устройство обнаружения вторжения в охраняемое пространство

Формула изобретения

Устройство для обнаружения вторжения в охраняемое пространство, содержащее последовательно соединенные чувствительный к электромагнитному полю (ЭМП) элемент, цифровой фильтр нижних частот, блок цифровой обработки и управления и каскад формирования сигнала тревоги, отличающееся тем, что чувствительный к ЭМП элемент выполнен в виде операционного усилителя, охваченного частотно-зависимой отрицательной обратной связью с неинвертирующим входом, заземленным через резистор более 10⁹ Ом, при этом выход блока цифровой обработки и управления соединен с цепью управления цифрового фильтра.

Описание изобретения к патенту

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к технике формирования тревожных сигналов в пассивных системах обнаружения вторжения и может быть использовано в системах автоматики, специальной и бытовой технике.

Уровень техники

Известен датчик обнаружения вторжения, состоящий из чувствительного элемента (антенны), блока обработки сигналов и принятия решения (Гюрза 027). Недостатками известного устройства являются большие габариты чувствительного элемента и сложность практического применения. Первое обстоятельство объясняется тем, что в качестве антенны должны быть использованы протяженные провода, листы или ленты проводящего материала. Второе обстоятельство связано с тем, что при монтаже устройства на месте использования необходимо учитывать ряд сложно выполнимых требований.

Известное устройство, выбранное в качестве прототипа, содержит чувствительный к ЭМП элемент, усилитель, ФНЧ, компаратор и выходной каскад для формирования сигнала тревоги. (Патент РФ №2099789, G08B 13/00, 13/18, 13/22).

Недостатками известного устройства являются его низкие чувствительность и помехозащищенность. Первое обстоятельство объясняется тем, что в известном устройстве чувствительный к ЭМП элемент, представляющий собой операционный усилитель, охваченный глубокой отрицательной обратной связью с открытым инвертирующим и заземленным неинвертирующим входами, подвержен динамическому забитию на частоте промышленной сети 50 Гц. Второе обстоятельство вызвано тем, что фильтрация полезных сигналов осуществляется низкодобротным аналоговым фильтром низкой частоты, при этом помехи на частотах за пределами полосы пропускания фильтра воспринимаются как полезный сигнал.

В основу настоящего изобретения положена задача создания более помехозащищенного и более чувствительного к ЭМП устройства обнаружения вторжения.

Сущность изобретения

Поставленная задача решается тем, что в устройстве для обнаружения вторжения в охраняемое пространство, содержащем чувствительный к ЭМП элемент, фильтр и выходной каскад для формирования сигнала тревоги, согласно изобретению использован чувствительный к ЭМП элемент, представляющий собой операционный усилитель, охваченный частотно-зависимой отрицательной обратной связью по инвертирующему входу с заземленным через сопротивление неинвертирующим входом, при входном сопротивлении более 10 ⁹ Ом, и, кроме того, устройство снабжено последовательно соединенным с выходом чувствительного к ЭМП элемента цифровым фильтром нижних частот, выход которого подключен к блоку цифровой обработки сигналов и принятия решения о вторжении, один из выходов которого соединен с входом каскада формирования сигнала тревоги, а другой - с цепью управления цифровым фильтром.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 - схема электрическая принципиальная чувствительного к ЭМП элемента;

фиг.2 - эпюры помехи (сигнала на промышленной частоте 50 Гц) на выходе входного каскада по заявляемому решению и прототипу;

фиг.3 - амплитудно-частотные характеристики чувствительного к ЭМП элемента по заявленному решению и прототипу;

фиг.4 - схема структурная устройства обнаружения вторжения в охраняемое пространство.

Подробное описание изобретения

Устройство согласно настоящему изобретению содержит: чувствительный к ЭМП элемент 1, состоящий из операционного усилителя 2, резисторов 3, 4, 5 и конденсатора 6, цифрового фильтра 7, блока цифровой обработки и управления 8 и каскада формирования сигнала тревоги 9 (фиг.1).

Выход чувствительного каскада соединен с входом цифрового фильтра низких частот и с одним из выводов резистора 5 и конденсатора 6, другие выводы которых соединены с инвертирующим входом операционного усилителя 2 и одним из выводов резистора 2, второй вывод которого заземлен. Неинвертирующий вход операционного усилителя 1 соединен с одним из выводов резистора 4, другой вывод которого заземлен. Выход операционного усилителя 2 соединен с одним из входов цифрового фильтра низких частот 7, выход которого соединен со входом цифрового блока обработки и управления 8, один из входов которого соединен со входом каскада формирования сигнала тревоги 9, а другой - со вторым входом цифрового ФНЧ 7.

Устройство работает следующим образом.

Входной каскад, чувствительный к ЭМП, представляет собой операционный усилитель 2, охваченный глубокой частотно-зависимой отрицательной обратной связью и открытым неинвертирующим входом, входное сопротивление по которому порядка 10⁹ Ом. При этом выводы неинвертирующего входа операционного усилителя и один из выводов резистора 4 работают как антенна.

Известно, что когда электромагнитное поле воздействует на элементы схемы с полным высоким входным сопротивлением, то проявляется так называемый «антенный эффект», суть которого заключается в том, что проводники, соединенные с точкой высокого сопротивления, работают как антенны и в них индуцируется напряжение. (Дж. Барнс «Электронное конструирование: методы борьбы с помехами» - М., Мир 1990 г., стр.52, 226). Напряжение U, индуцируемое на инвертирующий вход операционного усилителя, воспринимается как входной полезный сигнал.

Наряду с полезными сигналами, создаваемыми двигающимся объектом (нарушителем), на неинвертирующем входе индуцируется напряжение, создаваемое ЭМП на частоте промышленной сети. В прототипе это явление приводит к динамическому забитию входного каскада и его насыщению (фиг.2, 3).

Известно, что для неинвертирующего усилителя с частотно-зависимой обратной связью коэффициент передачи K определяется как (П. Хоровиц, «Искусство схемотехники» М., Мир, 1986 г., стр.152, 238)

где, Х_с - характеристическое сопротивление конденсатора С на частоте w.

X _c=1/wc.

В заявляемом техническом решении коэффициент передачи K с ростом частоты на октаву падает (уменьшается) на 6 дБ, что приводит к уменьшению явления забития на промышленной частоте и выводит входной каскад из насыщения. С выхода каскада 1 (фиг.4) сигнал поступает на цифровой фильтр нижних частот пятого порядка 7, с выхода которого после фильтрации и усиления поступает в блок цифровой обработки и управления 8, где сформированный в частотной области сигнал подвергается дальнейшей обработке и выделяются его параметры, необходимые для принятия решения о вторжении или его отсутствии. В случае выделения параметров, характерных для случая вторжения, блок 8 формирует управляющий сигнал, который подается на вход каскада формирования сигнала тревоги 9. Блок 8 осуществляет также управление цифровым фильтром 7.

Устройство обладает лучшими по сравнению с прототипом помехозащищенностью и чувствительностью. Это объясняется двумя причинами. Во-первых, входной каскад работает в нормальном динамическом режиме (без насыщения), во-вторых, применение цифрового фильтра пятого порядка обеспечивает ослабление сигналов вне его полосы пропускания 30 дБ/окт.