устройство для охранной сигнализации

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОХРАННОЙ СИГНАЛИЗАЦИИ, содержащее чувствительный элемент, выполненный в виде вибратора, содержащий пьезокерамический элемент и стержень, одни концы которых жестко соединены, пьезокерамический элемент размещен в корпусе и соединен с контактными элементами, которые соединены с входом усилителя, выход которого соединен с входом амплитудного детектора, выход которого соединен с интегратором, пороговый элемент, блок сигнализации, отличающееся тем, что в него введены дифференцирующая цепь (одновибратор), усилитель выполнен с переменным коэффициентом усиления, в чувствительный элемент введены масса, первая и вторая втулки, выполненные из упругого диэлектрического материала, пьезокерамический элемент выполнен в виде трубки, стержень выполнен из диэлектрического материала, контактные элементы выполнены упругими, выход интегратора соединен с входом дифференцирующей цепи, выход которой соединен с входом порогового элемента, выход которого соединен с входом одновибратора, выход которого соединен с входом блока сигнализации, интегратор содержит накопительный конденсатор и n диодов, одна обкладка накопительного конденсатора и анод первого диода объединены и соединены с входом и выходом блока, другая обкладка конденсатора соединена с нулевой шиной питания, катод первого диода соединен через n последовательно соединенных в прямом направлении диодов с нулевой шиной питания, в чувствительном элементе соотношение длины трубки и стержня находится в пределах 1 : 1 - 1 : 1,3, на другом конце стержня размещена масса, первая втулка размещена в средней части пьезокерамического элемента, вторая втулка размещена на другом конце пьезокерамического элемента, первая и вторая втулки размещены в корпусе без зазора, по диаметрально противоположным образующим пьезокерамического элемента между пьезокерамическим элементом и второй влулкой размещены одни концы упругих контактных элементов, другие концы которых размещены между корпусом и внешней поверхностью второй втулки.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к охранной сигнализации и может быть использовано для охраны объектов, в которые не допускается несанкционированное проникновение, так, например, оно может быть размещено на окнах, дверях, может быть использовано на транспортных средствах для защиты их от угона путем подачи сигнала тревоги звуковым или высокочастотным сигналом.

Известен пьезоэлектрический датчик (по заявке ЕВР N 0210816 А2, кл. G 08 В 13/02, опублик. 1987), который чувствителен к возбуждающему импульсу, например резкому толчку, удару. Это устройство содержит пьезоэлектрическую плату, размещенную в корпусе по своей периферии. В центре платы укреплена масса. Плата соединена со средствами детектирования сигнала, генерируемого платой, импульсы, воздействующие по осевой платы, которая перпендикулярна изображению платы в плане, приводят к формированию сигнала более высокой амплитуды, чем импульсы, направление которых параллельно плоскости платы. Импульсы поступают на накопительный конденсатор, а затем через усилитель и амплитудный детектор - на мультивибратор сигнализатора.

Недостатком этого устройства является различная его чувствительность в зависимости от ориентации чувствительного элемента относительно направления воздействия.

Известен также пьезоэлектрический датчик, предназначенный для обнаружения вибраций конструкций, на которых он размещается.

Датчик содержит пьезоэлемент, размещенный в корпусе, который жестко связан со стержнем, закрепленным на контролируемом объекте.

Таким образом, система соединенных жестко пьезоэлемента и стержня вызывает вибрацию пьезоэлемента. Выходной сигнал с пьезоэлемента поступает на усилитель, а затем на первый амплитудный детектор, который выделяет импульсы высокой амплитуды, и на второй амплитудный детектор, который выделяет импульсы низкой амплитуды. После первого детектора включен формирователь импульсов, импульсы с которого подсчитываются счетчиком и затем поступают в блок сигнализации. После второго амплитудного детектора импульсы поступают на интегратор, с выхода которого они также поступают в блок сигнализации.

Задачей, на которую направлено данное решение, является повышение чувствительности и функциональной надежности устройства.

Это достигается тем, что в устройство для охранной сигнализации, содержащее чувствительный элемент, выполненный в виде вибратора, содержащий пьезокерамический элемент и стержень, одни концы которых жестко соединены, пьезокерамический элемент размещен в корпусе и соединен с контактными элементами, которые соединены с входом усилителя, выход которого соединен с входом амплитудного детектора, выход которого соединен с интегратором, пороговый элемент, блок сигнализации, введены дифференцирующая цепь, одновибратор, усилитель выполнен с переменным коэффициентом усиления, в чувствительный элемент введены масса, первая и вторая втулки, выполненные из упругого диэлектрического материала, пьезокерамический элемент выполнен в виде трубки, стержень выполнен из диэлектрического материала, контактные элементы выполнены упругими, выход интегратора соединен с входом дифференцирующей цепи, выход которой соединен с входом порогового элемента, выход которого соединен с входом одновибратора, выход которого соединен с входом блока сигнализации, интегратор содержит накопительный конденсатор и два диода, одна обкладка накопительного конденсатора и анод первого диода объединены и соединены с входом и выходом блока, другая обкладка конденсатора соединена с нулевой шиной питания, катод первого диода соединен через n последовательно соединенных в прямом направлении диодов с нулевой шиной питания, в чувствительном элементе соотношение длины трубки и стержня находится в пределах 1:1-1,1-1,3, на другом конце стержня размещена масса, первая втулка размещена в средней части пьезокерамического элемента, вторая втулка размещена на другом конце пьезокерамического элемента, первая и вторая втулки размещены между корпусом и внешней поверхностью второй втулки.

Введение в устройство дифференцирующей цепи, элемента задержки, выполнение усилителя с переменным коэффициентом усиления, выполнение интегратора по схеме, содержащей цепочку из двух последовательно соединенных диодов и позволяющей формировать зависимость заряда конденсатора по закону, близкому к логарифмическому, особенности конструкции чувствительного элемента позволяют повысить чувствительность и функциональную надежность устройства.

На фиг. 1 представлена функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - временные диаграммы работы устройства; на фиг. 3 - электрическая схема интегратора; на фиг. 4 - чувствительный элемент устройства; на фиг. 5 - втулка с контактными элементами.

Устройство содержит чувствительный элемент 1, усилитель 2 с переменным коэффициентом усиления, амплитудный детектор 3, интегратор 4, дифференцирующую цепь 5, пороговый элемент 6, одновибратор 7, блок 8 сигнализации, содержащий, например, динамик 9, передатчик 10.

Интегратор 4 содержит конденсатор 11, диоды 12.1-12.n.

Чувствительный элемент содержит корпус 13, массу 14, стержень 15, пьезокерамический элемент 16, втулки 17 и 18, контактные элементы 19 и 20, электрические выводы 21 и 22, втулку 23.

Выполнение усилителя 2 с переменным коэффициентом усиления вызвано необходимостью регулировки коэффициента усиления из-за технологического разбора геометрических размеров и вида материалов пьезокерамического элемента 16 и стержня 15. Одновибратор 7 может быть выполнен на реле времени, которое служит для формирования временных интервалов на подачу тревожного сигнала. В случае использования устройства на транспортном средстве время задержки необходимо водителю, чтобы покинуть транспортное средство. При срабатывании сигнализации сигнал тревоги излучается динамиком 9 или передатчиком 10 ВЧ-сигналов.

Устройство работает следующим образом.

При возникновении вибраций на охранном объекте чувствительный элемент 1 формирует электрический сигнал, который усиливается усилителем 2, а затем после амплитудного детектора 3 сигнал накапливается на конденсаторе 11, а диоды 12.1-12.n предназначены для формирования зависимости заряда конденсатора 11 от вибрации по закону, близкому к логарифмическому, что повышает помехозащищенность устройства. Стабилизация порога чувствительности устройства достигается включением в прямом направлении n-го количества диодов, что позволяет исключить влияние электрических параметров конкретно применяемых электроэлементов. Дифференциальная цепь 5 выделяет скачки напряжения на конденсаторе 11.

Рассмотрим несколько случаев работы устройства, которые иллюстрирует фиг. 2:

а) величина вибрации постоянная (или отсутствует), напряжение на конденсаторе 11 не меняется, на входе узла 6 сигнала нет, тревога отсутствует (фиг. 2, а);

б) величина вибрации плавно меняется (от проезжающего автомобиля), напряжение на конденсаторе 11 медленно изменяется, на входе узла 6 сигнала нет, тревога отсутствует (фиг. 2,б);

в) вибрация резко изменяется, скачком изменяется напряжение на конденсаторе 11, через дифференцирующую цепь 5 на вход узла 6 проходит импульс, формируется сигнал тревоги (фиг. 2, в);

г) вибрация изменяется при сильном шуме (например, порыв ветра); благодаря логарифмическому закону скачок напряжения на конденсаторе 11 - U_c11 будет намного меньше и не достигнет порогового значения на входе узла 6. Сигнал тревоги не формируется.

Таким образом, предложенное устройство срабатывает не от определенного уровня вибрации, а от резкого его изменения, а схемное решение позволяет реализовать регулировку чувствительности устройства в зависимости от окружающих объект шума (вибраций).

Выбор соотношения длин трубки пьезокерамического элемента и стержня был осуществлен экспериментально с помощью испытаний опытных образцов чувствительных элементов 1.