizontal movements is presented in figure 4.
Функционально, блок аналоговой электроники решает следующие задачи:Functionally, the analog electronics block solves the following tasks:
- обеспечение электропитанием микросхем, входящих в его состав, а также сейсмических датчиков;- providing power to the microcircuits included in its composition, as well as seismic sensors;
- преобразование выходного тока сейсмических датчиков в напряжение;- conversion of the output current of seismic sensors into voltage;
- частотная коррекция выходного сигнала, включая фильтрацию в заданной полосе 1-200 Гц;- frequency correction of the output signal, including filtering in a given band of 1-200 Hz;
- температурная коррекция выходного сигнала сейсмических датчиков. Структурно, блок аналоговой электроники содержит: блок источника питания и три канала коррекции и фильтрации выходных сигналов сейсмических датчиков (фиг.1). Соответствующие платы изготовлены по двусторонней технологии в виде прямоугольника - temperature correction of the output signal of seismic sensors. Structurally, the analog electronics block contains: a power supply unit and three channels for correcting and filtering the output signals of seismic sensors (Fig. 1). Corresponding boards are made according to bilateral technology in the form of a rectangle.
с отсеченными углами (фиг.5). Максимальная диагональ полученного многоугольника не превышает 68 мм, что обеспечивает монтаж платы в корпусе выносного сейсмического модуля, имеющего внешний диаметром 76 мм. Большинство электронных компонент было размещено на печатной плате методами поверхностного монтажа. В то же время детали (резисторы и конденсаторы), предназначенные для тонкой настройки характеристик измерительных каналов, были размещены на специальных цанговых панелях, помещенных на плате методами монтажа на отверстиях, что облегчает их замену в процессе настройки приборов. По углам печатных плат проделаны неметаллизированные отверстия для крепления печатных плат на стойках в корпусе охранного сейсмического комплекса.with cut corners (figure 5). The maximum diagonal of the obtained polygon does not exceed 68 mm, which ensures the installation of the board in the housing of the remote seismic module having an external diameter of 76 mm. Most electronic components were placed on the circuit board using surface mount methods. At the same time, parts (resistors and capacitors) designed to fine-tune the characteristics of the measuring channels were placed on special collet panels placed on the board by mounting methods on the holes, which facilitates their replacement during the setup of devices. Non-metalized holes were made at the corners of the printed circuit boards for mounting the printed circuit boards to the racks in the body of the seismic monitoring complex.
Блоки цифровой электроники и приема-передачи радиосигнала изготовлены в виде единой печатной платы (фиг.6) и выполняют следующие основные функции:Blocks of digital electronics and radio transmission and reception are made in the form of a single printed circuit board (Fig.6) and perform the following main functions:
- аналого-цифрового преобразование сигналов с выхода блока аналоговой электроники;- analog-to-digital conversion of signals from the output of an analog electronics unit;
- обработка цифровых данных по разработанным алгоритмам и принятие решения об отсутствии или наличии несанкционированного проникновения;- processing digital data according to the developed algorithms and deciding on the absence or presence of unauthorized entry;
- принятие команд от центрального пульта;- acceptance of commands from the central console;
- передача сигнала наличия или отсутствия несанкционированного проникновения, а также параметров проникновения в случае обнаружения проникновения.- transmission of a signal of presence or absence of unauthorized intrusion, as well as penetration parameters in case of intrusion detection.
- выбор частотного диапазона работы, обеспечивающего безпомеховую работу комплекса.- the choice of the frequency range of work, providing noise-free operation of the complex.
В качестве управляющего контроллера блоков цифровой электроники и приема-передачи использовалась микросхема PIC16F6621, с помощью которой были реализованы следующие алгоритмы: обнаружения, идентификации и определения координат нарушителя.The PIC16F6621 chip was used as the control controller of the digital electronics and transmit-receive blocks, with the help of which the following algorithms were implemented: detection, identification and determination of the coordinates of the intruder.
Подпрограмма идентификации нарушителя работает по принципу счетчика шагов, при этом признаком нарушителя считается наличие 3-5 шагов в интервале времени 4 секунды. Эксперимент показывает, что расстояние, с которого начинает устойчиво работать механизм идентификации, составляет 65 м.The intruder identification subroutine works by the principle of a step counter, while the presence of 3-5 steps in a time interval of 4 seconds is considered a sign of an offender. The experiment shows that the distance from which the identification mechanism starts to work stably is 65 m.
Для определения азимутального направления на нарушителя на контроллере была реализована подпрограмма, выделяющая для каждого «шага» фазу сигнала, соответствующую приходу Рэлеевской волны, и вычисление для данной фазы отношения амплитуд на двух горизонтальных каналах.To determine the azimuthal direction to the intruder, the controller implemented a subroutine that selects for each "step" the phase of the signal corresponding to the arrival of the Rayleigh wave and calculates for this phase the ratio of amplitudes on two horizontal channels.
Алгоритм для определения расстояния до нарушителя использует в качестве дискриминирующего параметра отношение среднеквадратичных скоростей колебаний поверхности The algorithm for determining the distance to the intruder uses, as a discriminating parameter, the ratio of the root mean square velocities of surface vibrations
грунта в вертикальном направлении в высокочастотной и низкочастотной областях спектра: soil in the vertical direction in the high-frequency and low-frequency regions of the spectrum:
Для определения входящих в выражение (1) среднеквадратичных значений проводилась предварительная цифровая фильтрация исходного широкополосного сигналов.To determine the rms values included in expression (1), preliminary digital filtering of the initial broadband signals was carried out.
При этом, для выделения низкочастотной составляющей сигнала полоса пропускания фильтра настраивалась на диапазон 20-40 Гц (по уровню-3 дБ с каждой стороны), а для выделения высокочастотной составляющей - на диапазон 50-100 Гц.At the same time, to isolate the low-frequency component of the signal, the filter passband was tuned to a range of 20-40 Hz (at a level of-3 dB on each side), and to isolate the high-frequency component, to a range of 50-100 Hz.
Для обработки использовались, только участки с высоким уровнем сигнала, создаваемого нарушителем (то есть участки записи, детектированные как «шаг» с помощью описанного выше алгоритма «счетчика шагов»). Следует отметить, что радиус детектирования нарушителя с использованием высокочастотного сигнала оказался значительно меньше радиуса детектирования по низкочастотному сигналу, что отражает факт более быстрого затухания высокочастотных возбуждений в среде.For processing, only sections with a high level of signal created by the intruder were used (that is, recording sections detected as a “step” using the “step counter” algorithm described above). It should be noted that the radius of detection of an intruder using a high-frequency signal turned out to be significantly smaller than the radius of detection by a low-frequency signal, which reflects the fact of a faster decay of high-frequency excitations in the medium.
Результаты испытания макета, представляющего собой практическую реализацию заявляемой полезной модели приведены в нижеследующей таблице:The test results of the layout, which is a practical implementation of the claimed utility model are shown in the following table:
Принцип работы комплекса основан на регистрации сейсмического сигнала, создаваемого пешеходом (нарушителем) в процессе его движения.The principle of operation of the complex is based on the registration of a seismic signal generated by a pedestrian (intruder) during its movement.
При достижении сейсмическим сигналом точки размещения комплекса, микрометрические перемещения грунта приводят в движение рабочую жидкость, заполняющую корпус молекулярно-электронного сейсмического элемента, заставляя ее перетекать через чувствительный электродный узел в вертикальном (для датчика вертикальных движений) и горизонтальном направлениях (для датчика горизонтальных движений).When the seismic signal reaches the location of the complex, the micrometric movement of the soil sets the working fluid in motion, filling the casing of the molecular-electronic seismic element, forcing it to flow through the sensitive electrode assembly in the vertical (for the sensor of vertical movements) and horizontal directions (for the sensor of horizontal movements).
При возникновении в молекулярно-электронном устройстве потока электролита, при условии, что между электродами преобразующего узла подана разность потенциалов, в электродном узле создается электрический сигнал, пропорциональный скорости движения рабочей жидкости. Выходной сигнал преобразователя, представляющий собой электрический ток преобразуется в напряжение на усилителях входного каскада блока аналоговой электроники.When an electrolyte flow occurs in a molecular electronic device, provided that a potential difference is applied between the electrodes of the converting unit, an electrical signal is generated in the electrode unit that is proportional to the speed of the working fluid. The output signal of the converter, which is an electric current, is converted to voltage at the amplifiers of the input stage of the analog electronics block.
Полученный сигнал в последующих каскадах фильтруется, тем самым уменьшается вклад в собственные шумы частотных диапазонов, заведомо не содержащих полезного сигнала. Дополнительно, блок аналоговой электроники имеет цепь температурной компенсации, содержащую терморезисторы и изменяющую коэффициент преобразования в зависимости от температуры. Путем подбора номиналов терморезисторов обеспечивается температурная стабильность коэффициента преобразования измерительного тракта, состоящего из датчиков и электроники.The received signal is filtered in subsequent stages, thereby reducing the contribution to the own noise of the frequency ranges that do not knowingly contain a useful signal. Additionally, the analog electronics unit has a temperature compensation circuit that contains thermistors and changes the conversion coefficient depending on the temperature. By selecting the values of the thermistors, the temperature stability of the conversion coefficient of the measuring path, consisting of sensors and electronics, is ensured.
Сигнал с выхода аналоговой электроники поступает на вход блока цифровой электроники, где происходит его преобразование в цифровую форму. Блок цифровой электроники содержит цифровые фильтры, после прохождения которых исходный цифровой сигнал разбивается на сигналы, содержащие низкочастотный (типичная полоса от 1 до 10 Гц), среднечастотный (10-40 Гц) и высокочастотный (40-100 Гц).The signal from the output of analog electronics goes to the input of the digital electronics unit, where it is converted to digital form. The digital electronics unit contains digital filters, after passing through which the original digital signal is divided into signals containing a low-frequency (typical band from 1 to 10 Hz), medium-frequency (10-40 Hz) and high-frequency (40-100 Hz).
Дальнейшая обработка сигнала проводится с использованием цифрового процессора, входящего в состав блока цифровой электроники. Низкочастотная область сигнала используется в местах с низким уровнем сейсмического фона для обнаружения источников сейсмического сигнала на больших расстояниях. Область средних частот является основной для идентификации нарушителя путем выделении во временной области сигналов, типичных для шагов человека и подсчета числа «шагов» за предопределенный промежуток времени. При идентификации нарушителя выдается аларм-сигнал и включается программа определения его координат. Отношение сигналов в среднечастотной области, на временном промежутке, соответствующем «шагу» в фазе сигнала, соответствующей приходу Релеевской волны, позволяет найти тангенс угла азимута направления на источник сигнала, а направление вращения вектора смещений грунта - выбрать одно из двух возможных направлений, соответствующих одному значению тангенса. Отношение сигналов в высокочастотной и среднечастотной областях используется для определения расстояния до источника сигнала.Further signal processing is carried out using a digital processor, which is part of the digital electronics unit. The low-frequency region of the signal is used in places with a low level of seismic background to detect sources of seismic signal at large distances. The mid-frequency region is fundamental for identifying the intruder by isolating in the time domain signals typical of human steps and counting the number of “steps” for a predetermined period of time. When identifying the intruder, an alarm signal is issued and the program for determining its coordinates is turned on. The ratio of the signals in the mid-frequency region, in the time interval corresponding to the “step” in the phase of the signal corresponding to the arrival of the Rayleigh wave, allows you to find the azimuth tangent of the direction to the signal source, and the direction of rotation of the soil displacement vector - choose one of two possible directions corresponding to one value tangent. The ratio of signals in the high-frequency and mid-frequency regions is used to determine the distance to the signal source.
Процессор также осуществляет управление передатчиком.The processor also controls the transmitter.
До момента возникновение аларм-сигнала передатчик ежеминутно сообщает на центральную станцию служебную информацию, подтверждающую его работоспособность. После детектирования нарушителя передатчик ежесекундно передает на центральную станцию пакеты данных, содержащие информацию о координатах нарушителя.Until an alarm occurs, the transmitter reports service information to the central station every minute, confirming its operability. After detecting the intruder, the transmitter transmits data packets containing information about the coordinates of the intruder to the central station every second.
Предлагаемая полезная модель может найти промышленное применение в системах охраны периметра территории или отдельного объекта, как система быстрого развертывания. Она позволяет с использованием минимального количества развертываемых комплексов (вплоть до одного) обнаруживать нарушителя, проводить его идентификацию и определять его полярные координаты относительно точки расположения комплекса.The proposed utility model can find industrial application in the systems of perimeter protection of a territory or an individual object, as a quick deployment system. It allows using the minimum number of deployable complexes (up to one) to detect the intruder, to identify him and determine his polar coordinates relative to the location of the complex.
Claims (11)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008116120/22U RU78594U1 (en) | 2008-04-25 | 2008-04-25 | SECURITY SEISMIC COMPLEX OF QUICK DEPLOYMENT ON THE BASIS OF MOLECULAR ELECTRONIC MOTION SENSORS |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008116120/22U RU78594U1 (en) | 2008-04-25 | 2008-04-25 | SECURITY SEISMIC COMPLEX OF QUICK DEPLOYMENT ON THE BASIS OF MOLECULAR ELECTRONIC MOTION SENSORS |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU78594U1 true RU78594U1 (en) | 2008-11-27 |
Family
ID=46273758
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2008116120/22U RU78594U1 (en) | 2008-04-25 | 2008-04-25 | SECURITY SEISMIC COMPLEX OF QUICK DEPLOYMENT ON THE BASIS OF MOLECULAR ELECTRONIC MOTION SENSORS |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU78594U1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU203955U1 (en) * | 2020-10-01 | 2021-04-29 | Акционерное общество "Федеральный научно-производственный центр "Производственное объединение "Старт" имени М.В. Проценко" (АО "ФНПЦ "ПО "СТАРТ" им. М.В. Проценко") | Cloaked seismic detection |
| RU2798497C1 (en) * | 2023-03-31 | 2023-06-23 | Свистун Николай Александрович | Vibration perimeter protection system |
-
2008
- 2008-04-25 RU RU2008116120/22U patent/RU78594U1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU203955U1 (en) * | 2020-10-01 | 2021-04-29 | Акционерное общество "Федеральный научно-производственный центр "Производственное объединение "Старт" имени М.В. Проценко" (АО "ФНПЦ "ПО "СТАРТ" им. М.В. Проценко") | Cloaked seismic detection |
| RU2798497C1 (en) * | 2023-03-31 | 2023-06-23 | Свистун Николай Александрович | Vibration perimeter protection system |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Owen et al. | OptaSense: Fibre optic distributed acoustic sensing for border monitoring | |
| US9983293B2 (en) | Method and system for locating an acoustic source | |
| EP3510363B1 (en) | Method for distributed acoustic sensing | |
| US6788417B1 (en) | Optical fiber infrasound sensor | |
| CN100495459C (en) | Sensor apparatus and method for detecting earthquake generated P-waves and generating a responsive control signal | |
| Schimmel et al. | Automatic detection of debris flows and debris floods based on a combination of infrasound and seismic signals | |
| US7508304B2 (en) | Networked multiband waveguide intrusion detection and localization sensor | |
| ES2940219T3 (en) | Calibration of a distributed fiber optic detection system | |
| EP3012651A2 (en) | An acoustic detection system | |
| CN102680939A (en) | Method and device for positioning thunder based on sound-light-electricity synchronous observation | |
| US11885921B2 (en) | Real-time array-based seismic source location | |
| US4197529A (en) | Intrusion detection apparatus | |
| Heidari | Quick estimation of the magnitude and epicentral distance using the P wave for earthquakes in Iran | |
| JP2023550091A (en) | Vertical distance prediction of vibrations using distributed fiber optic sensing | |
| McComas et al. | Infrasound monitoring in non-traditional environments | |
| JP2008096203A (en) | Information receiver, non-seismograph information receiver using the same, or information receiving system using the information receiver | |
| RU78594U1 (en) | SECURITY SEISMIC COMPLEX OF QUICK DEPLOYMENT ON THE BASIS OF MOLECULAR ELECTRONIC MOTION SENSORS | |
| McComas et al. | A comparison of mechanical wind filters for infrasound sensor noise reduction | |
| CN109738899B (en) | Low-altitude aircraft detection method and system based on stochastic resonance detection array | |
| US20090126464A1 (en) | Acoustic Detector | |
| KR101520399B1 (en) | System and Method for Reducing of Seismic Noise using Micro Site Stacking | |
| US20060068754A1 (en) | System and method for securing a large infrastructure | |
| Nishimura et al. | Portable infrasound monitoring device with multiple MEMS pressure sensors | |
| US20030198131A1 (en) | Method and apparatus for locating underground water pipes | |
| Farges | Infrasound from lightning and sprites |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM1K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20120426 |