Устройство для обнаружения объекта в контролируемой зоне

О П И С А Н И Е972539ИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик(23) Приоритет 1,51)М. Кд. С 08 В 13/24 Гаеударетмняый квинтет до делам язобретеяяя н открытияОпубликовано 07,11;82, Бюллетень Рй 41 Дата опубликования описания 07, 11. 82(72) Авторы изобретения Ленинградский ордена Ленина метрополитен"-" ф"1 1 им. В. И. Ленина(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ ОБЪЕКТА В КОНТРОЛИРУЕМОЙ ЗОНЕИзобретение относится к техническим средствам автоматизации, в частности к созданию устройств для обнаружения объектов, движущихся на конвейере,Известно устройство для сигнализации движения тел в поле передатчика, состоящее из передатчика электромагнитных ультравысокочастотных колебаний, приемника с антенной, навыходе которого формируется постоянное напряжение при постоянной напряженности поля, а при наличии движущегося предмета изменяется напряженность поля из приемной антенны ивыходное напряжение приемника модулируется и поступает на аналогоцифровой преобразователь. После соответствующих преобразований и фильтрации результирующий сигнал воздействуетна схему аварийной сигнализации 1,Недостатком такого устройства яв.ляется его сложность, так как оно имеет в своем составе такие сложныеблокикак передатчик; и приемникультравысокочастотных колебаний,аналого-цифровой преобразователь. Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретениюявляется емкостной блок объектногооборудования охранно-пожарной сигнализации "Комплекс-СК" (4), который 1 о содержит чувствительный элемент, генератор синусоидальных колебаний,ограничитель амплитуды, ключевой эле.мент, дифференцирующую цепь, селектор полярности, фильтр верхних частот, импульсный усилитель, демодуляторы, полосовой фильтр, арифметическое устройство, усилитель ультранизких частот, временной селектор ивыходной ключевой каскад.20При приближении объекта к сохраняемой зоне изменяется частота генератора синусоидальных колебаний,Последовательность импульсов отгенератора, проходя через ограничи -тель амплитуды, ключевой элемент,дифференцирующую цепь, селектор полярности, импульсивный усилитель идемодуляторы, преобразуется в изменение амплитуды импульсов, Далеесигнал усиливается , выпрямля"ется, селектируется по длительности и при превышении порогового значения открывает выходной ключевойкаскад. Чувствительность устройства от 0 до 2 м приприближении объекта со скоростью не менее 0,1 м/с 23.Недостатком известного устройства является малый диапазон чувствительности, величина которого зависит от скорости движения объекта в охраняемой доне и при скоростях менее 0,1 м/с устройство срабатывает только при соприкосновенииобъекта с чувствительным элементом,Недостатком также является необходимость применения прецизионногопорогового элемента,Цель изобретения - повышение чувствительности устройства, чтобы онообеспечивало фиксацию объектов вдиапазоне от нескольких метров до нескольких сантиметров при различныхскоростях движения обнаруживаемогообъекта 5 о 5 го 25 зо 35 ю 45 5 О 55 Поставленная цель достигается тем, что в устройство для обнаружения объекта в контролируемой зоне, содержащее чувствительный элемент, соединенный с контуром генератора синусоидальных колебаний, выход которого соединен с формирователем импульсов, выход которого соединен с од" ним из входов блока синхронизации, введен генератор прямоугольных импульсов и блок формирования сигналов тревоги, который выполнен в виде первого, второго, третьего и четвертого элементов И, синхронного Й 5-триггера, реверсивного счетчика, блока элементов НЕ, первого и второго элементов ИЛИ, выходы первого и второго элементов И соединены соответственно с суммирующим и вычитающим входами реверсивного счетчика, выходы которого соединены с соответствующими входами первого элемента ИЛИ, а через блок элементов НЕ - с соответствующими входами второго элемента ИЛИ, выходы первого и второго элементов ИЛИ соединены соответственно с первыми входами третье " го и четвертого элементов И, выходы которых соединены с первым и вторым входом синхронного К 5-триггера; выход которого соединен с выходом устройства для обнаружения объекта, выход старшего разряда реверсивногоВсчетчика соединен с вторыми входами третьего и четвертого элементов И, выход формирователя импульсов соединен с первыми входами первого и второго элементов И блока формирования сигналов тревоги, генератор прямоугольных импульсов соединен с другим входом блока синхронизации, соответствующие выходы которого соединены с вторыми входами первого и второго элементов И, блока формирования сигналов тревоги, третьим входом синхронного В 5-триггера блока формирования сигналов тревоги и установочным входом реверсивного ,счетчика блока формирования сигналов тревоги. Введение в устройство генераторапрямоугольных колебаний стабилизированного кварцем позволяет черезфиксированные промежутки времени подавать сигналы от генератора синусоидальных колебаний через формирователь поочередно сначала на суммирующий вход, а затем на вычитающийвход блока формирования сигнала тревоги, выполненного в виде реверсивного двоичного счетчика с дешифратором его состояний,Если в течение двух равных промежутков времени следующих один за другим в счетчике останется какой-либокод прямой или инверсный превышающийнесколько единиц, то это означает,что частота генератора синусоидальных колебаний изменилась из-за появления за это время в контролируемойзоне обнаруживаемого объекта.На фиг, 1 приведена структурная.схема устройства для обнаружения объекта в контролируемой зоне; наФиг, 2 - Функциональная схема блока формирования сигнала тревоги;на фиг. 3 - диаграммы работы блокаФормирования сигнала тревоги.Устройство содержит чувствительный элемент 1, выход которого соединен,с колебательным контуром генератора 2 синусоидальйых колебаний,выход генератора синусоидальных колебаний соединен с выходом формирователя 3 импульсов, выход которо9 6элементов НЕ 13 соединены с входами элемента ИЛИ 14. Кроме того, старший выход блока элементов НЕ 13, соединен с первым выходом элемента И 11,Выходы элементов ИЛИ 14 и 15 сое" динены соответственно с вторыми входами элементов И 10 и 11. Выход элемента И 11 соединен с 5 входами синхронного РБ-триггера 6, а выход элемента И 10 соединен с входом Р синхронного РБ-триггера 16,На вход 21 синхронного Р 5-триггера 16 подан сигнал синхронизации от блока 4 синхронизации, а выход 7 синхронного РБ-триггера 16 соединен с регистрирующим устройствомУстройство работает следующим образом.При включении питания устройства и отсутствии объекта в зоне обнару" жения генератор 2 синусоидальных ко" лебаний выдает на вход формирователя 3 импульсов синусоидальное нап. ряжение определенной частоты.формирователь 3 импульсов преобразует синусоидальные колебания в последовательность прямоугольных им - пульсов той же частоты и подает их на один из входов блока 4 синхронизации и информационный вход блока 5. 5 97253 го подключен к информационному входу блока 5 формирования сигнала тревоги и к одному из входов блока 4 синхронизации, выходы которого подключены к управляющим входам блока 5 формирования сигнала тревоги, а выход 7 его подключается к регистри" рующему устройству, генератор 6 прямоугольных импульсов стабилизированный кварцем, оЧувствительный элемент 1 выполнен в виде металлической пластины, Генератор 2 синусоидальных колебаний реагирует- на изменение емкости, вносимой в его колебательный контур, 15 при приближении объекта к чувствительному элементу.формирователь 3 импульсов преобразует синусоидальные колебания в прямоугольные, Генератор 6 прямоуголь 20 ных импульсов стабилизированный кварцем, имеет частоту несколько мего- герц.Блок синхронизации 4 вырабатывает сигналы, которые подключают выход 25 формирователя 3 импульсов к информационным входам блока 5 формирования сигнала тревоги и производит его опрос и сброс.Блок 5 формирования сигнала тре воги (на фиг. 2) состоит из элементов И 8-11, реверсивного счетчика 12, блока элементов НЕ 13 и ИЛИ 14 и 15 и синхронного РБ-триггера 16. Причем элементы И 10 и 11, НЕ 13, ИЛИ 14 и э 15 выполняют функции дешифратора состояний двоичного реверсивного счетчика 12.Информационный вход 17 блока 5 соединен с вторыми входами элементов ф И 8 и 9, На первый вход 18 элемента И 8 подан сигнал от блока 4 синхронизации, а на первый вход 19 элемента И 9 подан другой сигнал от блока 4 синхронизации. На вход 20 двоичного реверсивного счетчика 12 подан сигнал установки в ноль двоичного реверсивного счетчика 12 от блока 4 синхронизации4 Я И Прямые выходы разрядов двоичного реверсивного счетчика 12, за исключением, например, двух выходов млад- ших разрядов, соединены с соответст" вующими входами элементов НЕ 13 и ИЛИ 15. Кроме того, прямой выход старшего разряда двоичного реверсивного счетчика 12 соединен с первым выходом элемента И 10. Выходы блока На другой вход блока 4 синхронизации поступают импульсы от генератора прямоугольных импульсов стабилизи" рованного кварцем с частотой в .несколько мвгогерц.В блоке 4 синхронизации частота от генератора прямоугольных импульсов понижается до нужной величины и блок 4 выдает на свои управляю" щие выходы через фиксированные и равные промежутки времени импульсы разрешения на пропуск частоты от фор" мирователя 3 импульсов, а также им-" пульс на разрешение дешифрации ре" версивного счетчика и его сброс,При отсутствии объекта в зоне обнаружения ближайший первый им" пульс, поступивший от блока 4 на вход 18, разрешает проходить частоте, поступающей постоянно на информационный вход 17, через элемент И 8 на суммирующий вход двоичного реверсивного счетчика 12, до тех пор, пока не окончится импульс на входе 18.Затем с некоторым интервалом на вход 19 поступает импульс от блока 4, разрешающий проходить частоте .30 Если на всех подключенных выходах двоичного реверсивного счетчика12 нули, то на соответствующих им вы 50ходах:блока элементов НЕ 13 появляются единицы, которые переключают элемент ИЛИ 14 и на второй вход элемента И 10 поступает единица, кото рая не переключает элемент И 10, так как на первый вход его поступает нуль с выхода. старшего разряда двоичного реверсивного счетчика 12, На с входа 1, через. элемент И 9 на вычитающий вход двоичного реверсивного счетчика 12. После окончания импульса на входе 19 содержимое реверсивного двоичного счетчика 12 дол 3 жяо быть равно нулю. Однако изза девиации частоты следования импульсов, поступающих на вход 17 блока 5, которая зависит от изменений не контролируемых внешних усло вий, содержимое двоичного реверсивного счетчика 12 может Оказаться не равным нулю, Его содержимое равно величине ухода частоты генератора 2 синусоидальных колебаний, зависящего 1 З от внешних условий, за период Т (фиг, 3 а). Эта величина равна нескольким положительным или отри- , цательным единицам, поэтому выходы нескольких младших. разрядов дво ичного реверсивного счетчика 12, например двух, (на фиг. 2) не соединены с соответствующими входами блока элементов НЕ 13 и ИЛИ 15.Таким образом, на всех подключен ных выходах двоичного реверсивного счетчика 12 нули, если уход частоты был в сторону уменьшения, или все единицы, если уход частоты - в сторону увеличения.Если на всех подключенных выходах двоичного реверсивного счетчика 12 присутствуют единицы, то на соответствующих им входах элемен,та ИЛИ 15 появляются единицы, которые переключают элемент ИЛИ 15 и на второй вход элемента И 11 поступает единица, которая не переключает элемент И 11, так как на первый вход его поступает нуль с выхода старше го разряда блока элементов НЕ 13. Элемент И 10 тоже не переключается, так как на его второй вход поступает нуль,с выхода элемента ИЛИ 14 и по сигналу синхронизации, поступившему на вход 21, синхронный Р 5-триггер 16 на изменяет своего состояния.первый вход элемента И 11 поступаетединица от старшего выхода блока .элементов НЕ 13, но он тоже не переключается, так как на второй еговход поступает нуль с выхода элемента ИЛИ 15 и по сигналу, поступившему на вход 21, синхронныйР 5-триггер 16 не изменяет своего состояния.Затем по сигналу, поступившемуна вход 20, производится сброс внуль двоичного реверсивного счетчика 12 и период работы Т повторяется.При вхождении объекта в зону обнаружения последовательность работы блока 5 аналогична описанной, нона вычитающий вход двоичного реверсивного счетчика 12 поступит импульсов меньше, чем на его суммирующийвход в предшествующий момент времени,В двоичном реверсивном счетчике 12накапливается некоторое положительное число и на некоторых его выходах появляются единицы, которыепереключают элемент ИЛИ 15 и на второй вход элемента И 11 поступаетединица, Одновременно на первыйвход элемента И 11 поступает единица со старшего выхода блока элементов НЕ 13 и элемент И 11, переключившись, устанавливает синхронныйРб-триггер 16, по импульсу синхронизации поданному на его вход 21, в единичное состояние.При приближении объекта к центрузоны обнаружения проходит несколькопериодов Т работы устройства и положительное число, остающееся в двоичном реверсивном счетчика 12, увеличи.вается и в каждом периоде работыустройства синхронный РБ-триггер 16 устанавливается в .Исходное состояние,хотя Он находится В этом состояниипосле первого его срабатывания привторжении объекта в зоне обнаружения.После того, как объект минуетцентр зоны обнаружения и начнет отнего удаляться число остающееся вдвоичном реверсивном счетчике 12 отрицательное и на его выходе старшегоразряда и на выходах некоторых других разрядов двоичного реверсивногосчетчика 12 появляются единицы, а наостальных разрядах его устанавливаются нули.Единицы, поступившие на входы элемента ИЛИ 15, переключают его. Нули9 9725 же, поступившие на входы блока элементов НЕ 13, переключают элемент ИЛИ 14.Таким образом, на вторых входах элементов И 10 и 11 устанавливается по единице. Однако элемент И 11 не переключается, так как на первый его вход подан нуль с выхода старшего разряда блока элементов НЕ 13. Элемент И 10 переключается,в единичное состо яние, так как на первый его вход в это время подана единица с выхода старшего разряда двоичного реверсивного счетчика 12. Сигнал с выхода эле. мента И 10 по сигналу, поданному на 13 вход 21, синхронного РБ-триггера 16 сбрасывает этот триггер в нуль и регистрирующее устройство зафиксирует обнаружение объекта.Предлагаемое устройство использо вано в системе для учета пассажиров перевозимых эскалаторами станций метрополитенов. Параметры сигналов, приведенных на фиг. 3, при скорости движения объекта 1-1,5 м/с и частотах 25 информационного сигнала на входе 17 блока 5 700 кГц следующие: период работы блока синхронизации Т равен 80 мс, длительность импульсов (фиг. 3 а,б) равна 20 мс, а длитель- зо ность импульсов (фиг. 3 в,г) равна 5 мс. Формула изобретения Устройство для обнаружения объекта в контролируемой зоне, содержащее чувствительный элемент, соеди" ненный с контуром генератора синусоидальных колебаний, выход которого соединен через Формирователь импульсов с одним из входов блока синхронизации, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения чувствительности устройства, в него введен генератор прямоугольных импульсов и блок 39 10 формирования сигнала тревоги, которыйвыполнен в виде первого, второго, третьего и четвертого элементов И, синхронного ЙБ-триггера, реверсивногосчетчика, блока элементов НЕ, первого и второго элементов ИЛИ, выходыпервого и второго элементов И соединены соответственно с суммирующим ивычитающим входами реверсивного счетчика, выходы которого соединены с соответствующими входами первого элемента ИЛИ, а через блок элементовНЕ - с соответствующими входами второго элемента ИЛИ, выходы первого ивторого элементов ИЛИ соединены соответственно с первыми входами т"ретьего и четвертого элементов И, выходы которых соединены с первым и вторым входом синхронного ЙБ-триггера,выход которого соединен с выходомустройства для обнаружения объекта,выход старшего разряда реверсивногосчетчика соединен с вторыми входамитретьего и четвертого элементов И,выход Формирователя импульсов соединен с первыми входами первого и второго элементов И блока формированиясигнала тревоги , генератор прямоугольных импульсов соединен с другимвходом блока синхронизации, соответствующие выходы которого соединеныс вторыми входами первого и второгоэлементов И, блока формирования сигнала тревоги, третьим входом синхрон"ного ЙБ-триггера блока формированиясигнала тревоги и установочным входом реверсивного счетчика блока формирования сигнала тревоги,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Патент США М 4155078,340/561, 1976.2, Блок емкостной, Объектовоеоборудование охраннопожарной сигнализации. "Комплекс-СК", Техническоеописание и инструкция по эксплуатации.ДВ 3.063.000 то (прототип).972539 Составитель А. Сидоренко Техред М.Надь Корректор Ю. Макаренко улиц Редактор Н,аказ 8одписное 5 тная,филиал ППП "Патент", г, Ужгород, ул. Пр Тираж 642 ИИПИ Государственного к по делам изобретений и 113035, Москва, Ж, Рау