RU79348U1

RU79348U1 - CAPACITY TYPE DEVICE FOR SECURITY ALARMS

Info

Publication number: RU79348U1
Application number: RU2008130010/22U
Authority: RU
Inventors: Владислав Петрович Соломеин
Original assignee: Владислав Петрович Соломеин
Priority date: 2008-07-21
Filing date: 2008-07-21
Publication date: 2008-12-27

Abstract

Полезная модель относится техническим средствам охраны, формирующим тревожное извещение при изменении емкости чувствительного элемента.Устройство емкостного типа для охранной сигнализации содержит последовательно соединенные узел формирования сигнала, детектор, усилитель, пороговое устройство и исполнительный механизм. Узел формирования сигнала состоит из входного колебательного LC-контура, высокочастотного генератора и антенны-датчика, параллельно соединенных между собой через конденсаторы малой емкости. Входной колебательный LC-контур находится в частично расстроенном состоянии по отношению к высокочастотному генератору и предварительно настроен на уровень высокочастотного напряжения, составляющий 0,4÷0,9 максимального уровня напряжения высокочастотного генератора.Устройство обладает повышенной помехозащищенностью и устойчивостью к погодно-климатическим условиям. 1 н.п. ф-лы, 1 ил.The utility model relates to technical means of protection, which generate an alarm notification when the capacitance of a sensitive element changes. A capacitive type device for a burglar alarm contains a signal conditioning unit, a detector, an amplifier, a threshold device, and an actuator in series. The signal conditioning unit consists of an input oscillating LC circuit, a high-frequency generator and an antenna sensor, connected in parallel through small capacitors. The input oscillating LC circuit is in a partially detuned state with respect to the high-frequency generator and is pre-set to a high-frequency voltage level of 0.4 ÷ 0.9 of the maximum voltage level of the high-frequency generator. The device has increased noise immunity and resistance to weather and climatic conditions. 1 n.p. f-ly, 1 ill.

Description

Полезная модель относится к техническим средствам охраны, а именно к устройствам сигнализации, формирующим тревожное извещение при изменении емкости чувствительного элемента.The utility model relates to technical means of protection, namely to signaling devices that generate an alarm notification when the capacitance of a sensitive element changes.

Известно устройство для тревожной сигнализации емкостного типа (а.с. СССР №372571, 1973 г.), содержащее антенны, подключенные к концам первичной обмотки дифференциального трансформатора, отвод которой подключен к одной клемме генератора, другая клемма которого соединена с шиной нулевого потенциала, вторичная обмотка дифференциального трансформатора через усилитель подключена к схеме обработки сигнала, первичная обмотка дифференциального трансформатора выполнена несимметричной.A device is known for capacitive type alarm systems (USSR AS No. 372571, 1973), comprising antennas connected to the ends of the primary winding of a differential transformer, the tap of which is connected to one terminal of the generator, the other terminal of which is connected to the zero potential bus, a secondary the winding of the differential transformer through the amplifier is connected to the signal processing circuit, the primary winding of the differential transformer is asymmetrical.

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

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

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

В основу настоящей полезной модели положено решение задачи, позволяющее упростить конструкцию устройства, увеличить чувствительность, This utility model is based on a solution to the problem, which allows to simplify the design of the device, increase sensitivity,

а также повысить помехозащищенность и устойчивость к погодно-климатическим воздействиям.and also to increase noise immunity and resistance to weather and climatic influences.

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

Полезная модель поясняется чертежом, где на фиг.1 приведена функциональная схема емкостного устройства.The utility model is illustrated in the drawing, where Fig. 1 shows a functional diagram of a capacitive device.

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

Предлагаемое устройство работает следующим образом.The proposed device operates as follows.

Сигнал срабатывания формируется в параллельном колебательном LC-контуре, являющимся входом устройства и подавляющим поступающие с антенны-датчика на устройство электромагнитные воздействия: различного рода наводки и радиопомехи.. На колебательный LC-контур подается два сигнала. Один - высокочастотный сигнал, поступающий от ВЧ-генератора. Второй сигнал - сигнал воздействия, следующий от антенны-датчика. Под действием ВЧ-сигнала с генератора на LC-контуре образуется ВЧ-напряжение, The response signal is generated in a parallel oscillatory LC circuit, which is the input of the device and suppresses electromagnetic influences coming from the antenna sensor to the device: various kinds of interference and radio interference .. Two signals are applied to the oscillatory LC circuit. One is a high-frequency signal coming from an RF generator. The second signal is the impact signal following from the antenna sensor. Under the influence of the RF signal from the generator, an RF voltage is generated on the LC circuit,

которое зависит от настройки контура и сигнала от антенны-датчика. На контур через конденсатор малой емкости подается ВЧ-напряжение от генератора, по отношению к которому LC-контур находится в частично расстроенном состоянии и настроен на более низкую частоту. На контуре необходимо поддерживать ВЧ-напряжение в диапазоне 0,4-0,9 от максимального уровня. Стабилизация работы контура достигается соответствующей подборкой температурного коэффициента емкости (ТКЕ) контурного конденсатора. LC-контур находится в резонансном состоянии, т.к. на уровень ВЧ-напряжения контура оказывает влияние резонансное явление в цепи генератор - LC-контур. Незначительное изменение частоты настройки контура вызывает значительное изменение LC-контура в цепи. Настройка контура зависит от емкости антенны, которая присоединена к нему через конденсатор малой емкости. При приближении нарушителя к охраняемому объекту изменяется емкость антенны и, следовательно, уровень ВЧ-напряжения на LC-контуре, что является сигналом к срабатыванию устройства. По отношению к помехам LC-контур параллельного типа имеет более низкое электрическое сопротивление и шунтирует их на корпус, обеспечивая низкий уровень шумов на входе устройства и, как следствие, высокий уровень чувствительности и помехоустойчивости. Оптимальное значение емкости разделительного конденсатора в цепи между генератором и LC-контуром определяется в зависимости от рабочей частоты устройства и находится на уровне нескольких пикофарад. Этот конденсатор и LC-контур образуют делитель в цепи ВЧ-сигнала (емкостное сопротивление конденсатора и полное сопротивление контура). На приходящий с антенны сигнал приближения посторонних LC-контур реагирует изменением своего сопротивления. Для работы узла формирования необходимо, чтобы это изменение сопротивления воздействовало на уровень ВЧ-напряжения контура. Для этого сигнал с генератора требуется подавать через сопротивление, величина которого должна which depends on the loop setting and the signal from the antenna sensor. An RF voltage is supplied to the circuit through a small capacitor from the generator, with respect to which the LC circuit is in a partially detuned state and tuned to a lower frequency. On the circuit, it is necessary to maintain the RF voltage in the range of 0.4-0.9 from the maximum level. Stabilization of the circuit is achieved by an appropriate selection of the temperature coefficient of capacitance (TKE) of the loop capacitor. The LC circuit is in a resonant state, as the level of the HF voltage of the circuit is influenced by the resonant phenomenon in the generator-LC circuit. A slight change in the loop tuning frequency causes a significant change in the LC loop in the circuit. The circuit setting depends on the capacity of the antenna, which is connected to it through a small capacitor. When the intruder approaches the protected object, the antenna capacity and, consequently, the RF voltage level on the LC circuit changes, which is a signal for the device to operate. In relation to interference, the parallel-type LC circuit has a lower electrical resistance and shunts them to the housing, providing a low noise level at the input of the device and, as a result, a high level of sensitivity and noise immunity. The optimal value of the capacitance of the isolation capacitor in the circuit between the generator and the LC circuit is determined depending on the operating frequency of the device and is at the level of several picofarads. This capacitor and LC circuit form a divider in the RF signal circuit (capacitance of the capacitor and impedance of the circuit). An LC-circuit reacts to an outside signal coming from outsiders by changing its resistance. For the operation of the forming unit, it is necessary that this change in resistance affects the level of the HF voltage of the circuit. To do this, the signal from the generator must be supplied through a resistance, the value of which must

быть сравнима с сопротивлением контура на рабочей частоте и подбираться в зависимости от этой частоты.be comparable with the loop resistance at the operating frequency and be selected depending on this frequency.

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

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

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

С выхода усилителя сигнал поступает на пороговое устройство. Пороговое устройство также выполнено на логических элементах КМОП, что обеспечивает его стабильность и экономичность. Элементы КМОП имеют термостабильные и пороговые, и выходные напряжения. Кроме того, входные From the output of the amplifier, the signal enters the threshold device. The threshold device is also made on the CMOS logic elements, which ensures its stability and efficiency. CMOS elements have thermostable and threshold, and output voltages. Also input

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

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

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

Claims

A capacitive type device for burglar alarms, comprising a signal conditioning unit, a detector, an amplifier, a threshold device and an actuator, connected in series, characterized in that the signal generating unit consists of an input oscillating LC circuit, a high-frequency generator, and a sensor antenna connected in parallel through small capacitors, while the input oscillating LC circuit is in a partially detuned state with respect to the high-frequency generator and It is tuned to a high-frequency voltage level of 0.4 ÷ 0.9 of the maximum voltage level of a high-frequency generator.