ДОПЛЕРОВСКИЙ РАДИОВОЛНОВОЙ ИЗВЕЩАТЕЛЬ ДЛЯ ОХРАННОЙ ТРЕВОЖНОЙ СИГНАЛИЗАЦИИ

ДОПЛЕРОВСКИЙ РАДИОВОЛНОВОЙ ИЗВЕЩАТЕЛЬ ДЛЯ ОХРАННОЙ ТРЕВОЖНОЙ СИГНАЛИЗАЦИИ


RU (11) 2287841 (13) C1

(51) МПК
G01S 13/56 (2006.01) 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 25.10.2007 - действует 

--------------------------------------------------------------------------------

Документ: В формате PDF 
(14) Дата публикации: 2006.11.20 
(21) Регистрационный номер заявки: 2005121512/09 
(22) Дата подачи заявки: 2005.07.05 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 2005.07.05 
(45) Опубликовано: 2006.11.20 
(56) Аналоги изобретения: RU 2221260 С1, 10.01.2004. RU 2167432 C1, 20.05.2001. US 5281953 A, 25.01.1994. WO 03/046605 A1, 05.06.2003. 
(72) Имя изобретателя: Заренков Вячеслав Адамович (RU); Заренков Дмитрий Вячеславович (RU); Дикарев Виктор Иванович (RU) 
(73) Имя патентообладателя: Заренков Вячеслав Адамович (RU); Заренков Дмитрий Вячеславович (RU); Дикарев Виктор Иванович (RU) 
(98) Адрес для переписки: 197348, Санкт-Петербург, Богатырский пр., 2, ЛенСпецСМУ, В.А. Заренкову 

(54) ДОПЛЕРОВСКИЙ РАДИОВОЛНОВОЙ ИЗВЕЩАТЕЛЬ ДЛЯ ОХРАННОЙ ТРЕВОЖНОЙ СИГНАЛИЗАЦИИ

Изобретение относится к области радиолокации и может использоваться в системах охранной тревожной сигнализации в качестве датчика. Достигаемый технический результат - определение малых значений доплеровской частоты и ее знака и за счет этого повышение чувствительности и определение направления перемещения объекта. Устройство содержит генератор опорной частоты, фазовый детектор, балансный смеситель, задающий генератор, фильтр нижних частот, две антенны, два доплеровских смесителя, два усилителя промежуточной частоты, фазовращатель на 90°, гетеродин, малошумящий усилитель, режекторный фильтр, усилитель низкой частоты, ограничитель, два интегратора, амплитудный детектор, компаратор, блок опорного напряжения, формирователь сигнала тревоги, два перемножителя и два узкополосных фильтра. 1 ил. 




ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ


Предлагаемый извещатель относится к радиолокации и может использоваться в системах охранной тревожной сигнализации в качестве датчика.

Известны устройства для охранно-пожарной тревожной сигнализации (авт. свид. СССР №№ 339928, 386416, 571821, 788136, 824252, 924735, 1117673, 1661815, 1783561, 1836707; патенты РФ №№ 2054690, 2117962, 2221260; патент США № 5281953; патент Великобритании № 2269970; патент Германии № 4242973; патент Японии № 5-52999 и другие).

Из известных устройств наиболее близким к предлагаемому является "Доплеровский радиоволновой извещатель для охранной тревожной сигнализации" (патент РФ № 2221260, G 01 S 13/56, 2002), который и выбран в качестве прототипа.

Данный извещатель обеспечивает повышение точности и чувствительности, а также увеличение дальности действия за счет сужения полосы пропускания СВЧ-блока. При этом СВЧ-блок, построенный по принципу гетеродинирования боковых составляющих, относится к системе с внутренней когерентностью, в которой непрерывные эталонные колебания сохраняют фазу и частоту зондирующего сигнала.

Однако известный извещатель не обеспечивает определения малых значений доплеровской частоты и ее знака.

Технической задачей изобретения является определение малых значений доплеровской частоты и ее знака.

Поставленная задача решается тем, что доплеровский радиоволновой извещатель для охранной тревожной сигнализации, содержащий СВЧ-блок, состоящий из фазового детектора, последовательно включенных генератора опорной частоты, балансного смесителя, второй вход которого соединен с первым выходом задающего генератора, фильтра нижних частот и передающей антенны, последовательно включенных приемной антенны, первого доплеровского смесителя, второй вход которого соединен с вторым выходом задающего генератора, и первого усилителя промежуточной частоты, а также последовательно подключенные к выходу фазового детектора малошумящий усилитель, режекторный фильтр, усилитель низкой частоты, ограничитель, уровень ограничения которого задается дополнительным интегратором, амплитудный детектор, интегратор, компаратор, второй вход которого соединен с выходом блока опорного напряжения, и формирователь сигнала тревоги, выход которого является выходом извещателя, снабжен гетеродином, вторым доплеровским смесителем, вторым усилителем промежуточной частоты, фазовращателем на 90°, двумя перемножителями и двумя узкополосными фильтрами, причем к приемной антенне последовательно подключены второй доплеровский смеситель, второй вход которого соединен с выходом гетеродина, второй усилитель промежуточной частоты, фазовращатель на 90°, первый перемножитель, второй вход которого соединен с выходом первого усилителя промежуточной частоты, и первый узкополосный фильтр, выход которого соединен с первым входом фазового детектора, к выходу второго усилителя промежуточной частоты последовательно подключены второй перемножитель, второй вход которого соединен с выходом первого усилителя промежуточной частоты, и второй узкополосный фильтр, выход которого соединен с вторым входом фазового детектора.

СВЧ-блок предлагаемого извещателя, построенный по принципу гетеродинирования боковых составляющих, относится к системам с внутренней когерентностью, в которых непрерывные эталонные колебания сохраняют фазу и частоту зондирующего сигнала. Это обстоятельство обеспечивает снижение влияния уходов частоты СВЧ-блока на точность измерения доплеровской частоты и сужение его полосы пропускания, что увеличивает чувствительность и дальность действия извещателя за счет повышения энергетического потенциала.

Структурная схема извещателя представлена на чертеже.

Извещатель имеет СВЧ-блок 1, состоящий из последовательно включенных генератора 16 опорной частоты, балансного смесителя 17, второй вход которого соединен с первым выходом задающего генератора 2, фильтра 18 нижних частот и передающей антенны 4, последовательно включенных приемной антенны 5, первого доплеровского смесителя 3, второй вход которого соединен с вторым выходом задающего генератора 2, первого усилителя 19 промежуточной частоты, первого перемножителя 25, второй вход которого через фазовращатель 24 на 90° соединен с выходом второго усилителя 23 промежуточной частоты, первого узкополосного фильтра 27 и фазового детектора 20, последовательно подключенных к приемной антенне 5 второго доплеровского смесителя 22, второй вход которого соединен с выходом гетеродина 21, второго усилителя 23 промежуточной частоты, второго перемножителя 26, второй вход которого соединен с выходом первого усилителя 19 промежуточной частоты, и второго узкополосного фильтра 28, выход которого соединен с вторым входом фазового детектора 20.

К выходу фазового детектора 20 последовательно подключены малошумящий усилитель 6, режекторный фильтр 7, усилитель 8 низкой частоты, ограничитель 9, уровень ограничения которого задается дополнительным интегратором 10, амплитудный детектор 11, интегратор 12, компаратор 13, второй вход которого соединен с выходом блока 14 опорного напряжения, и формирователь 15 сигнала тревоги, выход которого является выходом извещателя.

Извещатель работает следующим образом.

Задающий маломощный генератор 2 генерирует колебания с частотой f0, близкой к несущей. В качестве задающего генератора 2 могут использоваться отражательные клистроны и полупроводниковые генераторы с устройствами стабилизации частоты. Для повышения стабильности могут применяться транзисторные с кварцевой стабилизацией генераторы с последующими умножителями частоты.

Генератор опорной частоты 16 является источником стабильных колебаний промежуточной частоты fпр.

Балансный смеситель 17 преобразует два входных колебания, в результате чего на его выходе выделяются боковые полосы f0±fnp. Несущая подавляется балансной схемой. Одна из боковых полос должна быть подавлена. Это делается с помощью фильтра 18 нижних частот, который выделяет колебания с боковой частотой f0-f пр, а колебания с боковой частотой f0+f пр подавляются.

Колебания с боковой частотой f 0-fпр излучаются с помощью передающей антенны 4 в пространство в охраняемой зоне.

Приемная часть СВЧ-блока 1 (приемная антенна 5, смесители 3 и 22, гетеродин 21) принимает отраженное излучение и выделяет доплеровский сигнал, возникающий при наличии движущегося объекта в охраняемой зоне.

Принимаемый сигнал имеет частоту

f0-fпр±f q=f ±fq,

где fq - частота, обусловленная эффектом Доплера,

f =f0-fпр - боковая частота.

Причем частота f0 задающего генератора 2 выбирается равной

f0=f -fпр1,

где fпр1 - первая промежуточная частота, а частота fг гетеродина 21 выбирается равной

fг=f +fпр1.

При наличии эффекта Доплера частота принимаемого сигнала будет равна f ±fq.

Тогда в процессе преобразования на выходах первого 3 и второго 22 доплеровских смесителей будет иметь

(f -fq)-f0=fпр1 или f -f0=fпр1-fq.

Аналогично:

fг-(f +fq)=fпр1 или fг -f =fпр1+fq.

На выходах доплеровских смесителей 3 и 22, естественно, будут и другие частотные комбинации, но в данном случае интересны только эти.

Для простоты рассуждения взят случай, когда частота принимаемого сигнала увеличивается за счет эффекта Доплера.

Сигналы с выходов первого 19 и второго 23 усилителей промежуточной частоты поступают на два входа перемножителей 25 и 26 непосредственно и через фазовращатель 24 на 90°. На выходах перемножителей 25 и 26 установлены узкополосные фильтры 27 и 28, настроенные на

(fпр1+fq)-(fпр1-f q)=2fq.

Следовательно, на выходах узкополосных фильтров 27 и 28 появляются сигналы одинаковой частоты, но сдвинутые друг относительно друга на 90°.

Таким образом, когда частота принимаемого сигнала увеличивается за счет эффекта Доплера, на выходе усилителя 19 промежуточной частоты будет выделяться сигнал с частотой

f -f0=fпр1-fq,

а на выходе усилителя 23 промежуточной частоты - с частотой

fг-f =fпр1+fq,

а когда частота принимаемого сигнала будет уменьшаться за счет эффекта Доплера, на выходе усилителя 19 промежуточной частоты будет выделяться сигнал с частотой fпр1+fq, а на выходе усилителя 23 промежуточной частоты - с частотой fпр1 -fq.

Подавая сигналы с выходов усилителей 19 и 23 промежуточной частоты на два входа перемножителей 25 и 26 соответственно, на выходах узкополосных фильтров 27 и 28 всегда будет присутствовать сигнал с двойной частотой, обусловленной эффектом Доплера. Но так как в процессе преобразования в смесителях 19 и 23 выделяется всегда разностная частота двух промежуточных частот, то кроме абсолютной величины этой разностной частоты необходимо знать еще и знак этой разности. Для определения знака сигналы с выходов узкополосных фильтров 27 и 28 подаются на входы фазового детектора 20, на выходе которого выделяется постоянное напряжение того или иного знака.

Это напряжение усиливается малошумящим усилителем 6 и подается на режекторный фильтр 7, который назначен для подавления помех с частотами, соответствующими гармониками сетевого напряжения 50, 100, 150 Гц, попадающими в полосу усиливаемых доплеровских частот.

Глубина подавления гармоник сетевого напряжения составляет 10-15 дБ. Благодаря этому извещатель сохраняет свои основные характеристики (дальность действия и вероятность возникновения ложной тревоги) при нахождении в непосредственной близости (на расстоянии до 1 м) от такого наиболее интенсивного источника помех, как лампа дневного света. Далее усиленный в усилителе 8 сигнал поступает на диодный ограничитель 9. Уровень ограничения задается интегратором 10, на который поступает продетектированный ограничителем 9 доплеровский сигнал.

Ограничитель 9 служит для подавления кратковременных помех, которые могут возникать при включении и выключении, иногда самопроизвольно, люминесцентных источников света. Во время переходного процесса в СВЧ-излучении этих источников света содержится широкий спектр частот, попадающий в полосу усиления усилителя 8 низкой частоты и не подавляемых режекторным фильтром 7. В этом случае ограничитель 9 работает следующим образом.

При поступлении на его вход сигнала уровень ограничения, задаваемый интегратором 10, мал и доплеровский сигнал практически не поступает в последующую часть схемы. При длительном сигнале напряжение на выходе интегратора 10, определяющее уровень ограничения, повышается с постоянной времени 1 и через интервал времени, примерно равный 3 1 ограничитель 9 без ослабления пропускает сигнал в последующую часть схемы.

Постоянная времени интегрирования 1 выбрана исходя из длительности переходного процесса при включении и выключении люминесцентных источников света и составляет 0,1 с.

Ограничитель 9 дополнительно выполняет и еще одну функцию, он повышает помехозащищенность извещателя, не допуская вырабатывания сигнала тревоги при незначительных перемещениях предметов в охраняемой зоне (движение портьер при колебаниях воздуха и т.п.). При этом постоянная времени 1 определяет минимальное расстояние lmin , которое должен пройти объект до его обнаружения. Так, при скорости объекта V=1 м/с lmin=3 1.

После ограничения доплеровский сигнал поступает на амплитудный детектор 11 и интегратор 12.

Дисперсия флюктуации напряжения на выходе интегратора 12 обратно пропорциональна величине

,

где F - полоса пропускания усилителя 8 низкой частоты.

Чем больше 2, тем выше отношение сигнал/шум на выходе интегратора 12. Увеличение 2 ограничивается заданным значением максимального расстояния lmax, которое может пройти объект до его обнаружения.

При lmax=3 м и максимальной скорости объекта Vmax=3 м/с имеем

2=lmax/(3Vmax) 0,3 c.

С выхода интегратора 12 сигнал в виде постоянного напряжения поступает на вход компаратора 13. При превышении этим напряжением опорного значения, задаваемого формирователем 14, состояние на выходе компаратора 13 переключается и схема формирователя 15 сигнала тревоги выдает тревожное извещение заданной длительности и заданного вида.

Использование режекторного фильтра 7 и ограничителя 9 с интегратором 10 обеспечивает повышенную помехозащищенность извещателя.

Таким образом, предлагаемый доплеровский радиоволновой извещатель для охранной тревожной сигнализации по сравнению с прототипом и другими устройствами аналогичного назначения обеспечивает определение малых значений доплеровской частоты. Это достигается удвоением значения доплеровской частоты, что приводит в свою очередь к повышению чувствительности извещателя.

Кроме того, предлагаемый извещатель позволяет определить знак доплеровской частоты и, следовательно, направление перемещения объекта.




ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ


Доплеровский радиоволновой извещатель для охранной тревожной сигнализации, содержащий СВЧ-блок, состоящий из фазового детектора, последовательно включенных генератора опорной частоты, балансного смесителя, второй вход которого соединен с первым выходом задающего генератора, фильтра нижних частот и передающей антенны, последовательно включенных приемной антенны, первого доплеровского смесителя, второй вход которого соединен с вторым выходом задающего генератора, и первого усилителя промежуточной частоты, а также последовательно подключенных к выходу фазового детектора малошумящего усилителя, режекторного фильтра, усилителя низкой частоты, ограничителя, уровень ограничения которого задается дополнительным интегратором, амплитудного детектора, интегратора, компаратора, второй вход которого соединен с выходом блока опорного напряжения, и формирователя сигнала тревоги, выход которого является выходом извещателя, отличающийся тем, что он снабжен гетеродином, вторым доплеровским смесителем, вторым усилителем промежуточной частоты, фазовращателем на 90°, двумя перемножителями и двумя узкополосными фильтрами, причем к приемной антенне последовательно подключены второй доплеровский смеситель, второй вход которого соединен с выходом гетеродина, второй усилитель промежуточной частоты, фазовращатель на 90°, первый перемножитель, второй вход которого соединен с выходом первого усилителя промежуточной частоты, и первый узкополосный фильтр, выход которого соединен с первым входом фазового детектора, к выходу второго усилителя промежуточной частоты последовательно подключены второй перемножитель, второй вход которого соединен с выходом первого усилителя промежуточной частоты, и второй узкополосный фильтр, выход которого соединен с вторым входом фазового детектора.






ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал
Электроника и электротехника




СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+автомобильная -сигнализация".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "датчик" будут найдены слова "датчик", "датчики" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("датчик!").


Металлоискатели и металлодетекторы | Электронные устройства охраны и сигнализации | Электронные устройства систем связи | Приемные и передающие антенны | Электротехнические и радиотехнические контрольно-измерительные приборы и способы электроизмерений | Электронные устройства пуска, управления и защиты электродвигателей постоянного и переменного тока | Электродвигатели постоянного и переменного тока | Магниты и электромагниты | Кабельно-проводниковые и сверхпроводниковые изделия


Рейтинг@Mail.ru