RU2712421C1

RU2712421C1 - Infrared active alarm system with protection against high-energy electromagnetic interference

Info

Publication number: RU2712421C1
Application number: RU2019112130A
Authority: RU
Inventors: Вадим Александрович Первунинских; Алексей Валерьевич Прыщак; Владимир Эристович Иванов; Николай Николаевич Хвесько; Максим Валерьевич Костоусов; Владимир Алексеевич Сергеев
Priority date: 2019-04-22
Filing date: 2019-04-22
Publication date: 2020-01-28

Abstract

FIELD: computer engineering.

SUBSTANCE: invention relates to the computer engineering. System consists of ground and underground parts. Ground part of the system forms a transmitting and receiving units, and the underground part of the system forms an electronic unit with a protective screen and a grounding electrode. Transmitting and receiving units form a light barrier by radiation and receiving N light beams. Transmitting unit comprises collimator lenses, and receiving unit – focusing lenses. Electronic unit comprises transmitters and receivers by number of light beams, as well as control and evaluation unit. Ground and underground parts of the system are connected by means of transport fiber-optic guides. Ground part of system is made with complete absence of electronic components and metal conductors, which provides stable protection against high-energy electromagnetic jamming.

EFFECT: protection of infrared active alarm system from high-energy electromagnetic interferences.

1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области охранной сигнализации, в частности к средствам тревожной сигнализации, предназначенным для обнаружения нарушителя, проникающего через зону обнаружения многолучевого инфракрасного (ИК) барьера и вызвавшего срабатывания средства тревожной сигнализации по факту прерывания лучей многолучевого ИК- барьера во время пересечения его нарушителем.The invention relates to the field of burglar alarm, in particular to means for alarming, designed to detect an intruder penetrating the detection zone of a multipath infrared (IR) barrier and triggering an alarm when the rays of the multipath infrared barrier are interrupted when the intruder crosses it.

Общеизвестны некоторые способы защиты инфракрасных активных систем от внешних электромагнитных помех, например, в промышленных системах связи. Известны системы атмосферной оптической связи, устанавливающие связь между двумя абонентами и обеспечивающие устойчивую работоспособность при засветках, радиоактивном облучении и изменении атмосферных свойств. К таким системам относятся, например, системы, описанные в патентах RU №№2154909, 2306672, 2313371, 2563587. Как правило, системы атмосферной оптической связи образуют каналы связи, содержащие на передающей стороне источники ИК- излучения (лазеры) с использованием коллиматорной оптики для расширения диаметра и формирования параллельного пучка света, а на приемной стороне - фокусирующие линзы с фотоприемниками. Некоторые системы атмосферной оптической связи выполнены с разделением составных частей (блоков) конструктивным образом на внешние (работающие на открытом воздухе) и внутренние (работающие в комнатных условиях) с целью защиты от атмосферных воздействий и внешних помеховых факторов. Электронные компоненты этих систем размещаются во внутренних блоках, выполняющих экранирование от внешних электромагнитных помех. Внешние и внутренние блоки систем соединяются с помощью транспортных волоконных световодов. Такие системы описаны, например, в патентах RU №№2187896, 2239285, 2306673,2311738,131257.It is well known that some methods of protecting infrared active systems from external electromagnetic interference, for example, in industrial communication systems. Atmospheric optical communication systems are known that establish communication between two subscribers and ensure stable performance during exposure, exposure to radiation and changes in atmospheric properties. Such systems include, for example, the systems described in RU Patent Nos. 2154909, 2306672, 2313371, 2563587. As a rule, atmospheric optical communication systems form communication channels containing infrared radiation sources (lasers) on the transmitting side using collimator optics for expanding the diameter and forming a parallel light beam, and on the receiving side - focusing lenses with photodetectors. Some atmospheric optical communication systems are designed to separate components (blocks) constructively into external (outdoor) and internal (indoor) in order to protect against atmospheric influences and external interference factors. The electronic components of these systems are housed in indoor units that are shielded from external electromagnetic interference. The external and internal blocks of the systems are connected using transport optical fibers. Such systems are described, for example, in patents RU No. 2187896, 2239285, 2306673,23111388.131257.

Сходными существенными признаками заявленной и вышеупомянутых систем являются: источники и приемники оптического излучения, коллиматорные линзы, фокусирующие системы, транспортные волоконные световоды.Similar essential features of the claimed and the aforementioned systems are: sources and receivers of optical radiation, collimator lenses, focusing systems, transport fiber optical fibers.

Следует отметить, что указанные способы защиты инфракрасных активных систем от электромагнитных помех не используются в настоящее время в средствах тревожной сигнализации из-за отсутствия возможности осуществления защиты при удаленном их расположения на открытой местности, например, при организации протяженных периметров для охраны объектов особой важности, расположенных вблизи источников электромагнитных помех высокой энергии. Кроме того, «комнатные условия», оговоренные в вышеупомянутых системах, не приемлемы для организации протяженных рубежей охраны на открытом воздухе.It should be noted that these methods of protecting infrared active systems from electromagnetic interference are not currently used in alarm systems because of the inability to protect them remotely in an open area, for example, when organizing extended perimeters to protect objects of special importance located near sources of high energy electromagnetic interference. In addition, the “room conditions” specified in the above systems are not acceptable for organizing extended security lines in the open air.

В области охранной сигнализации общеизвестны способы и устройства обнаружения нарушителей, заключающиеся в формировании на определенном участке многолучевого ИК- барьера с количеством лучей от 2 до 16. Многолучевой ИК- барьер обычно состоит из передатчика, содержащего несколько вертикально разнесенных ИК- излучателей, образующих лучи, и приемника, содержащего несколько вертикально разнесенных чувствительных к ИК- излучению элементов. Передатчик и приемник обычно конструктивно выполнены в виде колонок или башен, размещаемых на рубеже охраны.In the field of burglar alarms, well-known methods and devices for detecting intruders are the formation of a multipath infrared barrier with a number of rays from 2 to 16 in a certain area. A multipath infrared barrier usually consists of a transmitter containing several vertically spaced infrared emitters forming rays, and a receiver containing several vertically spaced infrared sensitive elements. The transmitter and receiver are usually structurally made in the form of columns or towers placed at the border of protection.

К подобным системам можно отнести, например, световой барьер для обнаружения объектов в контролируемой зоне «Light grid», описанный в патенте US №2005/0211883, МПК G06M 7/00, опубл. 2005 г. и содержащий первый корпус с заданным количеством передатчиков световых лучей с передающими оптическими объективами и второй корпус с заданным количеством приемников световых лучей с приемными объективами. Передатчики излучают световые лучи в инфракрасном диапазоне длин волн. Первый и второй корпуса светового барьера расположены на противоположенных краях контролируемой зоны. Для управления работой светового барьера используются блоки управления передатчиками и приемниками, расположенные соответственно, в первом и втором корпусах. Световые лучи передатчиков формируются таким образом, что попадают только на соответствующие приемники за счет узких пучков света. Световой барьер формирует сигнал обнаружения объекта при прерывании хотя бы одного светового луча.Such systems include, for example, the light barrier for detecting objects in the controlled zone "Light grid", described in US patent No. 2005/0211883, IPC G06M 7/00, publ. 2005 and comprising a first housing with a predetermined number of light ray transmitters with transmitting optical lenses and a second housing with a predetermined number of light ray receivers with receiving lenses. The transmitters emit light rays in the infrared wavelength range. The first and second cases of the light barrier are located on opposite edges of the controlled area. To control the operation of the light barrier, control units for transmitters and receivers are located in the first and second buildings, respectively. The light rays of the transmitters are formed in such a way that they only reach the respective receivers due to narrow beams of light. The light barrier generates an object detection signal when at least one light beam is interrupted.

Сходными существенными признаками являются: передатчики и приемники световых лучей, блоки управления передатчиками и приемниками.Similar essential features are: transmitters and receivers of light rays, control units for transmitters and receivers.

Недостатком светового барьера является отсутствие возможности его защиты от электромагнитных помех высокой энергии.The disadvantage of the light barrier is the lack of protection against electromagnetic interference of high energy.

Известна система расположения светового барьера «Light barrier arrangement», описанная в патенте US №2007/0200699, МПК G08B 13/18, G01J 1/04, опубл. 2007 г. и выбранная в качестве прототипа. Система содержит передающий и приемный блоки, образующие световой барьер. Передающий блок содержит определенное число передатчиков, излучающих световые лучи, а приемный блок содержит такое же число приемников для приема световых лучей. Передающий и приемный блоки кроме световых лучей связаны между собой еще дополнительным каналом интерфейса. Канал интерфейса физически может быть выполнен в виде радиоканала связи, оптического канала или с помощью проводной линии связи. Передающий блок содержит блок управления передатчиками, а приемный блок - блок оценки. При перекрытии хотя бы одного луча система регистрирует обнаружение объекта (нарушителя) с формированием выходного сигнала (тревоги).A known arrangement of the light barrier arrangement "Light barrier arrangement" described in US patent No. 2007/0200699, IPC G08B 13/18, G01J 1/04, publ. 2007 and selected as a prototype. The system contains transmitting and receiving units forming a light barrier. The transmitting unit contains a certain number of transmitters emitting light rays, and the receiving unit contains the same number of receivers for receiving light rays. The transmitting and receiving units, in addition to light rays, are interconnected by an additional channel of the interface. The interface channel can physically be made in the form of a radio communication channel, an optical channel, or using a wired communication line. The transmitting unit contains a transmitter control unit, and the receiving unit contains an evaluation unit. When at least one beam is blocked, the system registers the detection of an object (intruder) with the formation of an output signal (alarm).

Сходными существенными признаками заявленной и вышеупомянутой системы являются: передающий и приемный блоки, содержащие, соответственно, передатчики и приемники световых лучей, блок управления и блок обработки.Similar essential features of the claimed and the aforementioned system are: transmitting and receiving units containing, respectively, transmitters and receivers of light rays, a control unit and a processing unit.

Недостатком системы является отсутствие возможности защиты системы от электромагнитных помех высокой энергии.The disadvantage of the system is the inability to protect the system from electromagnetic interference of high energy.

Целью настоящего изобретения является защита инфракрасной активной системы тревожной сигнализации от электромагнитных помех высокой энергии.The aim of the present invention is to protect the infrared active alarm system from electromagnetic interference of high energy.

Для достижения этой цели в известное техническое решение введены новые существенные признаки, функциональные элементы и связи, которые позволяют защитить инфракрасную активную систему тревожной сигнализации от электромагнитных помех высокой энергии и расширить область применения системы для охраны протяженных рубежей и периметров особо важных объектов при возможности возникновения в близи них помех высокой энергии.To achieve this goal, new significant features, functional elements and communications have been introduced into the well-known technical solution, which make it possible to protect the infrared active alarm system from electromagnetic interference of high energy and expand the scope of the system to protect long lines and perimeters of especially important objects when possible in the vicinity them high energy interference.

Предлагаемая система позволяет также обеспечить электромагнитную совместимость (ЭМС) по жестким критериям с системами, являющимися источниками электромагнитных помех высокой энергии, такими как пункты дальней и космической связи, мощные наземные радары, радиолокационные станции и т.п.The proposed system also allows for electromagnetic compatibility (EMC) by stringent criteria with systems that are sources of high-energy electromagnetic interference, such as long-distance and space communications, powerful ground-based radars, radar stations, etc.

Защита инфракрасной активной системы от электромагнитных помех высокой энергии достигнута в предложенном варианте системы, которая содержит передающий и приемный блоки, разнесенные в пространстве и расположенные на противоположных сторонах зоны обнаружения, которые образуют световой барьер с помощью излучения и приема N - световых лучей, передатчики и приемники по числу световых лучей, соответственно, блок управления, выполненный с возможностью поочередного управления излучением передатчиков, и блок оценки, выполненный с возможностью обеспечения синхронного приема световых лучей приемниками с регистрацией обнаружения объекта нарушения при перекрытии хотя бы одного светового луча, в передающий блок включены коллиматорные линзы по числу N образованных световых лучей, в приемный блок включены фокусирующие линзы по числу N образованных световых лучей, блок управления и блок оценки объединены в один общий блок управления и оценки, N - выходов которого подключены к N - входам передатчиков, а N - входов этого блока подключены, соответственно, к N - выходам приемников, блок управления и оценки совместно с указанными передатчиками и приемниками объединены в один общий блок электронный, который выполнен с возможностью размещения в защитном экране с заземлителем, а система выполнена с возможностью разделения на наземную и подземную части, причем наземную часть системы образуют передающий и приемный блоки, которые размещаются на поверхности грунта, а подземную часть системы образует блок электронный с заземленным защитным экраном, наземная и подземная части системы соединяются с помощью транспортных волоконных световодов, причем N - выходов передатчиков подключены с помощью этих световодов к соответствующим N - коллиматорным линзам передающего блока, а N - входов приемников подключены, соответственно, к N - выходам фокусирующих линз приемного блока.The protection of the infrared active system from high-energy electromagnetic interference is achieved in the proposed version of the system, which contains transmitting and receiving units spaced in space and located on opposite sides of the detection zone, which form a light barrier by means of radiation and reception of N - light rays, transmitters and receivers according to the number of light rays, respectively, a control unit configured to alternately control the radiation of the transmitters, and an evaluation unit configured to To ensure synchronous reception of light rays by receivers with registration of detection of an object of violation when at least one light beam is blocked, collimator lenses are included in the transmitting block according to the number N of light rays formed, focusing lenses are included in the receiving block according to the number N of light rays formed, the control unit and the block estimates are combined into one common control and evaluation unit, N - outputs of which are connected to N - inputs of the transmitters, and N - inputs of this block are connected, respectively, to N - outputs of the receivers, control unit The phenomena and estimates together with the indicated transmitters and receivers are combined into one common electronic unit, which is arranged to be placed in a protective screen with an earthing switch, and the system is arranged to be divided into ground and underground parts, and the ground part of the system is formed by transmitting and receiving blocks, which placed on the ground surface, and the underground part of the system forms an electronic unit with a grounded protective shield, the ground and underground parts of the system are connected using transport fiber optical fibers, and N - outputs of the transmitters are connected with these optical fibers to the corresponding N - collimator lenses of the transmitting unit, and N - inputs of the receivers are connected, respectively, to the N - outputs of the focusing lenses of the receiving unit.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображено следующее.The invention is illustrated in the drawing, which shows the following.

На чертеже приведена структурная схема инфракрасной активной системы тревожной сигнализации, где введены обозначения: передающий блок - 1, приемный блок - 2, блок электронный - 3, передатчики - 4, приемники - 5, блок управления и оценки - 6, коллиматорные линзы - 7, фокусирующие линзы - 8, световые лучи - 9, транспортные волоконные световоды - 10, защитный экран - 11, заземлитель - 12.The drawing shows a structural diagram of an infrared active alarm system, where the designations are entered: transmitting unit - 1, receiving unit - 2, electronic unit - 3, transmitters - 4, receivers - 5, control and evaluation unit - 6, collimator lenses - 7, focusing lenses - 8, light rays - 9, transport fiber optical fibers - 10, protective shield - 11, ground electrode - 12.

Предложенная система работает следующим образом.The proposed system works as follows.

Система состоит из наземной и подземной частей (см. чертеж). Наземную часть системы образуют передающий 1 и приемный 2 блоки, а подземную часть системы образует блок электронный 3 с защитным экраном 11 и заземлителем 12. При организации охраняемого рубежа на открытой местности в определенном месте на поверхности грунта устанавливаются передающий 1 и приемный 2 блоки, разнесенные в пространстве и расположенные на противоположных сторонах создаваемой ими зоны обнаружения. Конструктивно блоки 1 и 2 могут быть выполнены в виде колонок, стоек или башен. Указанные блоки образуют в зоне обнаружения световой барьер с помощью излучения и приема N - световых лучей 9. Передающий блок 1 содержит коллиматорные линзы 7 по числу образованных световых лучей, а приемный блок 2 содержит фокусирующие линзы 8 по числу соответствующих световых лучей. Управляет работой системы блок электронный 3, расположенный в подземной части системы. Блок электронный 3 содержит N - передатчиков 4 по числу образованных N - световых лучей 9 и, соответственно, N - приемников 5. Наземная и подземная части системы соединяются с помощью транспортных волоконных световодов 10, с помощью которых на передающей стороне системы излучения от передатчиков 4 транслируются в передающий блок 1, где посредством коллиматорных линз 7 образуются световые лучи 9. После приема световых лучей 9 в приемном блоке 2 с помощью фокусирующих линз 8, транспортные волоконные световоды 10 на приемной стороне системы обеспечивают их трансляцию в направлении приемника 5 блока электронного 3. Передатчики 4 поочередно излучают, а приемники 5 синхронно принимают световые лучи 9 светового барьера. В качестве передатчиков могут использоваться лазеры или излучающие ИК - светодиоды, а в качестве приемников 5 - фотодиоды, работающие на соответствующей длине волны. Блок управления и оценки 6 обеспечивает управление поочередным излучением передатчиков 4, обеспечивает синхронный прием световых лучей приемниками 5 и регистрирует обнаружение объекта нарушения при перекрытии хотя бы одного светового луча 9. Канал связи по доставке сообщения от блока управления и оценки 6 до внешнего потребителя о выявленном нарушении не является существенным признаком предлагаемого изобретения и не обозначен на чертеже. Транспортные волоконные световоды 10 подключены в передающем блоке 1 к соответствующим коллиматорнным линзам 7, которые обеспечивают параллельные световые потоки в световых лучах 9 и расширяют их световой диаметр до размера апертур коллиматорных линз. Фокусирующие линзы 8 в приемном блоке 2 фокусируют световые потоки на торцы соответствующих транспортных волоконных световодов 10 и уплотняют световые потоки для дальнейшего прохождения их по световодам к соответствующим приемникам 5. Основным преимуществом предлагаемого изобретения перед другими системами тревожной сигнализации является полное отсутствие электронных компонентов (микросхем, транзисторов диодов, конденсаторов, резисторов и других электронных элементов), а также металлических проводников в наземной части системы. Отсутствие электронных компонентов и металлических проводников, тем самым, делает наземную часть системы устойчивой к электромагнитным помехам высокой энергии по самым жестким критериям устойчивости ЭМС. Защита подземной части системы, имеющей электронные компоненты, (блока электронного 3) обеспечивается с помощью защитного экрана 11, выполненного, например, в виде свинцовой оболочки, которая в свою очередь надежно заземлена с помощью заземлителя 12.The system consists of ground and underground parts (see drawing). The ground part of the system is formed by the transmitting 1 and receiving 2 blocks, and the underground part of the system is formed by an electronic 3 block with a protective screen 11 and an earthing switch 12. When organizing a guarded line in an open area in a certain place on the ground, transmitting 1 and receiving 2 blocks are separated space and located on opposite sides of the detection zone they create. Structurally, blocks 1 and 2 can be made in the form of columns, racks or towers. These blocks form a light barrier in the detection zone by radiation and receiving N - light rays 9. The transmitting unit 1 contains collimator lenses 7 according to the number of light rays formed, and the receiving unit 2 contains focusing lenses 8 according to the number of corresponding light rays. The electronic block 3, located in the underground part of the system, controls the system. The electronic unit 3 contains N - transmitters 4 according to the number of formed N - light rays 9 and, accordingly, N - receivers 5. The ground and underground parts of the system are connected using transport fiber optical fibers 10, with which they are transmitted from the transmitters 4 on the transmitting side of the system to the transmitting unit 1, where light beams 9 are formed by means of collimator lenses 7. After receiving the light beams 9 in the receiving unit 2 using focusing lenses 8, transport fiber optical fibers 10 on the receiving side of the system provide t them transmitted towards the receiver unit 5 of the electronic 3. transmitters alternately emit 4 and receivers 5 synchronously receiving light rays 9 photocell. As transmitters, lasers or emitting IR - LEDs can be used, and as receivers 5 - photodiodes operating at the corresponding wavelength. The control and evaluation unit 6 provides control of the alternating radiation of the transmitters 4, provides synchronous reception of light rays by the receivers 5, and registers the detection of a violation object when at least one light beam is blocked 9. A communication channel for the delivery of a violation from the control and evaluation unit 6 to an external consumer is not an essential feature of the invention and is not indicated in the drawing. Transport fiber optical fibers 10 are connected in the transmitting unit 1 to the respective collimator lenses 7, which provide parallel light fluxes in the light rays 9 and expand their light diameter to the size of the apertures of the collimator lenses. The focusing lenses 8 in the receiving unit 2 focus the light fluxes onto the ends of the respective transport fiber optical fibers 10 and compress the light fluxes for their subsequent passage through the optical fiber to the corresponding receivers 5. The main advantage of the present invention over other alarm systems is the complete absence of electronic components (microcircuits, transistors diodes, capacitors, resistors and other electronic elements), as well as metal conductors in the ground part of the system. The absence of electronic components and metal conductors, thereby making the ground part of the system resistant to electromagnetic interference of high energy according to the most stringent EMC stability criteria. The protection of the underground part of the system having electronic components (electronic unit 3) is ensured by a protective shield 11, made, for example, in the form of a lead sheath, which in turn is reliably grounded using an earthing switch 12.

Действующий лабораторный макет предлагаемой системы подвергался всесезонным испытаниям в течение одного года. Была подтверждена устойчивая работоспособность действующего лабораторного макета в условиях воздействия электромагнитных помех высокой энергии.The current laboratory layout of the proposed system was subjected to year-round testing for one year. The stable performance of the existing laboratory model under the influence of high-energy electromagnetic interference was confirmed.

Введенные в известную систему дополнительные признаки и функциональные связи позволяют придать предлагаемой системе новые существенные свойства и расширить область применения системы.The additional features and functional relationships introduced into the known system make it possible to give the proposed system new significant properties and expand the scope of the system.

Claims

Инфракрасная активная система тревожной сигнализации с защитой от электромагнитных помех высокой энергии, содержащая передающий и приемный блоки, разнесенные в пространстве и расположенные на противоположных сторонах зоны обнаружения, которые образуют световой барьер с помощью излучения и приема N световых лучей, передатчики и приемники по числу световых лучей соответственно, блок управления, выполненный с возможностью поочередного управления излучением передатчиков, и блок оценки, выполненный с возможностью обеспечения синхронного приема световых лучей приемниками с регистрацией обнаружения объекта нарушения при перекрытии хотя бы одного светового луча, отличающаяся тем, что в передающий блок включены коллиматорные линзы по числу N образованных световых лучей, в приемный блок включены фокусирующие линзы по числу N образованных световых лучей, блок управления и блок оценки объединены в один общий блок управления и оценки, N выходов которого подключены к N входам передатчиков, а N входов этого блока подключены соответственно, к N выходам приемников, блок управления и оценки совместно с указанными передатчиками и приемниками объединены в один общий блок электронный, который выполнен с возможностью размещения в защитном экране с заземлителем, а система выполнена с возможностью разделения на наземную и подземную части, причем наземную часть системы образуют передающий и приемный блоки, которые размещаются на поверхности грунта, а подземную часть системы образует блок электронный с заземленным защитным экраном, наземная и подземная части системы соединяются с помощью транспортных волоконных световодов, причем N выходов передатчиков подключены с помощью этих световодов к соответствующим N коллиматорным линзам передающего блока, а N входов приемников подключены соответственно, к N выходам фокусирующих линз приемного блока.Infrared active alarm system with protection against high-energy electromagnetic interference, containing transmitting and receiving units spaced in space and located on opposite sides of the detection zone, which form a light barrier by radiation and reception of N light rays, transmitters and receivers according to the number of light rays accordingly, a control unit configured to alternately control the radiation of the transmitters, and an evaluation unit configured to provide synchronous on the reception of light rays by receivers with registration of detection of an object of violation when at least one light beam is blocked, characterized in that the transmitting unit includes collimator lenses in the number N of light rays formed, the receiving unit includes focusing lenses in the number N of light rays formed, a control unit and the evaluation unit are combined into one common control and evaluation unit, the N outputs of which are connected to the N inputs of the transmitters, and the N inputs of this unit are connected respectively to the N outputs of the receivers, the control unit and estimates together with the specified transmitters and receivers are combined into one common electronic unit, which is arranged to be placed in a protective screen with an earthing switch, and the system is configured to be divided into ground and underground parts, and the ground and side parts of the system are formed by transmitting and receiving blocks, which are placed on the ground surface, and the underground part of the system is formed by an electronic unit with a grounded protective screen, the ground and underground parts of the system are connected using transport fiber light D, whereby the N outputs of the transmitters are connected using these optical fibers to the corresponding N collimator lenses of the transmitting unit, and the N inputs of the receivers are connected respectively to the N outputs of the focusing lenses of the receiving unit.