RU2066476C1

RU2066476C1 - Alarm device

Info

Publication number: RU2066476C1
Authority: RU
Inventors: В.И. Пигарев; Ю.К. Свирский; В.А. Рудниченко; С.Л. Федяев; В.Н. Строганов
Original assignee: Государственное предприятие Специальное научно-производственное объединение "Элерон"
Priority date: 1987-06-08
Filing date: 1987-06-08
Publication date: 1996-09-10

Abstract

FIELD: alarm devices. SUBSTANCE: method of invention involves detection of fact that intruder which carries magnetic objects or causes soil movement enters into monitored area or room. Two sensitive elements which are designed as cables are located in monitored area. Intruder which carries any ferromagnetic material change magnetic flow caused by Earth magnetic flow as well as by residual magnetic field. This results in induced electromotive force and actuating differential amplifier, which detects signal difference at its inputs. In addition device responses to intruder movements in monitored area because this results in seismic oscillations of soil and start of pressure wave. Device detects specific signal shape generated by human gait. This results in selective sensitivity when animals effect its sensitive elements. Two used bands provide possibility to increase signal-to-noise ratio. EFFECT: increased stability to noise. 2 dwg

Description

Устройство относится к технике охранной сигнализации и может быть использовано для обнаружения проникновения на контролируемую территорию или в помещении нарушителя, несущего с собой магнитные массы и вызывающего колебания грунта. The device relates to a burglar alarm technique and can be used to detect an intruder entering a controlled territory or indoors, carrying magnetic masses and causing ground vibrations.

Известны устройства охранной сигнализации, использующие комбинацию магнитного канала и канала давления (1). Чувствительным элементом в канале давления является шланг с жидкостью, укладываемой вдоль контролируемого периметра. Изменение давления жидкости в шланге преобразуется в электрический сигнал с помощью пьезоэлектрического преобразователя. Чувствительным элементом в магнитном канале является одновитковая петля, образованная металлической оболочкой, запрессованной в шланг. Возможно также использование электропроводящей жидкости в шланге. Недостатками этого устройства являются высокая сложность конструкции и дороговизна специального комбинированного чувствительного элемента. Кроме этого, устройство имеет низкую помехоустойчивость, связанную с отсутствием экранирования магниточувствительной петли, и низкую чувствительность, вызванную низким уровнем сигнала с одновитковой петли. Низкая помехоустойчивость определяется также обработкой сигналов по пороговому методу и сосредоточением обоих чувствительных элементов в одной плоскости, что не позволяет применять временную и другие виды совместной обработки аналоговых сигналов одновременно с обоих видов преобразователей. Known alarm devices using a combination of a magnetic channel and a pressure channel (1). A sensing element in the pressure channel is a hose with a liquid laid along the controlled perimeter. The change in fluid pressure in the hose is converted into an electrical signal using a piezoelectric transducer. The sensing element in the magnetic channel is a single-turn loop formed by a metal sheath pressed into the hose. It is also possible to use electrically conductive fluid in the hose. The disadvantages of this device are the high complexity of the design and the high cost of a special combined sensitive element. In addition, the device has low noise immunity due to the lack of shielding of the magnetically sensitive loop, and low sensitivity caused by the low signal level from the single-turn loop. Low noise immunity is also determined by signal processing by the threshold method and the concentration of both sensitive elements in one plane, which does not allow the use of temporary and other types of joint processing of analog signals simultaneously from both types of converters.

Из известных устройств наиболее близким по технической сущности является устройство охранной сигнализации магнито-трибоэлектрического типа (2), предназначенное для генерации сигнала тревоги при появлении ферромагнитного предмета в охраняемой зоне, при обнаружении давления на грунт или колебания грунта, а также при наличии комбинации обоих факторов. Of the known devices, the closest in technical essence is a magneto-triboelectric type security alarm device (2), designed to generate an alarm when a ferromagnetic object appears in a protected area, when pressure is detected on the ground or ground vibrations, as well as in the presence of a combination of both factors.

Это устройство содержит чувствительный элемент (ЧЭ), выполненный в виде одновитковой петли экранированного кабеля, каналы формирования магнитоэлектрического и трибоэлектрического сигналов и блок совпадения. Канал магнитоэлектрического сигнала содержит входной повышающий трансформатор и последовательно соединенные с ним полосовой фильтр и пороговый элемент. Канал трибоэлектрического сигнала содержит последовательно соединенные усилитель напряжения, полосовой фильтр и пороговый элемент. Начало и конец провода кабеля соединены вместе и подключены ко входу усилителя напряжения трибоэлектрического канала. Экран петли кабеля началом и концом подключен к первичной обмотке входного повышающего трансформатора магнитоэлектрического канала. Выходы пороговых элементов обоих каналов подключены ко входам блока совпадения. Последний выполняет логическую операцию "И" и генерирует сигнал тревоги при появлении сигналов на обоих входах блока совпадения. This device contains a sensitive element (SE), made in the form of a single-turn loop of a shielded cable, channels for the formation of magnetoelectric and triboelectric signals and a matching unit. The magnetoelectric signal channel contains an input step-up transformer and a band-pass filter and a threshold element connected in series with it. The triboelectric signal channel contains a series-connected voltage amplifier, a bandpass filter and a threshold element. The beginning and end of the cable wire are connected together and connected to the input of the triboelectric channel voltage amplifier. The screen of the cable loop, beginning and end, is connected to the primary winding of the input step-up transformer of the magnetoelectric channel. The outputs of the threshold elements of both channels are connected to the inputs of the coincidence block. The latter performs the logical operation "AND" and generates an alarm when signals appear on both inputs of the coincidence block.

Недостатком этого устройства является его низкая помехоустойчивость. Это связано с тем, что обработка сигналов с чувствительного элемента трибоэлектрического, точнее сейсмовибрационного, канала ведется в полосе по пороговому способу. При этом не учитывается ни форма сигналов, ни частота следования сигналов, ни их длительность. Это приводит к частым ложным срабатываниям трибоэлектрического канала при проезде автотранспорта вдоль рубежа, проходе животных вдоль и поперек рубежа. В начале магнитоэлектрического сигнала обработка ведется тоже по простому превышению порога, также не учитывается ни форма, ни длительность сигнала. Кроме этого, принятие решения о выдаче сигнала тревоги производится по простому совпадению во времени магнитного и сейсмовибрационного сигнала без применения временного анализа предыстории этого совпадения и подтверждения наличия магнитоэлектрического сигнала, например, со второй петли, отнесенной от первой на определенное расстояние. В описанном же устройстве имеется большая вероятность срабатываний от мощных электромагнитных помех, вызывающих появление одновременных наводок в обоих каналах устройства. The disadvantage of this device is its low noise immunity. This is due to the fact that the processing of signals from a sensitive element of a triboelectric, or more precisely, seismic-vibrational channel is carried out in a strip by the threshold method. In this case, neither the shape of the signals, nor the frequency of the signals, nor their duration are taken into account. This leads to frequent false positives of the triboelectric channel when passing vehicles along the boundary, the passage of animals along and across the boundary. At the beginning of the magnetoelectric signal, processing is also carried out by simply exceeding the threshold, and neither the shape nor the duration of the signal are taken into account. In addition, the decision to issue an alarm is made by a simple coincidence in time of the magnetic and seismic vibration signals without applying a temporary analysis of the history of this coincidence and confirming the presence of a magnetoelectric signal, for example, from a second loop, a certain distance from the first. In the described device, there is a high probability of triggering from powerful electromagnetic interference, causing the appearance of simultaneous pickups in both channels of the device.

Большим уровням наводок способствует другой недостаток устройства, а именно то, что экран кабеля является электродом, с которого снимается магнитоэлектрический сигнал. Этот электрод сам электрически не экранирован и поэтому подвержен наводкам со стороны внешних электрических полей. Кроме того, экран не имеет соединения с шиной нулевого потенциала. Следовательно, он плохо экранирует провод кабеля, являющийся электродом, с которого снимается трибоэлектрический сейсмовибрационный сигнал. Large levels of interference contributes to another disadvantage of the device, namely the fact that the cable screen is the electrode from which the magnetoelectric signal is removed. This electrode itself is not electrically shielded and is therefore subject to interference from external electric fields. In addition, the screen is not connected to the zero potential bus. Therefore, it poorly shields the cable wire, which is the electrode from which the triboelectric seismic vibration signal is taken.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства, на фиг. 2 показано расположение петель и проводников кабеля чувствительных элементов, где начало петли 1, внутренний проводник кабеля 2, внешний проводник кабеля 3, внешний проводник кабеля 4, чувствительный элемент 5, конец петли 6, чувствительный элемент 7, начало петли 8, конец петли 9, внешний проводник кабеля чувствительного элемента 10, внешний проводник кабеля чувствительного элемента 11, внутренний проводник кабеля чувствительного элемента 12, датчик температуры грунта 13, дифференциальные усилители 14 и 15 заряда, дифференциальные усилители 16, 17 и 18, полосовые фильтры 19-22, выполненные, например, в виде последовательно соединенных фильтров нижних и верхних частот, пороговые элементы 23, 24 и 25, выполненные, например, на базе операционных усилителей, анализатор формы сейсмосигнала 26, блок вычисления скорости движения 27, выполненный на базе микропроцессорного модуля, в арифметическом устройстве которого по длительности и скважности поступающих сейсмосигналов определяется скорость движения нарушителя, пороговые элементы 28 и 29, инвертор 30, аналоговые ключи 31, 32, элемент И 33, аналоговый ключ 34, детектор задержки 35, элемент ИЛИ 36, анализатор 37 формы магнитоэлектрического сигнала, блок совпадений 38, блок 39 задания режима. In FIG. 1 is a block diagram of a device; FIG. 2 shows the location of the loops and cable conductors of the sensing elements, where the beginning of loop 1, the inner conductor of cable 2, the outer conductor of cable 3, the outer conductor of cable 4, the sensing element 5, the end of loop 6, the sensing element 7, the beginning of loop 8, the end of loop 9, the outer conductor of the cable of the sensing element 10, the outer conductor of the cable of the sensing element 11, the inner conductor of the cable of the sensing element 12, the soil temperature sensor 13, differential amplifiers 14 and 15 charge differential amplifiers 16, 17 and 1 8, band-pass filters 19-22, made, for example, in the form of series-connected low and high-pass filters, threshold elements 23, 24 and 25, made, for example, based on operational amplifiers, a seismic signal analyzer 26, a motion speed calculation unit 27, made on the basis of a microprocessor module, in the arithmetic device of which, according to the duration and duty cycle of the incoming seismic signals, the speed of the intruder is determined, threshold elements 28 and 29, inverter 30, analog keys 31, 32, element I 33, analog key 34, delay 35, an OR gate 36, the analyzer 37 forms the magnetoelectric signal detector, coincidence unit 38, reference unit 39 mode.

Устройство имеет два чувствительных элемента 5 и 7, выполненных в виде кабеля, содержащего N ≥ 2 изолированных внутренних проводников, поверх которых положен первый рабочий слой полимера с работой выхода электронов E₁, на первый рабочий слой положен внешний металлический проводник 3 и 11 соответственно кабелей чувствительных элементов 5 и 7, на который в свою очередь положен второй слой из полимера с работой выхода электронов Е₂, причем обеспечивается выполнение неравенства Е₁≠E₂. Поверх второго рабочего слоя положен внешний проводник 4 и 10 кабеля, соответственно, чувствительных элементов 5 и 7. Элементы 5 и 7 прокладываются по периметру охраняемой территории в траншеях, причем расстояние между траншеями и их конфигурация задаются строго определенно. Внешние проводники 4 и 10 кабелей соединены вместе и подключены к шине нулевого потенциала. Внешний проводник 3 кабеля элемента 5 и один из N внутренних проводников 2 подключены ко входам усилителя 14. Многовитковая петля чувствительного элемента 5 образована последовательным соединением оставшихся N-1 внутренних проводников кабеля. Начало петли 1 и конец петли 6 элемента 5 подключены ко входам дифференциального усилителя 17. Внешний проводник 11 и один из внутренних проводников 12 кабеля 7 подключены к входам дифференциального усилителя заряда 15. Многовитковая петля чувствительного элемента 7 образована аналогично многовитковой петле чувствительного элемента 5, причем начало петли 8 и конец петли 9 подключены к входам дифференциального усилителя 18, выход которого подключен к входу полосового фильтра 22, выход которого соединен со входом порогового элемента 29 и одним из входов аналогового ключа 32, к другому входу которого подключен выход порогового элемента 29, одновременно связанный с одним из входов детектора задержки 35. Выход аналогового ключа 32 подключен к одному из входов анализатора формы магнитоэлектрического сигнала 37, выход которого связан с соответствующим входом блока совпадений 38. Выход дифференциального усилителя 17 через полосовой фильтр 21 подключен одновременно к входу порогового элемента 28 и к соответствующему входу аналогового ключа 31, к другому входу которого подключен выход порогового элемента 28, связанный одновременно с соответствующим входом детектора задержки 35. Выход аналогового ключа 31 связан с соответствующим входом анализатора формы магнитоэлектрического сигнала 37. Выход детектора задержки 35 параллельно подключен к соответствующему входу анализатора формы магнитоэлектрического сигнала 37 и блока совпадений 38, выход которого связан с соответствующим входом блока задания режима 39, выход которого является выходом всего устройства. Выходы дифференциальных усилителей заряда 14 и 15 подключены к соответствующим входам дифференциального усилителя 16, выход которого одновременно связан со входами полосовых фильтров 19 и 20. Выход датчика температуры грунта 13 подключен к соответствующему входу анализатора формы сейсмосигнала 26. Выход полосового фильтра 19 параллельно подключен к входам пороговых элементов 23, 24 и 25. Выход порогового элемента 23 через инвертор логического сигнала 30 подключен к соответствующему входу элемента "И" 33, к другому входу которого подключен выход порогового элемента 24. Выход порогового элемента 25 соединен с соответствующим входом блока вычисления скорости движения 27.The device has two sensing elements 5 and 7, made in the form of a cable containing N ≥ 2 insulated inner conductors, on top of which the first working polymer layer with the electron work function E ₁ is laid, the external metal conductor 3 and 11, respectively, of the sensitive cables are laid on the first working layer elements 5 and 7, on which, in turn, a second layer of polymer is laid with the electron work function E ₂ , and the inequality E ₁ ≠ E _{2 is} satisfied. An external conductor 4 and 10 of the cable, respectively, of the sensitive elements 5 and 7, is laid on top of the second working layer. Elements 5 and 7 are laid along the perimeter of the protected area in the trenches, and the distance between the trenches and their configuration are set strictly defined. The external conductors 4 and 10 of the cables are connected together and connected to a bus of zero potential. The outer conductor 3 of the cable of the element 5 and one of the N inner conductors 2 are connected to the inputs of the amplifier 14. The multi-turn loop of the sensing element 5 is formed by the serial connection of the remaining N-1 internal conductors of the cable. The beginning of loop 1 and the end of loop 6 of element 5 are connected to the inputs of the differential amplifier 17. The outer conductor 11 and one of the inner conductors 12 of cable 7 are connected to the inputs of the differential charge amplifier 15. The multi-turn loop of the sensitive element 7 is formed similarly to the multi-turn loop of the sensitive element 5, and the beginning loop 8 and the end of loop 9 are connected to the inputs of the differential amplifier 18, the output of which is connected to the input of the bandpass filter 22, the output of which is connected to the input of the threshold element 29 and one of the an analog key 32 input, to the other input of which an output of a threshold element 29 is connected, which is simultaneously connected to one of the inputs of the delay detector 35. The analog key 32 output is connected to one of the inputs of the magnetoelectric signal shape analyzer 37, the output of which is connected to the corresponding input of the coincidence unit 38. The output of the differential amplifier 17 through a bandpass filter 21 is connected simultaneously to the input of the threshold element 28 and to the corresponding input of the analog switch 31, to the other input of which the threshold output is connected element 28, connected simultaneously with the corresponding input of the delay detector 35. The output of the analog switch 31 is connected to the corresponding input of the magnetoelectric waveform analyzer 37. The output of the delay detector 35 is connected in parallel to the corresponding input of the magnetoelectric waveform analyzer 37 and the coincidence unit 38, the output of which is associated with the corresponding the input of the mode reference unit 39, the output of which is the output of the entire device. The outputs of the differential charge amplifiers 14 and 15 are connected to the corresponding inputs of the differential amplifier 16, the output of which is simultaneously connected to the inputs of the bandpass filters 19 and 20. The output of the soil temperature sensor 13 is connected to the corresponding input of the seismic waveform analyzer 26. The output of the bandpass filter 19 is connected in parallel to the threshold inputs elements 23, 24 and 25. The output of the threshold element 23 through the inverter of the logical signal 30 is connected to the corresponding input of the element "And" 33, to the other input of which the output of the por Govogo element 24. The output of the threshold element 25 is connected to the corresponding input of the unit for calculating the speed of movement 27.

Устройство работает следующим образом. Нарушитель, имеющий ферромагнитный предмет, проходя последовательно над одним и другим чувствительными элементами 5 и 7, изменяет магнитный поток, образуемый как магнитным полем Земли, так и собственной намагниченностью. В результате электромагнитной индукции в одной и другой магнитных петлях наводится электродвижущая сила (э.д.с. ), которая приложена к одной из петель чувствительного элемента 5 к входам дифференциального усилителя 17, а другой из петель 7 к входам дифференциального усилителя 18. Одновременно перемещение нарушителя вызывает сейсмические колебания грунта и распространение в нем волны давления. Воздействие этих колебаний вызывает местную деформацию кабелей обоих чувствительных элементов 5 и 7 и связанное с ним относительное перемещение в нем всех проводников, изоляции и рабочих слоев. В результате контактной электризации полимеров металлами на внутренних проводниках 2 и 12 и внешних проводниках 3 и 11 кабелей чувствительных элементов 5 и 7, соответственно, наводятся электрические заряды. Эти заряды поступают с внешнего 3 и внутреннего 2 проводников кабеля 495 на входы дифференциального усилителя заряда 14, а с внешнего 11 и внутреннего 12 проводников кабеля 497 на входы дифференциального усилителя заряда 15. The device operates as follows. An intruder having a ferromagnetic object, passing successively over one and the other sensitive elements 5 and 7, changes the magnetic flux formed by both the Earth’s magnetic field and its own magnetization. As a result of electromagnetic induction in one and the other magnetic loops, an electromotive force (emf) is induced, which is applied to one of the loops of the sensing element 5 to the inputs of the differential amplifier 17, and the other of the loops 7 to the inputs of the differential amplifier 18. Simultaneously, the movement the intruder causes seismic vibrations of the soil and the propagation of pressure waves in it. The influence of these vibrations causes local deformation of the cables of both sensitive elements 5 and 7 and the relative movement of all conductors, insulation and working layers in it. As a result of contact electrification of polymers by metals on the inner conductors 2 and 12 and the outer conductors 3 and 11 of the cables of the sensing elements 5 and 7, respectively, electric charges are induced. These charges come from the external 3 and internal 2 conductors of the cable 495 to the inputs of the differential charge amplifier 14, and from the external 11 and internal 12 conductors of the cable 497 to the inputs of the differential charge amplifier 15.

С выходов дифференциальных усилителей заряда 14 и 15 сигналы поступают на входы дифференциального усилителя 16, которым они усиливаются по напряжению. Кроме того, применение дифференциальных усилителей заряда 14 и 15 дифференциального усилителя 16 позволяет скомпенсировать синфазные помехи, возникающие в ЧЭ 5 и 7 при мощных электромагнитных наводках, например при грозе. From the outputs of the differential charge amplifiers 14 and 15, the signals are fed to the inputs of the differential amplifier 16, by which they are amplified by voltage. In addition, the use of differential charge amplifiers 14 and 15 of differential amplifier 16 allows you to compensate for common-mode interference that occurs in SE 5 and 7 with powerful electromagnetic interference, for example during a thunderstorm.

С выхода дифференциального усилителя 16 сигнал поступает одновременно на входы полосовых фильтров 19 и 20, где выделяются активные участки их частотного спектра и подавляются помехи. В полосовом фильтре 19 выделяется низкочастотная часть сигнала, соответствующая распространению волны давления на грунт (ориентировочно Δf≈ 0,1-15 Гц), в полосовом фильтре 20 выделяется сейсмическая составляющая сигнала от воздействия нарушителя на грунт (ориентировочно Δf≈ 20-90 Гц, где Δf полоса пропускания фильтров). From the output of the differential amplifier 16, the signal simultaneously enters the inputs of the bandpass filters 19 and 20, where the active sections of their frequency spectrum are allocated and interference is suppressed. In the band-pass filter 19, the low-frequency part of the signal corresponding to the propagation of the pressure wave on the ground (approximately Δf≈ 0.1-15 Hz) is allocated, in the band-pass filter 20 the seismic component of the signal from the impact of the intruder on the ground (approximately Δf≈ 20-90 Hz, where Δf filter passband).

Необходимость анализа сигналов в двух частотных диапазонах может быть объяснена следующим образом. В мягком, сыром, например, золотистом или песчаном грунте хорошо регистрируются сигналы в области низких частот, вызываемые давлением нарушителя на грунт. В то же время сейсмическая составляющая сигнала при этом очень мала, что затрудняет выделение ее на фоне помех, вызываемых, например, животными, транспортом. The need for signal analysis in two frequency ranges can be explained as follows. In soft, damp, for example, golden or sandy soil, signals at low frequencies are well recorded, caused by the pressure of the intruder on the ground. At the same time, the seismic component of the signal is very small, which makes it difficult to isolate it against the background of interference caused, for example, by animals or vehicles.

В свою очередь при замерзании грунта на достаточно большую глубину резко снижается уровень сигнала в низкочастотной области спектра, но в то же время увеличивается амплитуда сейсмической составляющей сигнала. In turn, when the soil freezes to a sufficiently large depth, the signal level in the low-frequency region of the spectrum sharply decreases, but at the same time, the amplitude of the seismic component of the signal increases.

Таким образом, использование регистрации сигнала в двух полосах частот обеспечивает возможность надежно обнаруживать сигналы от нарушителя при всех типах грунтов, в различных климатических условиях, что позволяет создать при заданной вероятности обнаружения более помехозащищенное устройство. Thus, the use of signal registration in two frequency bands provides the ability to reliably detect signals from the intruder under all types of soils, in different climatic conditions, which allows you to create a more noise-protected device at a given detection probability.

С выхода полосового фильтра 19 низкочастотный сигнал поступает параллельно на входы пороговых элементов 23, 24 и 25, имеющих разные по величине пороги срабатывания. Основным пороговым элементом, соответствующим наличию в чувствительных элементах (5 или 7) сигнала от нарушителя, является пороговый элемент 24. Величина порога порогового элемента 23 устанавливается значительно большей, чем порогового элемента 24 (ориентировочно в 3-5 раз). Наличие сигналов такой величины соответствует воздействию на чувствительный элемент крупных животных, вес которых в 3 и более раз больше веса человека. Возможность такой обработки обеспечивается линейной зависимостью величины низкочастотного сигнала от веса движущегося объекта и равномерностью по ширине зоны чувствительности устройства, что обеспечивается специальной укладкой кабелей чувствительных элементов в грунт (через 0,5-1,0 м друг от друга). При срабатывании порогового элемента 23 его сигнал, инвертированный инвертором логического сигнала 30, запрещает прохождение сигнала через элемент "И" 33, чем осуществляется селектирование крупных животных от человека-нарушителя. From the output of the band-pass filter 19, the low-frequency signal is supplied in parallel to the inputs of the threshold elements 23, 24 and 25, which have different thresholds of operation. The main threshold element corresponding to the presence of a signal from the intruder in the sensitive elements (5 or 7) is threshold element 24. The threshold value of threshold element 23 is set much larger than threshold element 24 (approximately 3-5 times). The presence of signals of this magnitude corresponds to the effect on the sensitive element of large animals, whose weight is 3 or more times the weight of a person. The possibility of such processing is provided by a linear dependence of the value of the low-frequency signal on the weight of a moving object and uniformity across the width of the sensitivity zone of the device, which is ensured by special laying of cables of the sensitive elements in the ground (after 0.5-1.0 m from each other). When the threshold element 23 is triggered, its signal, inverted by the inverter of the logical signal 30, prohibits the signal from passing through the "And" element 33, thereby selecting large animals from an intruder.

При отсутствии срабатывания порогового элемента 23 и срабатываний порогового элемента 24 через элемент "И" 33 на вход аналогового ключа 34 проходит сигнал, длительность которого соответствует времени превышения порога в пороговом элементе 24. In the absence of the triggering of the threshold element 23 and the triggering of the threshold element 24, a signal passes through the "And" 33 element to the input of the analog key 34, the duration of which corresponds to the time the threshold is exceeded in the threshold element 24.

Через аналоговый ключ 34 на вход элемента "ИЛИ" 36 проходят только те сигналы от нарушителя, которые соответствуют по длительности и времени появления наличию разрешающего сигнала с выхода блока вычисления скорости движения 27. При совпадении этих сигналов выходной сигнал с аналогового ключа 34 через элемент "ИЛИ" 36 поступает на соответствующие входы блока задания режима 39 и блока совпадений 38. Through the analog key 34 to the input of the element "OR" 36, only those signals from the intruder pass that correspond to the duration and time of occurrence of the enable signal from the output of the speed calculation unit 27. If these signals coincide, the output signal from the analog key 34 through the element "OR" "36 is supplied to the corresponding inputs of the mode assignment block 39 and the coincidence block 38.

Величина порога срабатывания порогового элемента 25 выбрана, наоборот, в 5-10 раз меньшей, чем у порогового элемента 24. Пороговый элемент 25 служит для отсечки (селектирования) сигналов, возникающих при движении через ЧЭ мелких животных (зайцев, лис и т. д.), перемещающихся прыжками. При таком способе движения в сейсмическом канале устройства появляются сигналы, которые могут идентифицироваться как сигналы от нарушителя, что приведет к ложному срабатыванию устройства. Однако вес такого животного мал, и поэтому при срабатывании порогового элемента 25 с его выхода поступит сигнал запрета на вход блока вычисления скорости движения 27, который в свою очередь блокирует аналоговый ключ 34 и срабатывания устройства в целом не происходит. The threshold value of the threshold element 25 is selected, on the contrary, 5-10 times smaller than that of the threshold element 24. The threshold element 25 is used to cut off (select) signals that arise when small animals (hares, foxes, etc.) move through the SE ) moving in leaps. With this method of movement, signals appear in the seismic channel of the device, which can be identified as signals from the intruder, which will lead to a false response of the device. However, the weight of such an animal is small, and therefore, when the threshold element 25 is triggered, a prohibition signal will be received from its output at the input of the speed calculation unit 27, which in turn blocks the analog key 34 and the device as a whole does not work.

В полосовом фильтре 20 происходит выделение сейсмического составляющей полного сигнала, возникающего в грунте при воздействии нарушителя на чувствительный элемент 5 или 7. Этот сигнал поступает одновременно на вход блока вычисления скорости движения 27 и на вход анализатора формы сейсмосигнала 26. В блоке вычисления скорости движения 27 по длительности, скважности, количеству и амплитуде импульсных сигналов определяется скорость движения нарушителя, преодолевающего зону ЧЭ, а на его выходе генерируется сигнал, определяющий время анализа сигналов в низкочастотной части спектра, для чего он поступает на вход аналогового ключа 34. Одновременно этот сигнал задает ожидаемые время и длительность магнитоэлектрического сигнала, для чего подается на соответствующие входы аналоговых ключей 31 и 32. Информация о скорости движения нарушителя является одним из параметров, применяемых для анализа формы сейсмосигнала, для чего сигнал с выхода блока вычисления скорости движения 27 подается на вход анализатора формы сейсмосигналов 26. Вторым сигналом, задающим программу обработки сейсмосигналов, является сигнал с выхода датчика температуры грунта 13, значение которого изменяется при замерзании, оттаивании грунта, тем самым задавая в анализаторе формы сейсмосигнала 26 ту или иную программу работы. In the band-pass filter 20, the seismic component of the complete signal that occurs in the soil when the intruder acts on the sensitive element 5 or 7 is extracted. This signal is fed simultaneously to the input of the motion velocity calculation unit 27 and to the input of the seismic signal shape analyzer 26. In the motion velocity calculation unit 27, the duration, duty cycle, number and amplitude of pulse signals determines the speed of the intruder, overcoming the SE zone, and at its output a signal is generated that determines the analysis time with signals in the low-frequency part of the spectrum, for which it is fed to the input of the analog key 34. At the same time, this signal sets the expected time and duration of the magnetoelectric signal, for which it is fed to the corresponding inputs of the analog keys 31 and 32. Information about the speed of the intruder is one of the parameters used to analyze the shape of the seismic signal, for which the signal from the output of the motion speed calculation unit 27 is fed to the input of the analyzer of the shape of the seismic signals 26. The second signal specifying the seismic processing program catch, a signal output from the temperature sensor ground 13, the value of which changes during freezing, thawing ground, thereby setting a mold seismic signal analyzer 26 to a program operation.

Анализатор формы сейсмосигнала 26 по одной из заданных программ обрабатывает поступающие сигналы, определяя энергетические спектры самих сигналов и огибающей всей реализации. После этого в нем происходит сравнение с записанными в памяти спектрами, характерными для того или иного способа воздействия (бег, ходьба и т.д.), нарушителя на ЧЭ, а также характерными спектрами помех, в том числе спектрами сигналов от преодоления зоны чувствительного элемента животными. Если спектры анализируемых сигналов соответствуют спектрам сигналов от нарушителя, то на выходе анализатора формы сейсмосигнала 26 появляется выходной импульс, который через элемент "ИЛИ" 36 поступает на один из входов блока задания режима 39 и блока совпадений 38. The analyzer of the shape of the seismic signal 26 according to one of the specified programs processes the incoming signals, determining the energy spectra of the signals themselves and the envelope of the entire implementation. After that, it compares with the spectra recorded in memory that are characteristic of a particular method of exposure (running, walking, etc.), the intruder on the SE, as well as the characteristic interference spectra, including the spectra of signals from overcoming the sensitive element zone animals. If the spectra of the analyzed signals correspond to the spectra of signals from the intruder, then an output pulse appears at the output of the seismic signal form analyzer 26, which, through the "OR" 36 element, is fed to one of the inputs of the mode assignment block 39 and coincidence block 38.

Таким образом, анализатор формы сейсмосигнала 26 обеспечивает селектирование сигналов от нарушителя и сигналов от животных либо по их весу, либо по биодинамике их движения, приводящей к изменению амплитудно-частотных и энергетических параметров сейсмосигналов, чем существенно повышается помехоустойчивость предлагаемого устройства по сравнению с прототипом. Thus, the analyzer of the shape of the seismic signal 26 provides the selection of signals from the intruder and signals from animals, either by their weight or by the biodynamics of their movement, leading to a change in the amplitude-frequency and energy parameters of the seismic signals, which significantly increases the noise immunity of the proposed device compared to the prototype.

Другие виды помех, такие, как транспорт, ветер, дождь, град и т.д. также не вызывают срабатывания сейсмовибрационного канала устройства, т.к. во-первых, по их характеристикам не может быть определена скорость движения и на выходе блока вычисления скорости движения 27 будет отсутствовать сигнал, разрешающий как проведение дальнейшего анализа сейсмосигналов в анализаторе формы сейсмосигналов 26, так и прохождение через аналоговый ключ 34 сигналов с порогового элемента 24; во-вторых, если в блоке вычисления скорости движения 27 для какого-то вида помех, например града, будет сформирован ложный сигнал, соответствующий вроде бы движению нарушителя через ЧЭ 5 или ЧЭ 7, то и в этом случае срабатывания сейсмовибрационного канала не произойдет, т.к. либо будет отсутствовать сигнал на выходе порогового элемента 24, срабатывающего только при наличии давления на грунт вблизи чувствительного элемента 5 или 7, либо спектры сейсмосигналов и их огибающих, записанными в память этого анализатора и характеризующими движение нарушителя через чувствительный элемент 5 или 7. Other types of interference, such as transport, wind, rain, hail, etc. also do not trigger the seismic vibration channel of the device, because firstly, their characteristics cannot be used to determine the speed of movement and there will be no signal at the output of the unit for calculating the speed of movement 27 allowing both further analysis of the seismic signals in the analyzer of the shape of the seismic signals 26 and passage of signals through the analog key 34 from the threshold element 24; secondly, if a false signal is generated in the block for calculating the speed of movement 27 for some kind of interference, such as hail, which seems to correspond to the movement of the intruder through the SE 5 or SE 7, then in this case the seismic vibration channel will not work, t .to. either there will be no signal at the output of the threshold element 24, which is triggered only when there is pressure on the ground near the sensitive element 5 or 7, or the spectra of seismic signals and their envelopes recorded in the memory of this analyzer and characterizing the movement of the intruder through the sensitive element 5 or 7.

Все это вместе взятое позволяет повысить общую помехоустойчивость устройства в целом. All this taken together allows you to increase the overall noise immunity of the device as a whole.

Магнитоэлектрический сигнал с выхода дифференциального усилителя 17 поступает на вход полосового фильтра 21, где выделяется активная часть спектра сигнала и подавляется помеха, после чего аналоговый сигнал, соответствующий выделенной части спектра, поступает на вход порогового элемента 28 и на соответствующий вход аналогового ключа 31. Аналоговый ключ 31 выполняет роль "линейных ворот" для сигнала с выхода полосового фильтра 21, открытых для прохождения магнитоэлектрического сигнала при наличии разрешающего сигнала с выхода блока вычисления скорости движения 27 и при превышении магнитоэлектрическим сигналом порога срабатывания порогового элемента 28, отсекающего мелкие помехи по величине сигнала. The magnetoelectric signal from the output of the differential amplifier 17 is fed to the input of the bandpass filter 21, where the active part of the spectrum of the signal is extracted and noise is suppressed, after which the analog signal corresponding to the selected part of the spectrum is fed to the input of the threshold element 28 and to the corresponding input of the analog key 31. Analog key 31 acts as a "linear gate" for the signal from the output of the band-pass filter 21, open for the passage of the magnetoelectric signal in the presence of an enable signal from the output of the block I 27 and movement speed in excess of magnetoelectric signal switching threshold of the threshold element 28, the clipping noise smaller in magnitude signal.

При наличии разрешающих сигналов на связанных с выходами порогового элемента 28 и блока вычисления скорости движения 27 входах аналогового ключа 31 магнитоэлектрический сигнал поступает с его выхода на соответствующий вход анализатора формы магнитоэлектрического сигнала 37. Кроме этого, сигнал, соответствующий срабатыванию порогового элемента 28, поступает на соответствующий вход детектора задержки 35. Обработка магнитоэлектрического сигнала с ЧЭ 7, подключенного к входу дифференциального усилителя 18, осуществляется аналогично с помощью полосового фильтра 22, порогового элемента 29 и аналогового ключа 32. Выходной аналоговый магнитоэлектрический сигнал с выхода аналогового ключа 32 этого тракта поступает на соответствующий вход анализатора формы магнитоэлектрического сигнала 37, а сигнал, соответствующий превышению порога в пороговом элементе 29, на соответствующий вход детектора задержки 35. If there are enabling signals at the inputs of the analog key 31 connected to the outputs of the threshold element 28 and the motion speed calculation unit 27, the magnetoelectric signal is supplied from its output to the corresponding input of the magnetoelectric signal form analyzer 37. In addition, the signal corresponding to the operation of the threshold element 28 is fed to the corresponding input of the delay detector 35. The processing of the magnetoelectric signal from the SE 7 connected to the input of the differential amplifier 18 is carried out similarly using a band-pass filter 22, a threshold element 29 and an analog key 32. The output analog magnetoelectric signal from the output of the analog key 32 of this path is fed to the corresponding input of the magnetoelectric waveform analyzer 37, and the signal corresponding to exceeding the threshold in the threshold element 29 is sent to the corresponding input of the delay detector 35 .

Детектор задержки 35 работает следующим образом. Нарушитель, несущий на себе ферромагнитный предмет, пересекает рубеж в одном направлении, т.е. последовательно вызывает появление магнитоэлектрического сигнала сначала в петле, например, чувствительного элемента 5, потом в петле ЧЭ 7. Так как это один и тот же нарушитель и он несет один и тот же предмет, то магнитоэлектрические сигналы в одинаковых петлях ЧЭ 5 и ЧЭ 7 будут практически идентичны. Следовательно, анализируя время срабатывания аналоговых ключей 31 и 32, можно определить задержку одного магнитоэлектрического сигнала относительно другого и использовать ее для того, чтобы задать в анализаторе формы магнитоэлектрического сигнала 37 сдвиг по времени этих сигналов для определения их взаимокорреляционной функции, для чего сигнал с выхода детектора задержки 35 подается на соответствующий вход анализатора формы магнитоэлектрического сигнала 37. Кроме того, этот сигнал используется для задания времени в блоке совпадения 38, в течение которого необходимо совпадение сигналов с выхода сейсмовибрационного канала (с элемента "ИЛИ" 36) и анализатора формы магнитоэлектрического сигнала 37. Для этого сигнал с выхода детектора задержки 35 подается на соответствующий вход блока совпадений 38. The delay detector 35 operates as follows. An intruder carrying a ferromagnetic object crosses the boundary in one direction, i.e. sequentially causes the appearance of a magnetoelectric signal first in the loop, for example, of the sensitive element 5, then in the loop of the SE 7. Since this is the same intruder and it carries the same object, the magnetoelectric signals in the same loops of the SE 5 and SE 7 will be almost identical. Therefore, by analyzing the response time of analog keys 31 and 32, it is possible to determine the delay of one magnetoelectric signal relative to another and use it to set the time offset of these signals in the analyzer of the shape of the magnetoelectric signal 37 to determine their cross-correlation function, for which the signal from the detector output delays 35 are supplied to the corresponding input of the analyzer of the shape of the magnetoelectric signal 37. In addition, this signal is used to set the time in the coincidence unit 38, in echenie which must match signals output from seysmovibratsionnogo channel (with element "OR" 36) and analyzer form magnetoelectric signal 37. For this purpose the output signal of the delay detector 35 is supplied to a corresponding input unit 38 matches.

Анализатор формы магнитоэлектрического сигнала 37 производит вычисление параметров магнитоэлектрического сигнала, приходящего на один из его входов, запоминает их, после чего вычисляет параметры другого магнитоэлектрического сигнала только в том случае, если он проходит в строго определенное время, устанавливаемое сигналом на входе с выхода детектора задержки 35. Если магнитоэлектрический сигнал появляется в заданное время и его параметры совпадают с параметрами предыдущего магнитоэлектрического сигнала с другого ЧЭ, то на выходе анализатора формы магнитоэлектрического сигнала 37 появится сигнал, соответствующий наличию у нарушителя магнитной массы, и он поступит на соответствующий вход блока совпадений 38, который генерирует выходной сигнал только при появлении сигналов на всех его входах в строго заданные относительно друг друга интервалы времени. The analyzer of the shape of the magnetoelectric signal 37 calculates the parameters of the magnetoelectric signal arriving at one of its inputs, remembers them, and then calculates the parameters of the other magnetoelectric signal only if it passes at a strictly defined time, set by the signal at the input from the output of the delay detector 35 . If the magnetoelectric signal appears at a given time and its parameters coincide with the parameters of the previous magnetoelectric signal from another SE, then the output of A signal corresponding to the intruder’s presence of magnetic mass will appear and it will go to the corresponding input of the coincidence unit 38, which generates an output signal only when signals appear at all its inputs in strictly specified time intervals relative to each other.

Если магнитоэлектрические сигналы во времени сдвинуты и совпадают не так, как определено заранее детектором задержки 35, или их параметры не совпадают, то на выходе анализатора формы магнитоэлектрического сигнала 37 выходной сигнал отсутствует, что не позволяет блоку совпадений 38 генерировать сигнал, соответствующий прохождению через оба чувствительных элемента 5 и 7 "нарушителя" с магнитной массой. Блок задания режима 39 программируется заранее следующим образом: через него могут проходить на выход всего устройства либо сигналы только сейсмовибрационного канала, т.е. обнаруживаться любой нарушитель, либо сигналы с блока совпадений 38, что соответствует обнаружению "нарушителя" с магнитной массой, т.е. "вооруженного". Существенным преимуществом предлагаемого устройства является возможность обработки сигналов по форме и по спектральным характеристикам посредством применения анализатора формы магнитоэлектрического сигнала 37, анализатора формы сейсмосигнала 26, а также определения скорости движения "нарушителя" в блоке вычисления скорости движения 27. Известно, что практически все виды помех, такие, как помехи от транспорта, метеофакторов, электромагнитной наводки, резко различаются с сигналами от "нарушителя" именно по форме и спектральным характеристикам. Следовательно, применение в предлагаемом устройстве обработки сигналов по форме и спектральной плотности повышает общую помехоустойчивость устройства. If the magnetoelectric signals are shifted in time and do not coincide as previously determined by the delay detector 35, or their parameters do not match, then there is no output signal at the output of the analyzer of the shape of the magnetoelectric signal 37, which does not allow the coincidence unit 38 to generate a signal corresponding to the passage through both sensitive element 5 and 7 of the "intruder" with a magnetic mass. The mode setting unit 39 is pre-programmed as follows: through it, the signals of only the seismic vibration channel can pass to the output of the entire device, i.e. any intruder is detected, or signals from coincidence block 38, which corresponds to the detection of an "intruder" with magnetic mass, i.e. "armed." A significant advantage of the proposed device is the ability to process signals in shape and spectral characteristics through the use of a magnetoelectric signal shape analyzer 37, a seismic signal shape analyzer 26, as well as determining the speed of the “intruder” in the speed calculation unit 27. It is known that almost all types of interference such as interference from transport, meteorological factors, electromagnetic interference, differ sharply from signals from the "intruder" precisely in shape and spectral characteristics ticks. Therefore, the use of the proposed device for processing signals in shape and spectral density increases the overall noise immunity of the device.

Кроме того, в большинстве случаев спектральные характеристики и форма сигналов от "нарушителя", а также скорость их появления, особенно в сейсмоканале, значительно отличаются от аналогичных характеристик помех от животных. In addition, in most cases, the spectral characteristics and the shape of the signals from the "intruder", as well as the speed of their appearance, especially in the seismic channel, differ significantly from similar characteristics of interference from animals.

Это связано, например, с различиями ходьбы (разная частота следования шагов у животных и людей), видом воздействия копытных животных на грунт, весом животных, скоростью перемещения. Следовательно, предлагаемое устройство позволяет обеспечить более высокую, чем у прототипа, помехоустойчивость при воздействии на него животных, что является наиболее актуальной в настоящее время задачей. This is due, for example, to differences in walking (different frequency of steps in animals and humans), the type of impact of ungulate animals on the ground, the weight of the animals, and the speed of movement. Therefore, the proposed device allows to provide higher than the prototype, noise immunity when exposed to animals, which is the most urgent task at present.

Другим преимуществом предлагаемого устройства перед прототипом является наличие в предлагаемом устройстве двух полос регистрации сигналов от воздействия "нарушителя" на грунт. Так как эксплуатация устройства может происходить в любых видах грунтов, то использование только одной полосы частот не позволяет обеспечить нужную помехоустойчивость, поскольку изменение чувствительности устройства, вызываемое изменением состояния грунта, необходимо для обеспечения заданной вероятности обнаружения компенсировать увеличением в заданной полосе частот коэффициента усиления сигнала. Использование в предлагаемом устройстве двух диапазонов регистрируемых частот приводит к повышению помехоустойчивости при эксплуатации, т.к. в данном случае нет необходимости изменения коэффициента усиления, поскольку схема предлагаемого устройства, сравнивая сигналы в каждом из диапазонов, автоматически выбирает для дальнейшей обработки сигнала нужный диапазон, обеспечивающий наибольшее отношение сигнал/помеха. Another advantage of the proposed device over the prototype is the presence in the proposed device of two registration bands of signals from the impact of the "intruder" on the ground. Since the operation of the device can occur in any type of soil, the use of only one frequency band does not provide the necessary noise immunity, since a change in the sensitivity of the device caused by a change in the state of the soil is necessary to compensate for the detection probability by compensating for an increase in the signal frequency gain in the given frequency band. The use in the proposed device of two ranges of recorded frequencies leads to increased noise immunity during operation, because in this case, there is no need to change the gain, since the circuit of the proposed device, comparing the signals in each of the ranges, automatically selects the desired range for the further signal processing, which provides the greatest signal / noise ratio.

Третьим преимуществом предлагаемого устройства является применение в нем двух датчиков магнитоэлектрического сигнала и совместная обработка сигналов с них. Введение дополнительного петлевого чувствительного элемента и разнесение обеих петель чувствительных элементов в пространстве позволяет: во-первых, полностью избавиться от электромагнитных помех и удаленных магнитных помех, которые воздействуют на обе петли одновременно, что невозможно при движении "нарушителя", сигналы от которого появляются в петлях последовательно; во-вторых, первый магнитоэлектрический сигнал служит опорным при обработке второго, который при идентичности петель и трактов обработки, строго говоря, должен повторять первый. Это обстоятельство позволяет избежать влияния на устройство даже тех помех, которые каким-либо образом появляются в магнитоэлектрических каналах неодновременно. К этим помехам могут быть отнесены сейсмические составляющие магнитоэлектрического сигнала, возникающие в петле при наступании на грунт крупных животных, вызывающих перемещение петли в магнитном поле Земли. В силу случайности такого воздействия и зависимости величины магнитоэлектрического сигнала в этом случае от конкретного места воздействия, состояния грунта в нем и других факторов повторения магнитоэлектрических сигналов в обеих петлях не происходит, чем и обеспечивается существенно большая, чем у прототипа, помехоустойчивость предлагаемого устройства в целом при воздействии животных. The third advantage of the proposed device is the use of two sensors of the magnetoelectric signal and the combined processing of signals from them. The introduction of an additional loopback sensitive element and the separation of both loops of sensitive elements in space allows: firstly, to completely get rid of electromagnetic interference and remote magnetic interference that act on both loops at the same time, which is impossible when the “intruder” moves, the signals from which appear in the loops sequentially; secondly, the first magnetoelectric signal serves as a reference when processing the second, which, if the loops and processing paths are identical, strictly speaking, should repeat the first. This circumstance avoids the influence on the device of even those interferences that somehow appear in the magnetoelectric channels simultaneously. These interferences can include seismic components of the magnetoelectric signal that occur in the loop when large animals attack the ground, causing the loop to move in the Earth’s magnetic field. Due to the randomness of such an impact and the dependence of the magnitude of the magnetoelectric signal in this case on the specific location of the impact, the state of the soil in it, and other factors of repetition of magnetoelectric signals in both loops, this ensures a significantly greater noise immunity of the proposed device as a whole when animal exposure.

Claims

A security alarm device containing one sensitive element, a first bandpass filter, the output of which is connected to the input of the first threshold element, a coincidence element, a second bandpass filter, a second threshold element, an indication unit, characterized in that, in order to increase the noise immunity of the device, another sensitive element, five differential amplifiers, a temperature sensor, two band-pass filters, three threshold elements, an AND element, three keys, a phase detector, an OR element, a shape analyzer with of a signal, a speed calculation unit, a magnetoelectric waveform analyzer, an element NOT, and each sensitive element is made in the form of a cable loop having two insulated external conductors and n ≥2 insulated internal conductors, one of n internal conductors and the first external cable conductor of one sensor element are connected , respectively, to one and the other inputs of the first differential amplifier, one of n internal conductors and the first external cable conductor of another sensitive element they are connected, respectively, to one and the other inputs of the second differential amplifier, the second external cable conductor of one and the other sensitive elements are combined and connected to the zero potential bus, the remaining N-1 internal conductors of the cable of one sensitive element are connected in series with each other in a multi-turn loop, the beginning and end of which are connected respectively to one and the other inputs of the third differential amplifier, the remaining N-1 internal conductors of the cable of the other are sensitive of the first element are connected in series with each other in a multi-turn loop, the beginning and end of which are connected, respectively, with one and the other inputs of the fourth differential amplifier, the outputs of the first and second differential amplifiers are connected to the inputs of the fifth differential amplifier, the output of which is connected to the inputs of the first and second strip filters, the output of the first bandpass filter is connected to the inputs of the second and third threshold elements, the output of the second threshold element is connected to the input of the element NOT, the output is cat It is connected to the first input of the AND element, the output of which is connected to the information input of the first key, the output of which is connected to the first input of the OR element, the output of which is connected to the first inputs of the matching element and the display unit, the output of the first threshold element is connected to the second input of the And element, output the second bandpass filter is connected to the first information input of the seismic waveform analyzer and to the information input of the speed calculation unit, the output of which is connected to the control inputs of the first, second, and t of a key, a seismic waveform analyzer, a temperature sensor is connected to the second information input of the seismic waveform analyzer, the output of which is connected to the second input of the OR element, the output of the third threshold element is connected to the control input of the speed calculation unit, the outputs of the third and fourth differential amplifiers are connected to the inputs of the third and a fourth bandpass filter, the outputs of which are connected, respectively, to the input of the fourth threshold element and the information input of the second of the key, to the input of the fifth threshold element and to the control input of the third key, the output of the fourth threshold element is connected to the second control input of the second key and to the first input of the phase detector, the output of which is connected to the control input of the magnetoelectric waveform analyzer and the second input of the matching element, output which is connected to the second input of the display unit, the output of the fifth threshold element is connected to the second control input of the third key and the second input of the phase detector, the outputs of the second o and the third keys are connected to the second and third inputs, respectively, of the analyzer of the shape of the magnetoelectric signal, the output of which is connected to the third input of the matching element.