фотоэлектронное устройство охранной сигнализации

Формула изобретения

1. Фотоэлектронное устройство охранной сигнализации, содержащее излучатель и последовательно расположенные светофильтр, приемник, выполненный на фотоэлементе и полосовом усилителе, пороговый блок и узел тревожной сигнализации, отличающееся тем, что выход приемника соединен с входом порогового блока через блок компенсации, выполненный в виде последовательно соединенных компенсирующего усилителя, блока выборки и хранения, выход которого через интегратор соединен с инвертирующим входом компенсирующего усилителя, при этом вход компенсирующего усилителя и выход блока выборки и хранения являются соответственно входом и выходом блока компенсации.

2. Фотоэлектронное устройство по п. 1, отличающееся тем, что дополнительно содержит линзы, установленные соответственно перед излучателем и приемником на фокусных расстояниях.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области охранной сигнализации.

Известны устройства охранной сигнализации о вторжении в охраняемую зону, основанные на принципе регистрации оптического излучения [1, 2] В пассивном устройстве [1] регистрируется тепловое излучение объектов. Это устройство содержит два фотоприемника (два фоторезистора), усилитель, пороговое устройство, схему временной задержки, исполнительный элемент. Устройство [2] является активным: оно содержит также излучатель и регистрирует отраженное от объекта это излучение.

Недостатком известных устройств [1, 2] является то, что они могут срабатывать от изменения фоновой обстановки в отсутствие человека (например, при колебании температуры, освещенности).

Наиболее близким к заявленному является активное устройство [3] содержащее излучатель, а также последовательно расположенные светофильтр, приемник, выполненный на фотоэлементе и полосовом усилителе, блок сравнения сигналов и узел тревожной сигнализации. Устройство [3] принимаемое за прототип, срабатывает и сигнализирует при наличии в охраняемой зоне любого объекта, даже если этот объект неподвижный. Дальность действия этого устройства ограничена (не превышает, как правило, 1,5 м).

Целью изобретения является обеспечение возможности обнаружения только движущихся объектов за счет регистрации дифференцированного сигнала. Так, в ряде применений необходимо сигнализировать только о движущемся объекте (реагировать только на появление человека либо на открывание дверей в охраняемой зоне).

Эта функция реализуется в заявленном устройстве.

Сущность изобретения заключается в том, что в фотоэлектронное устройство охранной сигнализации, содержащее излучатель, а также последовательно расположенные светофильтр, приемник, выполненный на фотоэлементе и полосовом усилителе, пороговый блок и узел тревожной сигнализации, между приемником и пороговым блоком дополнительно введен блок компенсации, состоящий из последовательно соединенных компенсирующего усилителя и схемы выборки-хранения, выход которой подключен через интегратор к второму входу компенсирующего усилителя, образуя цепь обратной связи, причем первый вход компенсирующего усилителя, соединенный с выходом полосового усилителя, является входом блока компенсации, его выходом является выход схемы выборки-хранения.

Особенностью устройства является возможность увеличения дальности действия за счет установки перед излучателем и приемником двух линз так, что излучатель и приемник (излучающая и фоточувствительная поверхности расположены в фокальных плоскостях этих линз).

Введение в состав устройства блока компенсации на основе схемы выборки-хранения и интегратора позволяет вычесть на входе порогового блока постоянную составляющую и добиться регистрации только переменной составляющей, которая возникает при движении объектов в охраняемой зоне.

На фиг. 1 изображена блок-схема заявляемого устройства, на фиг. 2a - эпюра сигнала U₆ на выходе полосового усилителя 6, на фиг.2б эпюра сигнала U₈ на выходе компенсирующего усилителя 8, на фиг.2в эпюра сигнала U₉ на выходе схемы выборки-хранения 9. На фиг. 3 приведен пример принципиальная электрическая схема устройства.

Фотоэлектронное устройство охранной сигнализации содержит излучатель 1, состоящий из излучающего элемента 2 (например, светодиода), подключенного к нему генератора импульсной накачки 3, приемник 4, в состав которого входит фотоэлемент 5 и последовательно включенный с ним полосовой усилитель 6. Выход полосового усилителя 6 (являющегося одновременно и выходом приемника) подключен к блоку компенсации. Блок 7 содержит последовательно включенные компенсирующий усилитель 8 и схему выборки-хранения 9, которые охвачены цепью обратной связи интегратором 10. При этом компенсирующий усилитель 6 имеет два входа: первый вход является входом блока компенсации, а к второму входу (инвертирующему) подключена обратная связь интегратор 10. Выход блока компенсации соединен с входом порогового блока 11, а выход порогового блока 11 с входом узла тревожной сигнализации 12. Последний содержит любой исполнительный элемент, подающий тревогу. На фиг. 1 изображены два параллельных исполнительных элемента: блок внутренней сигнализации 13 (подающий, например, звуковой сигнал тревоги) и блок внешней коммутации 14 (для подключения внешних систем охранной сигнализации).

Перед излучателем 1 и фотоэлементом 5 на фокусном расстоянии от их излучающей и фоточувствительной поверхностей расположены линзы (15", 15"); перед фотоэлементом 5 (или перед линзой 15" фотоэлемента 5) расположен светофильтр 16 с полосой пропускания, согласованной с излучением излучателя 1.

В качестве фотоэлемента 5 можно использовать любой фотоприемник, например фотодиод. Полосовой усилитель 6 может содержать первый предварительный каскад, согласованный по импедансу и шумам с фотодиодом. Блоки 3 14 могут быть выполнены на различных радиоэлектронных компонентах по разным электрическим схемам, обеспечивая при этом указанные функциональные преобразования сигнала. Питание устройства может быть как внутренним, так и внешним.

Устройство работает следующим образом. Генератор импульсной накачки 3 генерирует короткие импульсы тока длительности T_c, существенно меньше периода следования T_п(T_c<T). Эти импульсы приводят к оптической генерации излучающего элемента (светодиода) 2. Так как он расположен в фокусе линзы 15", то устройство излучает направленный тонкий луч. При наличии в зоне этого пучка стационарного (неподвижного) предмета излучение отражается и фокусируется линзой 15" на фотоэлементе (фотодиоде) 5, причем фильтр 16 не пропускает посторонних оптических воздействий. Фотоэлемент 5, полосовой усилитель 6 практически повторяют по форме оптические импульсы (фиг. 2а). Повторяет этот сигнал на своем выходе и компенсирующий усилитель 8, но смещая сигнал вниз на некоторую постоянную составляющую U_пост, которая подается на второй (инвертирующий) вход компенсирующего усилителя 8 с выхода интегратора 10 (фиг. 2б). Постоянная составляющая U_пост генерируется с помощью схемы выборки-хранения 9 (фиг. 2в). Эта схема запоминает на периоде T_п значения амплитуды каждого импульса U_A, так что при включении устройства U_пост U_A. Интегратор 10 "сглаживает" во времени это напряжение. Т.к. компенсирующий усилитель 8 и схема выборки-хранения 9 охвачены обратной связью через интегратор 10, то U_A U_пост и напряжение на выходе блоков 8, 9 (в установившемся состоянии) практически равно нулю. Компенсация схемы в стационарном (установившемся) режиме происходит автоматически: чем больше оптический сигнал и амплитуда U_A, тем больше U_пост. После того как в схеме произойдет автоматическая компенсация, необходимо включить пороговый блок 11 оно готово для выдачи сигнала при появлении движущегося предмета.

Пусть теперь в зоне пучка излучения (в охраняемой зоне) появляется движущийся предмет (человек, открывающаяся дверь и т.д.). Это приводит к увеличению отраженного сигнала. Так как интегратор 10 имеет большую постоянную времени t_н (t_н > T_п), то он не успевает отследить изменение амплитуды импульса , постоянная составляющая по-прежнему остается равной U_пост U_A. Поэтому на выходе схемы выборки хранения 9 возникает дополнительное напряжение . Реализована поставленная задача - устройство сигнализирует только о движущемся объекте: от напряжения - U_пост срабатывает пороговый блок 11, что приводит к срабатыванию узла тревожной сигнализации 12 (блоки внутренней сигнализации 13 и внешней коммутации 14).

Пример (фиг.3).

Генератор импульсной накачки 3, выполненный на микросхеме КР1006ВИ1 и двух транзисторах КТ973 и КТ819, генерирует с периодом T_п 20 мс короткие импульсы тока длительности T_c 20 мкс и большой амплитуды (8 A). В качестве излучающего элемента 2 использован светодиод АЛ123, обеспечивающий при указанном токе мощность излучения 250.500 мВт. Линзы 15", 15" имеют диаметр 30 мм и фокусное расстояние 35 мм. Оптический фильтр 16 выполнен из оптического стекла ИКС-1 толщиной 0,5 мм, так что он "обрезает" видимый спектр и пропускает излучение светодиода 2 (длиной волны 0,85 0,94 мкм). В качестве фотоэлемента 5 использован кремниевый фотодиод с фоточувствительной площадкой диаметром 2 мм. Полосовый усилитель 6 имеет первый каскад, выполненный на микросхеме 544 УД1, охваченной обратной связью 240 кОм. Второй каскад усилителя 6 выполнен на микросхеме 1407 УДЗ; RC-цепи формируют полосу 30 40 кГц, согласованную со спектром сигнала. Для подавления оптических помех от осветителей частотой 100 Гц встроен фильтр-пробка на эту частоту. Компенсирующий усилитель 8 собран также на микросхеме 1407 УДЗ; схема выборки-хранения 9 на микросхеме 1100 СК2; интегратор 10 на микросхеме 140 УД17. Блоки 11, 13 и 14 собраны на микросхемах 521 СА3, 564, ЛА7, 564 ТМ 2. Блок внутренней сигнализации 13 является звуковым: в нем применен динамик мощностью 0,5 Вт. В устройстве имеется также внутренний блок питания, обеспечивающий преобразование сетевого напряжения 220 В в напряжение +15 В, необходимое для питания всех микросхем. Блок внешней коммутации 14 имеет разъем для подключения устройства внешней сигнализации с контактами "нормально замкнуто" и "нормально разомкнуто".

Устройство, изготовленное по описанной электрической и оптической схемам, монтировалось в корпус с габаритами 250х100х60 мм. Оно имело дальность действия не менее 10 м, поле зрения 2 град. Использование уголкового отражателя диаметром не менее 50 мм, устанавливаемого в поле зрения устройства, повышало дальность действия до 25 м.

Устройство может применяться для охраны жилых, общественных и служебных помещений (комнат, коридоров, гаражей, дач, складов, ворот). Возможно промышленное применение, в частности обеспечение техники безопасности (охрана опасных зон).

Литература

1. Патент США N3745550, кл.G08B 13/18, 10.07.73.

2. Авторское свидетельство СССР N 525984, кл.G08B 13/18, 31.03.75.

3. Заявка о выдаче патента на изобретение N 08628844, кл.G08B 13/18, 14.06.92 (прототип).