RU2375755C1

RU2375755C1 - Device for guarding frontier water

Info

Publication number: RU2375755C1
Application number: RU2008139379/09A
Authority: RU
Inventors: Алексей Викторович Гладилин (RU); Алексей Викторович Гладилин; Альберт Алексеевич Догадов (RU); Альберт Алексеевич Догадов; Всеволод Анатольевич Пирогов (RU); Всеволод Анатольевич Пирогов
Original assignee: Федеральное государственное унитарное предприятие "Акустический институт" имени академика Н.Н. Андреева
Priority date: 2008-10-06
Filing date: 2008-10-06
Publication date: 2009-12-10

Abstract

FIELD: physics; acoustics.

SUBSTANCE: invention relates to hydroacoustics and can be used for protecting water-catchment plants. A sensitive element is made in form of sections of a piezoelectric cable with loads on one end suspended at the opposite end in fixing points of a radio frequency cable. Using matching devices, through a load resistor, the second terminal of the power supply is connected to the shielding earthed sheath of a coaxial radio frequency cable. Connections are sealed.

EFFECT: increased sensitivity and reliability of detecting trespassing, reduced false alarm probability.

1 dwg

Description

Изобретение относится к области акустики и может быть использовано в прикладной гидроакустике - для защиты водозаборных сооружений атомных электростанций от проникновения диверсантов, а также в рыбной промышленности - для защиты водозаборных сооружений от проникновения биологических объектов, может быть использовано для охраны подступов к объектам, в частности предприятиям энергетического, химико-технологического, оборонного и других профилей со стороны рубежей в водной среде: в водоемах, вдоль берегов рек, в мелком море, бухтах и т.п.The invention relates to the field of acoustics and can be used in applied hydroacoustics - to protect the water intake structures of nuclear power plants from the penetration of saboteurs, and also in the fishing industry - to protect water intake structures from the penetration of biological objects, can be used to protect approaches to objects, in particular enterprises energy, chemical-technological, defense and other profiles from the borders in the aquatic environment: in water bodies, along river banks, in the shallow sea, bays, etc.

Известно устройство обнаружения вторжения подводного объекта в контролируемую область, содержащее гидроакустический излучатель, отражатели, вдоль эллиптической поверхности, в фокусах которой расположены гидроакустический излучатель и гидроакустический приемник, причем последний выполнен с равномерной характеристикой направленности. В качестве гидроакустического излучателя используют передающую круговую антенну. Патент Российской Федерации №2150123, МПЖ: G01S 15/04, 2000 г.A device is known for detecting an invasion of an underwater object in a controlled area containing a sonar emitter, reflectors, along an elliptical surface, the focal points of which are a sonar emitter and a sonar receiver, the latter being made with a uniform directivity characteristic. As a sonar emitter using a transmitting circular antenna. Patent of the Russian Federation No. 2150123, IPR: G01S 15/04, 2000

Известно устройство, содержащее защитную металлическую сетку водозаборного сооружения, низкочастотный излучатель, детектор и анализатор низкочастотных сигналов. Патент Российской Федерации №2256196, МПК: G01S 15/04, G01S 15/96, 2005 г.A device is known that contains a protective metal mesh of an intake structure, a low-frequency emitter, a detector and an analyzer of low-frequency signals. Patent of the Russian Federation No. 2256196, IPC: G01S 15/04, G01S 15/96, 2005

Оба устройства сложны и в исполнении, и в эксплуатации.Both devices are complex both in execution and in operation.

Для защиты водных рубежей известны устройства, реагирующие на разрыв сигнальной линии, на механические колебания, вызывающие деформацию чувствительных элементов сигнального заграждения, и бесконтактные устройства, содержащие набор акустических излучающих и приемных элементов, установленных, на дне и образующих барьерную линию рубежа. Координаты обнаруженных нарушителей относительно точек расположения приемников определяют по времени и направлению прихода эхо-сигналов от нарушителя к приемникам. Патент Франции №1583106, МПЖ: G08B 23/00, 1969. Патент США №5305286, МПК: G01S 15/04, 1994 г.To protect water boundaries, devices are known that respond to a break in the signal line, to mechanical vibrations that cause deformation of the sensitive elements of the signal barrier, and contactless devices containing a set of acoustic emitting and receiving elements installed at the bottom and forming the barrier line of the boundary. The coordinates of the detected intruders relative to the location points of the receivers are determined by the time and direction of arrival of the echo signals from the intruder to the receivers. French Patent No. 1583106, IPJ: G08B 23/00, 1969. US Patent No. 5305286, IPC: G01S 15/04, 1994.

Известно устройство для охраны водных рубежей, содержащее сигнальное заграждение, выполненное в виде троса, протянутого над водой вдоль охраняемого рубежа и закрепленного на вертикальных опорах, на тросе подвешены шесты с грузами на концах в виде маятников, чувствительный элемент подключен к формирователю сигнала тревоги. Чувствительный элемент выполнен в виде коаксиального кабеля, содержащего внутренний и внешний проводники, разделенные изоляцией из фторопластовой ленты, внутренний проводник размещен в сердечнике из упругосжимаемого электропроводящего материала, фторопластовая лента намотана на внутренний проводник по спирали с положительным перекрытием, на внешнем проводнике концентрично расположена защитная оболочка, коаксиальный кабель проложен под тросом вдоль его оси и жестко соединен с каждым шестом. Патент СССР №1819024, МПК: G08B23/00, 2000 г. Прототип.A device for protecting water lines containing a signal barrier made in the form of a cable stretched over water along the guarded line and mounted on vertical supports, poles with weights at the ends in the form of pendulums are suspended on the cable, a sensitive element is connected to the alarm driver. The sensitive element is made in the form of a coaxial cable containing internal and external conductors separated by insulation from a fluoroplastic tape, the inner conductor is placed in the core from an elastically compressible electrically conductive material, the fluoroplastic tape is wound on the inner conductor in a spiral with positive overlap, the protective sheath is concentrically located on the outer conductor, the coaxial cable is laid under the cable along its axis and is rigidly connected to each pole. USSR patent No. 1819024, IPC: G08B23 / 00, 2000. Prototype.

Недостатком прототипа является низкая чувствительность (позволяющая обнаружить нарушителя лишь при его непосредственном воздействии на устройство) и кратковременность акта обнаружения, что приводит к возможности прохождения нарушителем рубежа, особенно при действии сильных, длительных импульсных помех. Возможны и ложные тревоги при соприкосновении с устройством таких источников механического воздействия, как проплывающие затопленные предметы: бревна, бытовой мусор и т.п.The disadvantage of the prototype is the low sensitivity (allowing you to detect the intruder only when it directly affects the device) and the short duration of the detection act, which leads to the possibility of the intruder passing the line, especially when exposed to strong, prolonged pulsed interference. False alarms are also possible in contact with the device of such sources of mechanical impact as floating flooded objects: logs, household garbage, etc.

Данное изобретение устраняет указанные недостатки, имеет повышенную чувствительность, позволяющую обнаруживать не только прямое механическое воздействие нарушителя на барьер, но и его приближение заблаговременно, что увеличивает продолжительность сеанса поступления информации о нарушении и увеличивает вероятность обоснованного принятия решения о нарушении рубежа.This invention eliminates these drawbacks, has increased sensitivity, allowing to detect not only the direct mechanical effect of the intruder on the barrier, but also its proximity in advance, which increases the duration of the session of information about the violation and increases the likelihood of a reasonable decision to violate the boundary.

Технический результат изобретения - повышение надежности охраны, повышение чувствительности и достоверности обнаружения нарушения, снижение вероятности ложной тревоги.The technical result of the invention is to increase the reliability of protection, increase the sensitivity and reliability of detecting violations, reduce the likelihood of false alarm.

Технический результат достигается тем, что в устройстве для охраны водных рубежей, содержащем сигнальное заграждение в виде троса, протянутого над водой вдоль охраняемого рубежа и закрепленного на вертикальных опорах, коаксиальный радиочастотный кабель, закрепленный на тросе по всей его длине и соединенный своим центральным проводником через разделительный конденсатор с входом устройства формирования сигнала тревоги, и чувствительный элемент, отличающееся тем, что чувствительный элемент выполнен в виде отрезков пьезоэлектрического кабеля с грузами на одном конце, подвешенных с противоположных концов, в точках крепления коаксиального радиочастотного кабеля к тросу, отрезки пьезоэлектрического кабеля соединены с радиочастотным кабелем с помощью согласующих устройств, питаемых от общего источника питающего напряжения через нагрузочный резистор, включенный между выходом источника питающего напряжения и центральным проводником коаксиального радиочастотного кабеля, а второй полюс источника питающего напряжения соединен с экранирующей заземленной оплеткой коаксиального радиочастотного кабеля.The technical result is achieved in that in a device for the protection of water lines containing a signal barrier in the form of a cable stretched above the water along the protected line and mounted on vertical supports, a coaxial radio-frequency cable mounted on the cable along its entire length and connected to its central conductor through a separation cable a capacitor with the input of the alarm generating device, and a sensitive element, characterized in that the sensitive element is made in the form of pieces of piezoelectric cables with weights at one end, suspended from opposite ends, at the points of attachment of the coaxial radio frequency cable to the cable, the pieces of the piezoelectric cable are connected to the radio frequency cable using matching devices, powered from a common voltage source through a load resistor connected between the output of the voltage source and the central conductor of the coaxial RF cable, and the second pole of the supply voltage source is connected to a shielding grounded braid coax RF cable.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором представлена структурная схема, где: 1 - трос, 2 - вертикальные опоры, 3 - отрезки пьезоэлектрического кабеля, 4 - водная среда, 5 - грузы, 6 - согласующее устройство, 7 - коаксиальный радиочастотный кабель, 8 - распорки, 9 - разделительный конденсатор, 10 - формирователь сигнала тревоги, 11 - нагрузочный резистор, 12 - источник питающего напряжения.The invention is illustrated in the drawing, which shows a structural diagram, where: 1 - cable, 2 - vertical supports, 3 - pieces of a piezoelectric cable, 4 - water medium, 5 - loads, 6 - matching device, 7 - coaxial RF cable, 8 - spacers, 9 - isolation capacitor, 10 - alarm driver, 11 - load resistor, 12 - power supply source.

Коаксиальный радиочастотный кабель 7 закреплен на распорках 8 и соединен через разделительный конденсатор 9 с входом формирователя сигнала тревоги 10, а через нагрузочный резистор 11 с выходом источника напряжения питания 12 всех согласующих устройств 6, причем второй полюс источника напряжения питания Еп соединен с экранирующей заземленной оплеткой коаксиального радиочастотного кабеля 7.The coaxial RF cable 7 is fixed to the spacers 8 and connected through an isolation capacitor 9 to the input of the alarm driver 10, and through the load resistor 11 to the output of the power supply 12 of all matching devices 6, the second pole of the power supply Ep connected to the shielded grounded braid of the coaxial RF cable 7.

Устройство работает следующим образом. Перемещение подводного объекта - потенциального нарушителя охраняемого рубежа в водной среде 4, возбуждает акустическую волну, распространяющуюся, в том числе, и в направлении охраняемого рубежа. На выходах отрезков пьезоэлектрического кабеля 3 возникают электрические сигналы, возрастающие по мере приближения нарушителя к рубежу до максимального значения при механическом контакте его как минимум с одним из отрезков пьезоэлектрического кабеля 3. Эти сигналы через согласующие устройства 6 поступают в коаксиальный радиочастотный кабель 7. Нагрузкой для всех согласующих устройств 6 является коаксиальный радиочастотный кабель 7 и нагрузочный резистор 11, включенный между выходом (центральным проводником) коаксиального радиочастотного кабеля 7 и клеммой источника питающего напряжения 12. Вторая клемма источника питающего напряжения 12 подключена к заземленной экранирующей оплетке коаксиального радиочастотного кабеля 7. На нагрузочном резисторе 11 возникает суммарное напряжение сигналов, возбуждаемых на выходах всех отрезков пьезоэлектрических кабелей 3. Фазовые сдвиги между выходными сигналами ближайших к месту действия нарушителя отрезков пьезоэлектрического кабеля 3 пренебрежимо малы, а уровни сигналов этих отрезков имеют наибольшую величину. Высокая чувствительность отрезков пьезоэлектрического кабеля 3 к акустическому давлению и эффект суммирования возбуждаемых в них сигналов на нагрузочном резисторе 11 обеспечивают повышение чувствительности устройства задолго до прямого соприкосновения нарушителя с элементами барьера. Увеличивается вероятность обоснованного принятия о решения о нарушении рубежа.The device operates as follows. The movement of an underwater object - a potential violator of the protected line in the aquatic environment 4, excites an acoustic wave propagating, including, in the direction of the protected line. At the outputs of the segments of the piezoelectric cable 3 there are electrical signals that increase as the intruder approaches the boundary to the maximum value when it mechanically contacts at least one of the segments of the piezoelectric cable 3. These signals through the matching devices 6 enter the coaxial radio-frequency cable 7. The load for all matching devices 6 is a coaxial RF cable 7 and a load resistor 11 connected between the output (center conductor) of the coaxial RF of the cable 7 and the terminal of the supply voltage 12. The second terminal of the supply voltage 12 is connected to the grounded shielding braid of the coaxial RF cable 7. On the load resistor 11 there is a total voltage of the signals excited at the outputs of all segments of the piezoelectric cables 3. Phase shifts between the output signals of the nearest to the place of action of the intruder, the segments of the piezoelectric cable 3 are negligible, and the signal levels of these segments are the largest. The high sensitivity of the segments of the piezoelectric cable 3 to the acoustic pressure and the effect of summing the signals excited in them on the load resistor 11 provide an increase in the sensitivity of the device long before the intruder comes in direct contact with the barrier elements. The likelihood of an informed decision on a violation of the boundary increases.

Напряжение сигнала, снимаемое с нагрузочного резистора 11 через разделительный конденсатор 9, поступает на вход формирователя сигнала тревоги 10, сигнал тревоги формируют по результатам анализа спектральной и временной изменчивости сигнала, поступающего на вход формирователя сигнала тревоги 10, в качестве которого использован персональный компьютер или сигнальный процессор, или звуковые элементы.The signal voltage removed from the load resistor 11 through the isolation capacitor 9 is fed to the input of the alarm driver 10, the alarm signal is generated from the analysis of the spectral and temporal variability of the signal fed to the input of the alarm driver 10, which is used as a personal computer or signal processor , or sound elements.

Высокая чувствительность устройства позволяет увеличить расстояние между соседними отрезками пьезоэлектрического кабеля по сравнению с расстоянием между шестами прототипа не менее чем в пять раз, что существенно упрощает его конструкцию и эксплуатацию.The high sensitivity of the device allows you to increase the distance between adjacent segments of the piezoelectric cable in comparison with the distance between the poles of the prototype by at least five times, which greatly simplifies its design and operation.

Claims

A device for the protection of water lines, containing a signal barrier in the form of a cable stretched above the water along the protected line and mounted on vertical supports, a coaxial radio frequency cable mounted on the cable along its entire length and connected by its central conductor through an isolation capacitor to the input of the alarm generating device , and a sensitive element, characterized in that the sensitive element is made in the form of pieces of a piezoelectric cable with loads at one end, suspended from the opposite ends, at the points of attachment of the coaxial RF cable to the cable, the segments of the piezoelectric cable are connected to the RF cable using matching devices, powered from a common voltage source through a load resistor connected between the output of the voltage source and the central conductor of the coaxial RF cable, and the second the pole of the supply voltage source is connected to a shielded grounded braid of a coaxial RF cable.