способ обнаружения проникновения через контур запрещенной зоны и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ обнаружения проникновения через контур запрещенной зоны, включающий регистрацию сигналов, определяющих значения физического параметра грунта, принимаемых от датчиков, размещенных в грунте по упомянутому контуру, и принятие решения об обнаружении проникновения через упомянутый контур при отклонении определяемых значений физического параметра грунта от эталонных, отличающийся тем, что в качестве датчиков используют электропроводящие тела - электроды, а в качестве упомянутого физического параметра грунта - кажущееся удельное электрическое сопротивление грунта R _k, получают набор численных значений R_k в различных точках вертикального разреза грунта заданной глубины вдоль упомянутого контура, сравнивают полученный набор упомянутых значений R _k по упомянутому контуру с предварительно определенным и запомненным эталонным набором численных значений R_k , периодически повторяют операции получения упомянутого набора упомянутых значений R_k по упомянутому контуру и сравнения его с упомянутым эталонным набором и при обнаружении отклонения значения кажущегося удельного электрического сопротивления R _k в не менее чем одной точке упомянутого вертикального разреза грунта от соответствующего значения в упомянутом эталонном наборе R_k определяют место проникновения через упомянутый контур.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве упомянутых электропроводящих тел-электродов используют металлические стержни или пластины.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что для определения кажущегося удельного сопротивления грунта R_k в различных точках вертикального разреза грунта вдоль упомянутого контура пропускают ток I через одну пару упомянутых электродов - питающую, измеряют создаваемую этим током разность потенциалов U между второй парой электродов - приемной, определяют величину удельного электрического сопротивления R_k из выражения:

R_k=К_г·U/I, Ом·м;

где К_г=2/(1/L _2,3-1/L_2,4+1/L_1,4-1/L_1,3 ) - коэффициент, м;

L_1,3, L_1,4 - расстояние между первым по ходу контура электродом питающей пары и соответственно ближним и дальним от него электродами приемной пары, м;

L_2,3, L_2,4 - расстояние между вторым по ходу контура электродом питающей пары и соответственно ближним и дальним от него электродами приемной пары, м;

изменяя расстояния между электродами питающих и приемных пар, повторяют указанные выше операции для соответствующих питающих и приемных пар электродов, комбинации которых образуют, исходя из требуемой глубины зондирования, до получения упомянутого набора численных значений R_k.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что пропускают ток I через пару соседних упомянутых электродов.

5. Способ по п.3, отличающийся тем, что один из электродов питающей пары удален от приемной пары электродов на расстояние, при котором создаваемое им электрическое поле пренебрежимо мало по сравнению с электрическим полем, создаваемым другим электродом этой питающей пары.

6. Способ по п.3, отличающийся тем, что один из упомянутых электродов приемной пары удален от другого электрода этой пары на расстояние, при котором измеряемое им электрическое поле, создаваемое электродами питающей пары, пренебрежимо мало по сравнению с электрическим полем, измеряемым другим электродом этой приемной пары.

7. Способ по п.3, отличающийся тем, что пропускают ток I частотой от 0 до 10000 Гц.

8. Способ по п.3, отличающийся тем, что пропускают ток I частотой от 100 до 800 Гц.

9. Способ по п.1, отличающийся тем, что операции получения упомянутого набора численных значений кажущихся удельных электрических сопротивлений грунта R_k по упомянутому контуру повторяют через каждые 0,5-2,5 ч.

10. Способ по п.1, отличающийся тем, что операции получения упомянутого набора численных значений кажущихся удельных электрических сопротивлений грунта R_k по упомянутому контуру повторяют через каждые 0,5-1,0 ч.

11. Способ по п.1, отличающийся тем, что при изменении геоэлектрических характеристик вдоль упомянутого контура вновь определяют эталонный набор численных значений кажущихся удельных электрических сопротивлений грунта и запоминают его взамен предыдущего эталонного набора.

12. Устройство для обнаружения проникновения через контур запрещенной зоны, включающее множество датчиков, размещенных по контуру запрещенной зоны, и процессор, снабженный блоком памяти, отличающееся тем, что дополнительно содержит генератор электрического тока, измеритель электрического тока, измеритель электрического напряжения, первый коммутатор и второй коммутатор, упомянутые датчики выполнены в виде заглубленных в грунт электропроводящих тел - электродов, а процессор предназначен для определения величины кажущегося удельного электрического сопротивления грунта R_k, получения набора численных значений R_k в различных точках вертикального разреза грунта заданной глубины вдоль упомянутого контура, сравнении полученного набора упомянутых значений R _k по упомянутому контуру с предварительно определенным и запомненным эталонным набором численных значений R_k , при этом первый выход процессора подключен к входу упомянутого генератора, первый выход упомянутого генератора соединен с входом упомянутого измерителя тока, первый выход которого подключен к первому входу процессора, а второй выход соединен с первым входом первого коммутатора, второй вход которого подключен к второму выходу упомянутого генератора, а третий вход первого коммутатора соединен с вторым выходом процессора, подключенным также к первому входу второго коммутатора, к выходам первого коммутатора параллельно подключены упомянутые датчики, которые также параллельно соединены со вторым и последующими входами второго коммутатора, первый и второй выходы которого подключены соответственно к первому и второму входам упомянутого измерителя напряжения, третий вход которого соединен с третьим выходом процессора, а выход упомянутого измерителя напряжения подключен к второму входу процессора, третий вход/выход которого соединен с входом/выходом блока памяти.

13. Устройство по п.12, отличающееся тем, что в качестве упомянутых электродов используют металлические стержни или пластины.

14. Устройство по п.12, отличающееся тем, что расстояние между соседними электродами составляет 2 - 5 м.

15. Устройство по п.12, отличающееся тем, что используют генератор постоянного электрического тока и измерители постоянного электрического тока и напряжения.

16. Устройство по п.12, отличающееся тем, что используют генератор переменного электрического тока и измерители переменного электрического тока и напряжения.

17. Устройство по п.12, отличающееся тем, что используют генератор импульсного электрического тока и измерители импульсного электрического тока и напряжения.

18. Устройство по п.12, отличающееся тем, что упомянутые электроды установлены по упомянутому контуру в два ряда.

19. Устройство по п.12, отличающееся тем, что в качестве процессора с блоком памяти используют компьютер с дисплеем.

20. Устройство по п.12, отличающееся тем, что в качестве процессора с блоком памяти используют персональный компьютер.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к охранной технике и может использоваться при защите территорий от несанкционированного доступа на охраняемую территорию.

Современные электронные способы и системы охраны весьма разнообразны, однако большинство из них не может обеспечить раннее обнаружение вторжения на территорию охраняемого объекта. Периметральная граница охраняемого объекта является наилучшим местом для раннего детектирования вторжения, так как нарушитель в первую очередь взаимодействует с физическим периметром и создает возмущения, которые можно зарегистрировать соответствующими датчиками.

Известны различные способы и устройства обнаружения проникновения движущихся объектов на запрещенную территорию с фиксацией факта пересечения контура этой территории.

Известен способ обнаружения проникновения какого-либо объекта через контур запрещенной зоны (см. патент US №4091367, МПК G 08 B 13/24, опубликован 23.05.1978), основанный на пропускании радиочастотных импульсов в диапазоне от 30 до 400 МГц через один из двух параллельных кабелей, проложенных по периметру охраняемой зоны, и регистрации сигнала, поступающего из второго кабеля. При изменениях амплитуды или фазы принимаемых сигналов, вызванных отражением или поглощением электромагнитного излучения объектом, пересекающим охраняемый контур, измененные принятые сигналы обрабатываются процессором для отделения тревожных сигналов от ложных.

Недостатком известного способа является невозможность обеспечить скрытность оборудования, используемого для его реализации, а также неприменимость его для обнаружения проникновения в пределы охраняемого объекта под поверхностью земли, например, путем подкопа.

Известна система обнаружения проникновения через контур запрещенной зоны (см. патент US №3806908, МПК G 08 B 13/00, опубликован 23.08.1974), включающая размещенный под поверхностью земли по контуру запрещенной зоны кабель, с котором электрически соединены пьезоэлектрические датчики с преобразователями сигнала, подключенные через кабель к процессору, выход которого соединен с входом системы тревожной сигнализации.

Известная система позволяет установить место проникновения через охраняемый периметр территории объекта, однако имеет высокую стоимость из-за необходимости применения множества датчиков с преобразователями сигнала. Кроме того, система не позволяет отличить случай пересечения периметра человеком от пересечения другим объектом, например животным, и не обнаруживает проникновения в пределы охраняемого объекта под поверхностью земли, например, путем подкопа.

Известен способ обнаружения проникновения человека через контур запрещенной зоны, (см. патент РФ №2209467, МПК G 08 B 13/16, опубликован 27.03.2003), заключающийся в том, что сигнал от приближающегося к контуру человека фиксируют приемниками сейсмических сигналов и передают в аппаратуру поста наблюдения, в котором сигнал сначала фильтруют в широком диапазоне частот 5-100 Гц, а потом фильтруют в предварительно найденном по результатам калибровки районе на достижение максимального значения отношения сигнал/помеха в поддиапазоне этого широкого диапазона. Затем выделяют максимальные значения амплитуд принятых колебаний с длительностью периода 1·10 ^-2-3·10^-2 с, определенных в результате сравнения сигнала, возникающего в каждые последующие промежутки времени длительностью 6·10^-2-7·10^-2 с, со средним значением сигнала, найденным за каждые 5 с, с условием, что каждые последующие промежутки усреднения начинают до окончания предыдущего. В случае совпадения с точностью не менее 90% частоты повторения выделенных максимальных значений амплитуд с частотой повторения характерных для шагов человека сигналов - 60-120 шагов/мин, а также наличия нарастания интенсивности сигнала с последующим ее убыванием, принимают решение об обнаружении нарушителя.

Известный способ обнаружения проникновения человека через контур запрещенной зоны позволяет отличить факт пересечения периметра человеком от пересечения его каким-либо другим объектом, но требует применения большого количества дорогостоящих сейсмических датчиков и не обеспечивает обнаружение проникновения в пределы охраняемого объекта под поверхностью земли, например, путем подкопа.

Известно устройство обнаружения проникновения через контур запрещенной зоны, содержащее расположенные по контуру сейсмические приемники, включающие в себя сейсмические датчики в виде геофонов с преимущественной чувствительностью к вертикальной составляющей сейсмического поля, предварительные дифференциальные и парафазные усилители, соединенные протяженным кабелем с аппаратурой поста наблюдения, содержащей приемные модули информации со вторыми дифференциальными усилителями, систему цифровой обработки и блок питания постоянного электрического тока, отличающееся тем, что резисторы нагрузки, подключенные в цепи питания парафазных усилителей, вынесены в аппаратуру поста наблюдения, соединение которой с каждым сейсмическим приемником осуществлено единственной парой жил упомянутого кабеля, между выходами вторых дифференциальных усилителей и системой цифровой обработки включены частотные фильтры с полосой пропускания 5-100 Гц, параллельно резисторам нагрузки парафазных усилителей подключены компараторы, выходы которых являются входами генераторов.

Известное устройство обнаружения проникновения через контур запрещенной зоны позволяет выявить сигнал, возникающий при пересечении периметра человеком, от сигналов шума, но требует применения большого количества дорогостоящих сейсмических датчиков и не обеспечивает обнаружение проникновения в пределы охраняемого объекта под поверхностью земли, например, путем подкопа.

Известен способ обнаружения проникновения через контур запрещенной зоны, совпадающий с заявляемым решением по наибольшему числу существенных признаков и принятый в качестве прототипа (см. патент ЕР 0082729, МПК G 08 B 13/16, опубликован 29.06.1983), в соответствии с которым регистрируют сигналы оптических сейсмических датчиков, размещенных в грунте по охраняемому периметру, вызванные колебаниями грунта при пересечении периметра каким-либо движущимся по поверхности земли объектом, сравнивают их с эталонными значениями и при отклонении зарегистрированных сигналов от эталонных принимают решение об обнаружении нарушителя.

Основным недостатком известного способа защиты периметра является невозможность обнаружения проникновения в пределы охраняемого объекта под поверхностью земли.

Известно устройство для обнаружения проникновения какого-либо объекта через контур запрещенной зоны, совпадающее с заявляемым решением по наибольшему числу существенных признаков и принятое в качестве прототипа (см. патент US №6664894, МПК G 08 B 13/00, опубликован 16.12.2003), включающее множество параллельно соединенных групп датчиков (сейсмических, акустических или комбинированных: акустосейсмических), размещенных по периметру охраняемой территории, множество индивидуальных процессоров и центральный процессор. Каждый из индивидуальных процессоров соединен по меньшей мере с одной группой датчиков, а все индивидуальные процессоры параллельно подключены к центральному процессору.

Известное устройство позволяет установить место проникновения через охраняемый периметр территории и направление движения по поверхности грунта объекта, однако устройство не обеспечивает обнаружение проникновения в пределы охраняемого объекта под поверхностью земли, например, путем подкопа. Кроме того, необходимость применения в известном устройстве множества индивидуальных процессоров и сложных датчиков приводит к высокой его стоимости.

Задачей заявляемого технического решения являлась разработка такого способа обнаружения проникновения через контур запрещенной зоны и реализующего этот способ устройства, которые бы обеспечили возможность обнаружения несанкционированного проникновения через контур запрещенной зоны под поверхностью земли и имели низкую стоимость.

Поставленная задача решается группой изобретений, объединенных единым изобретательским замыслом.

В части способа поставленная задача решается тем, что в способе обнаружения проникновения через контур запрещенной зоны, включающем регистрацию сигналов, определяющих значения физического параметра грунта, принимаемых от датчиков, размещенных в грунте по упомянутому контуру, сравнение их с эталонными значениями и принятие решения об обнаружении проникновения через упомянутый контур при отклонении определяемых значений физического параметра грунта от эталонных, в качестве датчиков используют гальванически заземленные электропроводящие тела-электроды, а в качестве физического параметра грунта определяют кажущееся удельное электрическое сопротивление грунта R_k в различных точках по вертикали вдоль контура, сравнивают полученный вертикальный разрез значений кажущихся удельных сопротивлений грунта R_k по контуру с предварительно определенным и запомненным эталонным вертикальным разрезом, периодически повторяют операции получения вертикального разреза значений кажущихся удельных сопротивлений грунта R _k по контуру и сравнения его с эталонным вертикальным разрезом, и при отклонении значения кажущегося удельного сопротивления R_k в не менее чем одной точке вертикального разреза от соответствующего значения эталонного вертикального разреза определяют место проникновения через контур запрещенной зоны.

Кажущееся удельное электрическое сопротивление R_k - это термин, принятый в геофизической практике при измерении сопротивления пород в естественном залегании (см. М.С.Жданов. - "Электроразведка". - М.: Недра, 1986, стр.101-104).

Истинное удельное электрическое сопротивление грунта в естественном залегании можно определить лишь при измерениях в однородной изотропной среде. Поскольку реальный разрез земли далеко не однороден, на практике получают не истинное удельное сопротивление какого-либо слоя земли, а некоторую фиктивную, кажущуюся величину, обозначаемую R_k и называемую кажущимся удельным электрическим сопротивлением. Это полное сопротивление, что также определяет его зависимость от частоты применяемого при измерениях тока.

Электропроводящие тела-электроды, применяющиеся для создания в земле электрического тока и измерения напряжения, могут иметь любую геометрическую форму (стержневые, дисковые, пластинчатые, линейные и т.д.), обеспечивающую хороший электрический контакт с грунтом (см. Заборовский А.И. - "Электроразведка". - М.: ГНТ Издательство нефтяной и горно-топливной литературы. - 1963, стр.36-44).

Определение кажущегося удельного электрического сопротивления грунта R_k в различных точках по вертикали вдоль упомянутого контура можно осуществлять, например, путем пропускания тока I через пару электропроводящих тел-электродов контура, измерения создаваемой этим током разности потенциалов U между парой других электропроводящих тел-электродов, в точке разреза, лежащей на пересечении линий, проведенных под углом 20-60° из средних точек отрезков между электропроводящими телами-электродами упомянутых пар или проведенных из средней точки отрезка между электропроводящими телами-электродами второй пары и ближайшего к ней электропроводящего тела-электрода первой пары, определяют величину R_k из выражения:

R _k=К_г·U/I, Ом·м; где

К _г=2/(1/L _2,3-1/L_2,4+1/L_1,4-1/L_1,3 ) - коэффициент, м; где:

L_1,4, L_1,3 - расстояние между первым по ходу контура датчиков первой пары и соответственно дальним и ближним от него датчиками второй пары, м;

L_2,3, L_2,4 - расстояние между вторым по ходу контура датчиком первой пары и соответственно ближним и дальним от него датчиками второй пары, м;

и повторения указанных выше операций для других пар датчиков, размещенных в грунте по упомянутому контуру, до получения разреза заданной глубины.

Пропускать ток I можно через пару соседних упомянутых электропроводящих тел-электродов.

Пропускать ток I можно через пару электропроводящих тел-электродов, один из которых удален от другой пары электропроводящих тел-электродов, между которыми измеряют разность потенциалов U, на расстояние, при котором создаваемое им электрическое поле пренебрежимо мало по сравнению с электрическим полем, создаваемым другим электропроводящим телом-электродом этой пары.

Один из упомянутых электропроводящих тел-электродов пары, между которыми измеряют разность потенциалов U, может быть удален от другого электрода этой пары на расстояние, при котором электрическое поле, создаваемое питающими электродами, через которые пропускают ток, пренебрежимо мало по сравнению с электрическим полем, измеряемым другим электропроводящим телом-электродом этой пары.

Определение кажущегося удельного электрического сопротивления грунта R_k в различных точках по вертикали вдоль упомянутого контура не ограничивается указанным выше способом, но может быть осуществлено с использованием и других применяемых в электроразведке известных методов и установок, например с использованием четырехточечной симметричной схемы, трехточечной, двухточечной (потенциальной) и других (см. Жданов М.С.. - "Электроразведка". - М.: Недра, 1986, стр.96-108).

Электроды, через которые электрический ток пропускают в землю, в дальнейшем будем называть питающими, а электроды, с помощью которых производится измерение напряжения, возбуждаемого проходящим через землю током, будем называть приемными. При работах по исследованию удельного сопротивления R_k горных пород питающие электроды могут использоваться и в качестве приемных.

Через питающие электроды можно пропускать как постоянный ток I, так и переменный или импульсный ток частотой практически до нескольких тысяч Гц. При увеличении частоты увеличивается скорость сканирования периметра охраняемой территории, но эффективность обнаружения подкопа может снижаться из-за комплексного характера сопротивления грунта и уменьшения глубины проникновения тока.

На практике, при сопротивлении грунта в диапазоне 10-300 Ом·м для уменьшения индуктивной составляющей сигнала и для снижения наводок от промышленной сети желательно использовать ток I с частотой, кратной четным гармоникам промышленной сети, в диапазоне от 100 (при частоте промышленной сети 50 Гц) до 600-800 Гц.

В части устройства поставленная задача решается тем, что устройство для обнаружения проникновения через контур запрещенной зоны, включающее множество параллельно соединенных датчиков, размещенных по контуру запрещенной зоны, и процессор, снабженный блоком памяти, дополнительно содержит генератор электрического тока, измеритель электрического тока, измеритель электрического напряжения, первый коммутатор и второй коммутатор, а упомянутые датчики выполнены в виде заглубленных в грунт электропроводящих тел-электродов, при этом первый выход процессора подключен к входу упомянутого генератора, первый выход упомянутого генератора соединен с входом упомянутого измерителя тока, первый выход которого подключен к первому входу процессора, а второй выход соединен с первым входом первого коммутатора, второй вход которого подключен к второму выходу упомянутого генератора, а третий вход первого коммутатора соединен с вторым выходом процессора, подключенным также к первому входу второго коммутатора, выходы первого коммутатора подключены к упомянутым датчикам, которые соединены также со вторым и последующими входами второго коммутатора, первый и второй выходы которого подключены соответственно к первому и второму входам упомянутого измерителя напряжения, третий вход которого соединен с третьим выходом процессора, а выход упомянутого измерителя напряжения подключен к второму входу процессора, третий вход/выход которого соединен с входом/выходом блока памяти.

В качестве электропроводящих тел-электродов могут быть использованы металлические стержни или пластины.

В устройстве можно использовать как генератор постоянного электрического тока и измерители постоянного электрического тока и напряжения, так и генератор переменного или импульсного электрического тока и соответственно измерители переменного или импульсного электрического тока и напряжения.

В качестве процессора с блоком памяти может быть использован компьютер с дисплеем, например персональный компьютер.

Для уверенного выявления факта несанкционированного проникновения через контур запрещенной зоны расстояние между соседними датчиками желательно устанавливать в интервале от 2 м до 5 м.

Если электроды расположены через 5 м, при пропускании тока I через каждую пару питающих электродов производят измерения в 5 парах приемных электродов, а время каждого измерения составляет 2 сек, то при использовании 5-канальной аппаратуры на контроль 1000 м периметра охраняемой территории потребуется около 7 минут. Если скорость проходки подкопа принять 2 м в час, то при радиусе обнаружения 5 м время обхода охраняемого контура должно быть не более 2.5 часов, то есть 22 км по контуру при использовании одной аппаратуры контроля. При увеличении контура охраняемой территории необходимо применять несколько параллельно работающих комплектов аппаратуры с последовательной передачей данных в единый вычислительный комплекс. Для передачи данных измерений достаточно использовать последовательный интерфейс, то есть двухпроводную линию.

Для определения направления несанкционированного проникновения через контур запрещенной зоны датчики можно устанавливать по контуру в два ряда.

Заявляемый способ обнаружения проникновения через контур запрещенной зоны основан на широко используемом в геофизических методах поисков и разведки месторождений полезных ископаемых приеме измерения кажущегося удельного электрического сопротивления горных пород в естественном залегании.

Удельное электрическое сопротивление рыхлых горных пород, в которых может без значительного шума проводиться подкоп, находится обычно в пределах 10-500 Ом·м, в то время как удельное электрическое сопротивление самого подкопа, то есть полости с воздухом, бесконечно велико. Погрешность определения кажущегося удельного электрического сопротивления при стационарно установленных датчиках электропроводящих телах-электродах составляет доли процента. Сезонные и погодные (сушь, дождь, снег) условия оказывают влияние лишь на сопротивление верхних частей вертикального разреза (до 1-2 метров), и происходит это одновременно по всему контуру контролируемого участка, что легко отличается от локального изменения кажущегося удельного электрического сопротивления при приближении подкопа к контуру охраняемой зоны. Большое отличие кажущегося удельного электрического сопротивления вмещающего грунта и зоны подкопа позволяет обнаружить подкоп при мониторинге по изменению кажущегося удельного электрического сопротивления на расстоянии нескольких диаметров самого подкопа. Постановка двух рядов датчиков по контуру запрещенной зоны дает возможность определить направление, откуда и куда ведется подкоп, а также скорость его продвижения.

Заявители не обнаружили в патентных и других источниках научно-технической информации способов обнаружения проникновения через контур запрещенной зоны и реализующих их устройств, совпадающих с заявляемым техническим решением по совокупности существенных признаков, что, по мнению заявителей, свидетельствует о его новизне.

Отличительные признаки заявляемого технического решения обеспечивают надежное обнаружение несанкционированного проникновения через контур запрещенной зоны под поверхностью земли (например, путем подкопа), что позволяет считать заявленное решение удовлетворяющим критерию "изобретательский уровень".

Заявленная группа изобретений поясняется чертежами, где

на фиг.1 схематически показано расположение заявленного устройства на местности при однорядном размещении датчиков по контуру запрещенной зоны;

на фиг.2 схематически показано расположение заявленного устройства на местности при двухрядном размещении датчиков по контуру запрещенной зоны;

на фиг.3 приведена блок-схема устройства обнаружения проникновения через контур запрещенной зоны;

на фиг.4 приведена упрощенная блок-схема, иллюстрирующая один из вариантов операции определения кажущегося удельного электрического сопротивления R_k ;

на фиг.5 показан фрагмент расположения вертикального разреза значений R_k по контуру запрещенной зоны (X _1.1, X_1.2, X_1.3, X_1.4 , X_1.5,... X_2.1, X_2.2, Х _2.3,... и т.д. - значения R_k в точках разреза);

на фиг.6 приведен фрагмент одного из вариантов таблицы значений R_k по контуру запрещенной зоны.

Устройство для обнаружения проникновения через контур запрещенной зоны (см. фиг.1 и фиг.3) включает множество датчиков 1 в виде электропроводящих тел-электродов, имеющих гальванический контакт с землей и размещенных по контуру 2 запрещенной зоны 3, процессор (П) 4, снабженный блоком памяти (БП) 5, установленный, например, в помещении охраны 6 генератор электрического тока (ГТ) 7, измеритель электрического тока (ИТ) 8, измеритель электрического напряжения (ИН) 9, первый коммутатор (K₁) 10 и второй коммутатор (K₂ ) 11. Датчики 1 выполняются в виде заглубленных в грунт 12 электропроводящих тел, например металлических стержней. Первый выход процессора 4 подключен к входу генератора 7, первый выход генератора 7 соединен с входом измерителя тока 8, первый выход которого подключен к первому входу процессора 4, а второй выход измерителя тока 8 соединен с первым входом первого коммутатора 10, второй вход которого подключен к второму выходу генератора 7, а третий вход первого коммутатора 10 соединен с вторым выходом процессора 4, подключенным также к первому входу второго коммутатора 11. Выходы первого коммутатора 10 подключены многожильным кабелем 13 (или несколькими параллельными многожильными кабелями 13 в случае значительной длины контура запрещенной зоны (см. фиг.2)) к датчикам 1 (каждый датчик 1 соединен жилой кабеля 13 с одним из выходов коммутатора 10). Датчики 1 соединены подобным образом также со вторым и последующими входами второго коммутатора 11. Первый и второй выходы второго коммутатора 11 подключены соответственно к первому и второму входам измерителя напряжения 9, третий вход измерителя напряжения 9 соединен с третьим выходом процессора 4, а выход измерителя напряжения 9 подключен к второму входу процессора 4, третий вход/выход которого соединен с входом/выходом блока памяти 5.

В качестве генератора электрического тока 7 может быть использован генератор постоянного или переменного или импульсного тока, измеритель напряжения 9 должен быть согласован по частоте с генератором 7.

Датчики 1 обычно располагаются друг от друга на расстоянии от 2 до 5 м, чтобы надежно зафиксировать факт проникновения через контур 2. Для определения направления и скорости подкопа датчики 1 могут располагаться в два ряда (см. фиг.2) с расстоянием между рядами от 5 до 20 м.

Площадь поверхности датчиков 1, контактирующей с грунтом 12, выбирается из условия: не менее 1 см² поверхности на 1 мА пропускаемого через датчик 1 тока.

Прежде чем перейти к описанию способа обнаружения проникновения через контур запрещенной зоны, рассмотрим один из возможных вариантов измерения кажущегося удельного электрического сопротивления R_k на примере дипольной установки для измерения кажущегося удельного электрического сопротивления грунта, упрощенная схема которой представлена на фиг.4.

Генератор 7 нагружен на гальванически заземленные питающие электроды 1, находящиеся на расстоянии АВ друг от друга, через последовательно подключенный измеритель тока 8. Измеритель напряжения 9, подключенный к гальванически заземленным приемным электродам 1, находящимся на расстоянии MN друг от друга, измеряет разность потенциалов, создаваемую в земле током, протекающим от генератора 7 через питающие электроды 1. Величина измеряемого напряжения U зависит от сопротивления вмещающих горных пород, от тока I генератора 7 и от геометрии установки, то есть от расстояния между питающими "А,В" и приемными "М,N" электродами 1.

Геометрический коэффициент установки К_г определяют по формуле:

L_2,3, L_2,4 - расстояние между вторым датчиком первой пары (А) и соответственно ближним (М) и дальним (N) от него датчиком второй пары, м;

L_1,4, L _1,3 - расстояние между первым датчиком первой пары (В) и соответственно дальним (N) и ближним (М) от него датчиком второй пары, м;

Кажущееся удельное электрическое сопротивление R_k подсчитывают по формуле:

Глубина, к которой относят это сопротивление, зависит от расстояний АВ и MN. В данном случае подсчитанное сопротивление принято относить к точке пересечения линий, проведенных под углом 45 градусов к поверхности земли из точек, находящихся на половине расстояний АВ и MN (см. фиг.5). В общем случае этот угол может быть выбран в пределах от 20° до 60°. Таким образом, увеличивая расстояние между питающими (АВ) и приемными (MN) электродами 1, можно получать сведения о сопротивлении все более глубоких горизонтов земли, то есть строить вертикальный разрез кажущихся сопротивлений. Детальность построения разреза определяется шагом изменения расстояния между центрами пар датчиков 1 (АВ и MN).

Последовательность подключения соответствующих пар датчиков 1 к генератору 7 и измерителю напряжения 9 может быть любой, лишь бы в итоге были получены все необходимые точки разреза.

Способ обнаружения проникновения через контур запрещенной зоны осуществляют следующим образом.

Необходимое число датчиков 1, выполненных, например, в виде металлических стержней или пластин, размещают в грунте по контуру 2 запрещенной зоны 3 и одним или несколькими кабелями 13 параллельно присоединяют их к соответствующим выходам первого коммутатора 10 и входам второго коммутатора 11. Первоначально получают эталонный вертикальный разрез значений R_k по контуру 2. Для этого определяют кажущееся удельное электрическое сопротивление грунта R_k в различных точках по вертикали вдоль контура 2. В случае использования для получения эталонного вертикального разреза дипольного метода, описанного выше, подсчитывают коэффициент К_г по формуле (2), пропускают ток I от генератора 7 через измеритель тока 8 и коммутатор 10 через пару соседних датчиков 1 (например, №1 и №2 - см. фиг.5) и измеряют измерителем напряжения 9 создаваемую этим током разность потенциалов U между парой других соседних датчиков 1 (например, №3 и №4). В процессоре 4 определяют величину R_k (X_1.1) в точке разреза, лежащую на пересечении линий, проведенных под углом от 20° до 60° из средних точек отрезков между датчиками упомянутых пар, из выражения (2). В случае, когда один из датчиков 1 питающей пары отнесен на расстояние, при котором создаваемое им электрическое поле пренебрежимо мало по сравнению с электрическим полем, создаваемым другим датчиком 1 этой пары, упомянутую выше линию проводят через датчик 1, ближайший к паре приемных датчиков 1. Подключая затем коммутаторы 10 и 11 ко всем соответствующим парам датчиков 1 по контуру 2, получают эталонный вертикальный разрез численных величин R_k (X_1.1, X _1.2, X_1.3...X_p.h, число этих значений зависит от задаваемой глубины разреза и числа датчиков 1) вдоль всего контура 2. Полученную таблицу (см. фиг.6) запоминают в блоке памяти 5 в качестве эталона. Затем периодически повторяют указанные выше операции получения вертикального разреза значений R_k по контуру 2 и сравнивают каждый раз полученный вертикальный разрез значений R_k с запомненным в блоке памяти 5 эталонным вертикальным разрезом. При обнаружении отклонения значения кажущегося удельного электрического сопротивления R _k в одной или нескольких точках вертикального разреза от соответствующего значения эталонного вертикального разреза фиксируют факт несанкционированного проникновения через контур 2, определяют место проникновения и принимают соответствующие меры.

Для определения значений R_k в точках вертикального разреза можно использовать, как указывалось выше, как постоянный ток I, так и ток частотой до 10000 Гц, преимущественно до 800 Гц.

Для того чтобы своевременно зафиксировать факт несанкционированного проникновения через контур 2, операции получения вертикального разреза значений кажущихся удельных электрических сопротивлений грунта R_k по контуру целесообразно повторять через каждые 0,5-2,5 часа, преимущественно через 0,5-1,0 час.

Если по каким-либо причинам (погодные условия: дождь, сушь, мороз или санкционированные наземные - подземные работы, нарушающие целостность охраняемого периметра) наблюдаются изменения вдоль контура 2 в вертикальном геоэлектрическом разрезе, находящемся в памяти вычислительного комплекса, то после выяснения причины этих изменений (если они законны) вновь определяют эталонный вертикальный разрез значений кажущихся удельных электрических сопротивлений R_k грунта по контуру 2 и запоминают его в блоке памяти 5 взамен предыдущего эталонного значения.

Глубина контролируемого геоэлектрического разреза (а следовательно, и количество измеряемых приемных пар датчиков от одной пары питающих датчиков) устанавливается в каждом конкретном случае из соображений о реальности проходки подземной выработки: глубина залегания прочных коренных пород, возможность проходки подкопа в коренных породах, уровень грунтовых вод (ниже которого проходка подкопа сильно осложняется) и др.

Для удобства контроля определяемые вертикальные разрезы значений R_k могут быть дополнены изолиниями равных значений R_k с цветовой раскраской. Для повышения точности и наглядности результатов при визуальном контроле на дисплее строится разностный вертикальный разрез R _k как разность между текущими измерениями и эталонным разрезом.

Порядок измерения значений R_k по точкам разреза может быть любым, важно лишь, чтобы было измерено, вычислено и записано в соответствующих ячейках блока памяти 5 сопротивление грунта при всех комбинациях питающих и приемных датчиков 1 в соответствии с требуемой глубинностью зондирования.

Длительность измерения R_k при одном положении датчиков 1 (в одной точке разреза) составляет 1-2 секунды. Время обследования всего периметра охраняемой территории определяется длиной этого периметра и требуемой детальностью, то есть количеством точек на разрезе.

Пример. Был изготовлен опытный образец устройства для обнаружения проникновения через контур запрещенной зоны. В качестве электропроводящих тел-электродов были использованы металлические стержни длиной 1 м и диаметром 20 мм, имеющие гальванический контакт с землей (глубина забивки в землю 0,7 м) и размещенные по контуру запрещенной зоны с шагом 5 м. Длина контура - 1000 м, количество электродов - 202. В качестве процессора с блоком памяти использовался персональный компьютер с соответствующим программным обеспечением. В качестве генератора электрического тока был применен переносный генератор аппаратуры АНЧ-3, ток в питающую линию подавался стабилизированный - 100 мА, а в качестве измерителя электрического напряжения использовался избирательный микровольтметр той же аппаратуры АНЧ-3. Результаты измерений оперативно вносились в персональный компьютер с соответствующим программным обеспечением. Предварительно описанным выше способом был определен эталонный вертикальный разрез значений R_k по охраняемому контуру. Операции получения текущего вертикального разреза значений кажущихся удельных сопротивлений грунта R _k по контуру повторяли через каждые 2,5 часа и сравнивали с эталонным разрезом. Эта величина определялась из следующих соображений. Для обнаружения роющегося туннеля диаметром 1 м на глубине до 10 м при расположении стержней на расстоянии друг от друга в 5 м подавали ток I через одну пару стержней и измеряли создаваемые этим током разности потенциалов U между 5 следующими парами других стержней по ходу контура. Время каждого измерения U составляло 1 с, на контроль 1000 м контура охраняемой территории потребовалось около 17 минут. Скорость проходки туннеля составляла 2 метра в час, при радиусе обнаружения 5 м время обхода охраняемого контура должно быть не более 2,5 часов. При использовании одного комплекта одноканальной аппаратуры контроля длина контура может составлять 9 км.

Удельное электрическое сопротивление грунта составляло 300 Ом·м, туннель был уверенно обнаружен на расстоянии 10 м, максимальное отклонение R_k от эталонного разреза составило в трех точках около 2% при точности проведенных измерений порядка 0.1%.