Принципиальные и функциональные схемы систем охраны

В качестве примера рассмотрим схемы построения радиоволновых и ультразвуковых систем на примере “Купол”, “Конус-3М” и “ДУЗ-4М-1”. Полные принципиальные и электрические схемы с номиналами элементов представляют конфеденциальную информацию.

Функциональная схема система “Купол” приведена на рис. 23 и выполнена по гетеродинной схеме (см. рис. 24) с нулевой промежуточной частотой.

Схема содержит помимо приемо-передающего узла:

стабилизатор питающего напряжения и схему обработки доплеровского сигнала, включающую входной усилитель, основной усилитель, детектор уровня со световым индикатором доплеровского и тревожного сигнала, интегратор на диодно-емкостной накопительной цепочке, формирователь сигнала тревоги, исполнительный блок с реле в нагрузке, блок контроля питания, блок сброса, разделительный и ключевой блоки.

Смесительный диод (АА121А) работает с начальным смещением по постоянному току, задаваемым резистивной цепью (R₁, R₂).

Режим работы по постоянному току входного усилителя, собранного на биполярном транзисторе (V_T1) по схеме с общим эмиттером, обеспечивается базовым высокоомным делителем. Основной усилитель (на операционном усилителе К553УД2 с однополярным питанием) гальванически связан с выходом входного усилителя неинвертирующим входом. Инвертирующий вход через резисторы и конденсатор (R₆, R₇, C₂) подключен к общей шине питания, а через резистор обратной связи (R₈) - к выходу. При этом на выходе ОУ устанавливается напряжение, близкое к половине питающего за счет отслеживания выходного напряжения на инвертирующем входе с помощью конденсатора (C₄). Для расширения рабочей полосы частот до инфранизких, емкость (C₂), соединяющая через резисторы вывод ОУ с массой, выбирается порядка нескольких микрофарад. Конденсатор (C₃) в цепи обратной связи обеспечивает спад усиления в области верхних частот рабочего диапазона.

В исходном дежурном состоянии генератор приемо-передающего модуля (на диоде Ганна типа АА736Б) излучает электромагнитную энергию в охраняемую зону и, если в ней нет движущихся объектов, то на выходе основного усилителя отсутствует низкочастотный доплеровский сигнал. Транзистор V_T2 детектора уровня закрыт, накопительный конденсатор (C₁₀) интегратора разряжен, транзистор формирователя сигнала тревоги (V_T4) закрыт, выходной транзистор ждущего мультивибратора (V_T5) - открыт и насыщен, а транзистор исполнительного блока (V_T6) открыт. Если напряжение питания находится в пределах допустимых отклонений от номинала, то транзистор блока контроля напряжения питания (V_T7) также открыт. В результате обмотки реле (KV) находятся под током и его выходные контакты (1 и 2) замкнуты. При этом конденсатор блока задержки (С₉) заряжен до напряжения, близкого к напряжению питания и равному падению напряжения на обмотке реле (транзистор ключевого блока (V_T3) закрыт).

При появлении в охранной зоне движущегося объекта, отраженный от него сигнал принимается и преобразуется в низкочастотный доплеровский сигнал смесителем приемо-передающей головки, усиливается входным и основным усилителями и подается на вход детектора уровня. При превышении сигналом заданного уровня детектор (V_T2) открывается в положительные полупериоды входного напряжения на время превышения порогового уровня, вызывая импульсное свечение светодиода. Это свидетельствует о наличии в тракте доплеровского сигнала, вызванного движущимся объектом. Возникающие на коллекторе детектора уровня (в момент его закрывания) положительные импульсы заряжают накопительный конденсатор интегратора (C₁₀). При этом, с появлением первого положительного импульса дозирующий (C₈) и накопительный (C₁₀) конденсаторы заряжаются через диод (V_D7).

В промежутках между импульсами дозирующий конденсатор быстро разряжается через диод (V_D6) и транзистор (V_T3), а накопительный конденсатор остается заряженным. Каждый последующий положительный импульс (на коллекторе V_T2) снова заряжает оба конденсатора. В общем случае при поступлении со смесителя доплеровского сигнала, превышающего пороговый уровень детектора, напряжение на накопительном конденсаторе принимает вид ступенчатой экспоненты, амплитуда которой по мере заряда уменьшается. Если длительность действия доплеровского сигнала достигает установленной и определяемой временем заряда накопительного конденсатора до напряжения срабатывания формирователя сигнала тревоги, то он срабатывает и запускает исполнительный блок. При этом реле обесточивается и выходные контакты размыкаются, что соответствует выдаче тревожного сигнала во внешнюю цепь контроля. Одновременно на выходе исполнительного блока относительно общего провода выделяется импульс тревожного сигнала-спада положительного напряжения до нуля. Длительность этого сигнала определяется временем заряда конденсатора (C₁₁).

По окончании тревожного сигнала, вследствие перезаряда конденсатора С₁₁, отрицательный потенциал на его левой обкладке попадает через диод V_D12 к накопительному конденсатору C₁₀, разряжая его до нуля. С выхода исполнительного блока - коллектора V_T7 импульс тревожного сигнала одновременно поступает на вход разделительного блока, который разделяет его фронты. В момент переднего фронта диод V_D8 этого блока открывается и, т.к. его прямое сопротивление намного меньше сопротивления резистора R₁₂, конденсатор С₉ блока задержки быстро разряжается через диод и обмотку реле, а база транзистора V_T3 получает смещение относительно эмиттера вследствие соединения с общей шиной питания. Транзистор V_T3 открывается до насыщения, шунтируя переход эмиттер-коллектор транзистора V_T2. Светодиод V_D4 переходит в режим непрерывного свечения за счет коллекторного тока V_T3, сигнализируя о выдаче тревожного сигнала. По окончании тревожного сигнала в момент его заднего фронта, транзистор V_T6 открывается и на его коллекторе (обмотка KV) возникает положительный скачок напряжения, которым начинает заряжаться конденсатор С₉ блока задержки через высокоомный резистор R₁₂ разделительного блока и открытые транзисторы V_T8 и V_T7. Постепенно нарастающее напряжение положительной полярности, выделяемое на R₁₂ за счет зарядного тока конденсатора С₉ прикладывается к базе V_T3 ключевого блока, поддерживая его некоторое время в прежнем открытом состоянии и после окончания тревожного сигнала. Это время задержки определяется временем заряда С₉ до напряжения закрывания транзистора V_T3. В итоге ключевой блок закрывается, восстанавливая цепь прохождения сигнала на интегратор, а светодиод V_D4 гаснет. Контакты реле возвращаются в исходное состояние. Если в это время со смесителя продолжает поступать доплеровский сигнал в рабочей полосе частот достаточной амплитуды и длительности действия (из-за перемещения объектов в охранной зоне), то описанный выше процесс повторяется и выдается сигнал тревоги во внешнюю цепь контроля, с одновременной индикацией тревоги с помощью светодиода, установленного на лицевой панели извещателя.

Извещатель имеет 2 элемента оперативной регулировки электрических параметров схемы и определяемых ими тактико-технических характеристик прибора - дальности “Д” и задержки “З”.

Регулятор дальности - R₇, изменение величины которого приводит к изменению коэффициента усиления приемного тракта и, следовательно, к изменению чувствительности извещателя к уровням отраженных сигналов, зависящих от расстояния до объекта.

Регулятор задержки выполнен на резисторе (R₁₁), изменение величины которого изменяет время заряда накопительного конденсатора интегратора до порога срабатывания формирователя сигнала тревоги.

Кроме того, к числу оперативных регулировок можно отнести установочный кронштейн с шаровым шарниром-фиксатором, позволяющим оперативно изменять и фиксировать направление.

Возможны три основные варианта расположения извещателя в помещении:

- размещение, при котором зона обнаружения касается стен, т.е. линейные размеры помещения меньше линейных размеров зоны обнаружения. В этом случае в результате переотражения мощности помещение полностью заполняется энергией и незаблокированные извещателем проходы в помещении отсутствуют. Такой вариант размещения используют для защиты сравнительно небольших помещений;

- размещение, при котором зона обнаружения не касается стен, т.е. линейные размеры помещения больше линейных размеров зоны обнаружения. В этом случае охраняются лишь предметы, находящиеся в зоне обнаружения, а вдоль стен могут существовать незаблокированные проходы. Этот вариант рекомендован для защиты одиночных объектов либо группы предметов на ограниченной площади, а также дистанционной охраны наиболее опасных направлений проникновения нарушителя;

- размещение, при котором зона обнаружения одной стороной касается стены (границы помещения), а другой свободно размещается в пространстве. В этом случае защищаемая зона образуется вдоль стены, и такой вариант рекомендован для защиты стенных проемов, витрин и т.п.

Внешний вид излучателя типа “Купол”с габаритными размерами приведен на рис. 25

Рис. 25

При использовании различных литеров излучателей схема размещения системы в больших помещениях на 3 и более излучателей приведена на рис. 26.

Рис. 26

Система “Конус-3М” состоит из следующих основных частей (см. рис. 27):

Передатчиков и приемников двух или более каналов, блока электронного и схемы питания (с узлом резервного питания).

Передатчики состоят из генераторов, антенн и систем управления автономного контроля работоспособности.

Приемники строятся по схеме прямого детектирования и содержат антенны, входные резонансные фильтры, детекторы и усилители огибающей. Электронный блок включает в себя: импульсный логарифмический усилитель, эмиттерный повторитель, синхронные детекторы с повторителями и фильтрами доплеровской частоты, униполярные коммутирующие ключи с импульсными усилителями и одновибраторами; схемы И, ИЛИ с инвертором и схемой запрета и накопителями; различные коммутирующие и управляющие схемы для включения сигнала тревоги, запуска схемы контроля, синхронизации и включения резервного питания.

Работу схемы рассмотрим на примере работы одного из каналов.

На передатчик, состоящий из генератора СВЧ и передающей антенны, по кабелю от блокинг-генератора схемы управления, расположенного в электронном блоке, поступает импульсное напряжение питания с параметрами: частота следования 200 - 300 Гц, длительность 200 - 400 мкс. Импульсы, поступая в передатчик, преобразуются генератором СВЧ в радиопосылки с частотой заполнения f₀ 1 МГц. При помощи передающей антенны радиоимпульсы излучаются в охраняемое пространство.

В сигнализаторе применено временное разделение работы приемо-передающих каналов, что устраняет взаимное влияние их при установке и работе. Предусмотрено также временное разделение работы приемо-передающих каналов двух сигнализаторов, установленных в одном помещении и соединенных цепью синхронизации.

Симметричный мультивибратор схемы управления, работающий в режиме автоколебаний, вырабатывает импульсы с частотой следования 400 - 600 Гц. Продифференцированные импульсы с правого плеча мультивибратора запускают триггер схемы управления, который управляет работой блокинг-генераторов обоих приемо-передающих каналов. Продифференцированные импульсы с левого плеча мультивибратора используются для запуска триггера схемы управления, находящегося в электронном блоке второго сигнализатора, работающего в режиме синхронизации.

Часть энергии СВЧ колебаний, излучаемых передатчиком, вместе с отраженной от неподвижных предметов энергией поступает на вход приемника, состоящего из приемной антенны, входного резонансного фильтра, детектора и усилителя. Напряжение огибающей СВЧ колебаний в виде импульсов поступает на вход усилителя, который усиливает их до уровня, достаточного для передачи по соединительному кабелю от приемника до электронного блока.

Разнесенные во времени сигналы с приемников обоих каналов поступают на вход импульсного логарифмического усилителя, где они усиливаются до величины, необходимой для последующей обработки. Применение логарифмического усилителя обеспечивает требуемую зависимость между значением выходного напряжения и амплитудой сигнала на выходе. При этом достигается постоянство приращения напряжения на выходе усилителя при одинаковом относительном изменении сигнала на входе вне зависимости от уровня входного сигнала (при условии, что входной сигнал лежит в пределах динамического диапазона усилителя). Это обеспечивает постоянную чувствительность сигнализатора в широком диапазоне входных сигналов и позволяет увеличивать межподстроечное время сигнализатора, а также, дает возможность в значительной степени изменять загрузку охраняемого помещения без изменения места расположения приемника и передатчика.

Уровень сигнала на входе логарифмического усилителя (ЛУ) можно регулировать с помощью переменного резистора, установленного на лицевой панели электронного блока (ВХ.УР.).

После ЛУ происходит разделение сигналов 1-го и 2-го каналов с помощью синхронного детектора (СД), управляемого с того же блокинг-генератора, от которого питается генератор СВЧ. Эмиттерные повторители (ЭП) 2-х каналов предназначены для согласования входного и выходного сопротивлений соответствующих узлов. Напряжение на выходе эмиттерных повторителей характеризует уровень СВЧ энергии, поступающий в антенны приемников. При движении человека в охраняемом помещении напряжение на выходе ЭП будет изменяться, т.е. будет иметь место амплитудная модуляция. При помощи фильтров Ф_1,2, имеющих полосы пропускания от 0,05 до 10 Гц, выделяется спектр частот, характерный для сигналов от человека, движущегося со скоростью 0,05 - 5 м/c. Ввиду трудности прямого усиления НЧ сигналов, напряжение с выхода Ф_1,2 преобразуется в последовательность импульсов с помощью униполярного коммутирующего ключа (УК_1,2), управляемого мультивибратором (МВ), и усиливается импульсным усилителем. Эти импульсы поступают на вход одновибратора ОВ и, при достижении уровня, достаточного для запуска ОВ, запускают его. Одновременно с этим на ключ К от одновибратора ОВ подается напряжение, которое удерживает его в открытом состоянии в течении всего времени выдержки одновибратора (примерно 50 мс). За это время конденсаторы фильтра успевают перезарядиться, в результате чего, после возвращения одновибратора в исходное состояние, сигнализатор восстанавливает номинальную чувствительность.

Инвертированные импульсы с одновибратора через схему запрета поступают на вход накопителя. Напряжение с выхода накопителя через сборку подается на ключ, где оно преобразуется в последовательность импульсов, используемых для запуска выходного одновибратора ОВ₂. Постоянная времени накопителя С₁ выбрана такой, что при 7 - 9 кратном срабатывании ОВ в течении 0,5 - 1 мин напряжение на его выходе оказывается достаточным для запуска ОВ2. При этом на время около 3 сек обесточивается сигнальное реле Р₁, выдается сигнал тревоги и, при необходимости, может быть включен встроенный звуковой оповещатель.

Применение накопителя С₁ обусловлено наличием импульсных помех, возникающих при грозовых разрядах и при коммутации силовых электрических цепей.

Спектр помех этого рода, как правило, лежит в полосе частот выше единиц Герца, амплитуда оказывается сравнимой с амплитудой полезного сигнала, а иногда и превышает ее.

Выдача сигнала с накопительного канала при воздействии на него одиночной импульсной помехи не происходит, появление повторяющихся импульсов помехи чаще, чем 7 - 9 импульсов в минуту мало вероятно.

В сигнализаторе предусмотрена возможность автоматической проверки работоспособности (АПР) практически всех (за исключением сигнального реле) его составных частей. Принцип действия АПР (входит в состав схемы управления контролем) заключается в том, что периодически на короткое время изменяется мощность на выходе передатчиков и анализируется реакция сигнализатора на это изменение. В случае исправной работы сигнализатора сигнал тревоги не выдается, при неисправности какого-либо блока выдается сигнал тревоги.

Период АПР задается мультивибратором (схемы управления контролем) и равен приблизительно 70 с. Время, в течение которого изменяется мощность передатчиков, определяется параметрами одновибратора этой схемы контроля и равно около 70 мс. Изменение мощности передатчиков производится включением последовательно с генератором Г_1,2 резистора, установленного на лицевой панели электронного блока. Величина сопротивления регулируется при установке сигнализатора. Включение резистора производится с помощью контактов реле.

Во время работы схемы АПР поступление импульсов с выхода ОВ на накопитель С₁ запрещается. Это сделано для того, чтобы искусственное возмущение, необходимое для проверки сигнализатора, не воспринималось, как реальный сигнал.

Система “ДУЗ-4М-1”

Схема система “ДУЗ-4М-1” (рис. 28, а) состоит из следующих составных частей:

- трех пьезоэлектрических излучающих и трех принимающих устройств (ПИ и ПП);

- блока электронного (БЭ);

- коробки монтажно-соединительной.

В ПИ (рис. 28 б) расположен блок излучающего преобразователя, который содержит: усилитель мощности, собранный но ОУ; двухтактный повторитель и пьезокерамический датчик. На контакты ПИ (с блока питания) поступает постоянное напряжение (13 1) В, на которое накладывается импульсное напряжение частотой (1900 10) Гц со скважностью импульсов не более 4. Выходной каскад усилителя собран по двухтактной схеме.

С коллекторов электрический сигнал поступает на пьезокерамический датчик, где электрический сигнал преобразуется в ультразвуковые колебания с частотой (1900 10) Гц.

В ПП расположен блок приемника, который содержит пьезокерамический датчик, усилитель и выходной каскад.

а

б

Рис. 28

Ультразвуковой сигнал, попадая на пьезокерамический датчик, преобразуется в электрический сигнал и поступает на усилительный каскад. С эмиттера транзистора выходного каскада, через конденсатор на исток первого каскада подключена отрицательная обратная связь, выведенная на лицевую панель корпуса для регулировки чувствительности ПП.

Блок обработки сигнала (БОС) (см. рис. 29) состоит из трехвходового сумматора, собранного на микросхеме (служит для суммирования сигналов, поступающих от ПП), резонансного усилителя, смесителя, двух повторителей с усилителями и детекторами, двух фильтров и сумматора с пороговым устройством.

Рис. 29

Схема трехвходового сумматора собрана на микросхемах и принимает сигналы от трех ПП.

Переменные резисторы трехвходового сумматора выведены на переднюю панель электронного блока под номерами “1”, “2”, “3”, предназначены для регулировки чувствительности по каждому из трех входов. С выхода сумматора сигнал поступает на резонансный усилитель, который усиливает и селектирует сигнал из спектра шумов. Далее сигнал поступает через смеситель (на микросхеме), собранный по схеме идеального диода, на выходе которого расположен двухзвенный RC-фильтр, служащий для выделения НЧ составляющей сигнала. Опорное напряжение подается на блок обработки сигнала от генератора, расположенного в ГиУВ.

Описанные выше узлы являются высокочастотной частью БОС и для исключения влияния бросков напряжения и электрических помех питание данной части схемы по шине +15 В организовано через транзисторный фильтр, а средняя точка - через стабилитрон и резистор.

Через согласующий истоковый повторитель сигнал поступает на RC-усилитель с полосой усиления (20 - 100) Гц, собранный на микросхеме. Одновременно сигнал, проходящий через согласующий истоковый повторитель, поступает на следующий RC-усилитель с максимальным коэффициентом усиления на частоте 5 Гц, собранный на микросхеме. Переменный резистор устанавливает необходимое усиление и введен в БОС для компенсации турбулентной помехи, возникающей в помещении. Введенные в цепь обратной связи диоды позволяют реализовать функцию идеального диода без использования дополнительных микросхем.

С выхода RC-усилителей выпрямленные сигналы через ФНЧ RC-фильтры, поступают на входные резисторы сумматора, собранного на микросхеме. В отсутствие входного сигнала на выходе сумматора поддерживается постоянный уровень запирающего напряжения на транзисторах ПУ. При появлении на выходе сумматора сигнала, превышающего порог срабатывания ПУ происходит скачкообразное изменение напряжения, поступающего на схему формирования выходного сигнала.

В блоке генератора и выходного усилителя (ГиУВ) расположены кварцевый генератор, схемы сигнала контроля и выходного сигнала. Кварцевый генератор выполнен по схеме емкостной трехточки с кварцем на 57 кГц между базой и коллектором первого транзистора, что позволяет с большой точностью поддерживать рабочую частоту прибора. С выхода кварцевого автогенератора через согласующий транзистор сигнал поступает на усилитель мощности на трех микросхемах. Схема пересчета собрана на четырех микросхемах. С выхода первой их них сигнал через резистивный делитель поступает через ГиУВ на контакты блока питания. С этого же выхода микросхемы через ограничитель на диодах, служащих для стабилизации постоянного уровня напряжения, подается опорное напряжение на БОС.

В помещениях большого объема (более 1000 куб.м.) используется несколько приборов в синхронизированном включении, один из которых является ведущим по отношению к остальным (ведомым). При этом рабочая частота ведомых приборов синхронизирована генератором ведущего прибора.

Каждый прибор может работать в режимах ведущего и ведомого, что определяется перемычками на монтажно-соединительной коробке.

Схема сигналов контроля собрана на двух микросхемах и в исходном состоянии на первую их них поступает сигнал с частотой (19 2) Гц. Контакты реле контроля замкнуты и исполнительный транзистор закрыт. При подаче напряжения на реле его контакты переключаются и на выходе первой микросхемы появляется высокий потенциал (логическая “1”). Исполнительный транзистор переходит в ключевой режим с частотой переключения (19 2) Гц. За счет шунтирования исполнительным транзистором диодов происходит амплитудная модуляция переменного напряжения, идущего на БОС.

Сигналы с выхода ПУ подвергаются временной селекции. В исходном состоянии входные триггеры установлены в состояния, поддерживающие на выходах блока логическую “1”. При этом счетчик на двух микросхемах находятся в состоянии принудительного обнуления.

При поступлении на БОС с выхода ПУ входных сигналов, селектированных по времени, на входе микросхемы устанавливается низкий уровень напряжения (логический “0”) и счетчик начинает считать. После окончания счета на выходе возникает “1”, при этом триггеры изменяют свое состояние. Ток, протекающий через выходное реле, исчезает и контакты переходят в состояние выдачи выходного сигнала. Включается счетчик и через (3,5 1) с возникает уровень “1” и триггер переходит в исходное состояние. Схема выходного сигнала при этом готова к приему следующего сигнала с выхода ПУ.

В блоке питания (БП) рис. 28, в расположены стабилизатор напряжения, схема питания средних точек операционных усилителей низкочастотной части блока обработки сигналов, схемы питания ПП и ПИ.

Входной транзисторный фильтр предназначен для исключения влияния бросков напряжения на входную цепь. Схема защиты от короткого замыкания и стабилизатор напряжения собраны на транзисторах. На БП поступает постоянное напряжение (20 - 30) В, преобразующееся в постоянное стабилизированное напряжение (15 1) В, которое поступает через контакты БП на ГиУВ и БОС. На контакта БП, кроме того, поступает переменное напряжение 20 В с трансформатора при работе от сети 220В, которое также преобразуется в постоянное (15 1) В.

Схема питания средних точек ОУ НЧ части БОС собрана на микросхеме и напряжение (7,5 0,5)В через БП поступает на БОС.

Схема питания ПП и ПИ собрана на выходных транзисторах. На контакты платы БП подается импульсное напряжение частотой (1900 10) Гц со скважностью импульсов не более 4 с ГиУВ, а с выхода снимается постоянное напряжение (13 1) В с наложенным на него импульсным напряжением, которое подается на ПИ. Напряжение (13 1) В подается и на ПП.

Таким образом, прибор работает следующим образом:

Генератор и ГиУВ вырабатывает переменное напряжение, которое поступает в БП. В схеме питания ПИ происходит наложение переменного напряжения на напряжение питания ПИ. В ПИ из переменного напряжения с помощью усилителя мощности формируется напряжение питания пьезокерамического датчика, который преобразует электрический сигнал в ультразвуковые колебания. Отраженные от стен, потолка и находящихся в помещении предметов, они воспринимаются преобразователем, где преобразуются в электрический сигнал.

При отсутствии в помещении движущихся объектов параметры электрического сигнала постоянны.

При появлении таких объектов происходит изменение частоты, фазы и амплитуды электрического сигнала, которое, преобразуясь в БОС, вызывает срабатывание порогового устройства. Сигнал с выхода ПУ поступает на схему формирования выходного сигнала, которая формирует сигнал длительностью (3,5 0,5) с. Этот сигнал поступает на систему сбора и обработки информации.

Для контроля работоспособности прибора в нем предусмотрена схема формирования сигнала контроля. По этому сигналу переменное напряжение частотой (1900 10) Гц модулируется частотой (19 2) Гц и поступает на синхронный детектор БОС. Если БОС, ГиУВ, БП исправны, то прибор выдает выходной сигнал контроля.

В завершении приведем пример современной системы охраны, решающей комплексно задачи безопасности.

Поиск по сайту: