Устройство для сигнализации

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Белорусский государственный университет(72) Авторы Анищик Виктор Михайлович Ярмолович Вячеслав Алексеевич(73) Патентообладатель Белорусский государственный университет(57) 1. Устройство для сигнализации о взаимном положении корпуса и подвижного элемента конструкции, установленного в контрольном положении, содержащее источник магнитного поля, выполненный с возможностью перемещения относительно указанного корпуса, и закрепленный на корпусе магниточувствительный преобразователь, отличающееся тем, что магниточувствительный преобразователь выполнен в виде датчика Виганда,содержащего миниатюрную катушку из медной проволоки и размещенную в ней ферромагнитную проволоку Виганда, состоящую из магнитомягкой сердцевины с небольшой коэрцитивной силой и магнитожесткой оболочки, а указанный источник магнитного поля выполнен в виде рельефной полоски, например, из магнитопласта, содержащей чередующиеся намагниченные и ненамагниченные области, причем соседние намагниченные области ориентированы своими магнитными осями противоположно друг другу, а ширина ненамагниченных областей выбрана не менее диаметра указанной катушки и их высота более чем в 5 раз меньше высоты намагниченных областей. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что ширина ненамагниченных областей выбрана не одинаковой, а подчиняющейся заданному дискретному распределению. 3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что ширина намагниченных областей выбрана не одинаковой, а подчиняющейся заданному дискретному распределению. 87892012.12.30 4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что ширины ненамагниченных областей и намагниченных областей выбраны не одинаковыми, а подчиняющимися заданным не зависимым друг от друга двум дискретным распределениям.(56) 1. Патент 2024065, МПК 08 21/00, 1994. 2. Патент 2317590, МПК 08 13/08, 2008 (прототип). 3. Бараночников М.Л. Микромагнитоэлектроника. Т. 1.М. ДМК Пресс, 2001. - 544 с. Заявляемая полезная модель относится к средствам автоматики и может найти применение в системах автоматической сигнализации о состоянии удаленных объектов, например в системах сигнализации и контроля положения частей сложных механизмов и строительных конструкций, а также в области охранной сигнализации для обнаружения несанкционированного вскрытия окон, оборудованных встроенными форточками, дверей,ворот, сейфов и т.п. Известно устройство для сигнализации 1, в котором реализовано получение частотного сигнала на объекте контроля без использования электронных устройств, например генератора сигнала или преобразователей аналогового сигнала в частотный. Устройство содержит ферромагнитный элемент в форме скобы, вмонтированный в подвижный корпус, постоянный магнит, закрепленный на консольной упругой пластине, которая закреплена одним концом на объекте контроля. Электрическая катушка содержит магнитопровод П-образной формы, концы которого направлены в сторону магнита. На объекте контроля смонтирован упор из немагнитного материала. Таким образом, магниточувствительный элемент выполнен в виде электрической катушки с магнитопроводом П-образной формы. Устройство работает следующим образом. В закрытом состоянии ответные части скоба и магнит - сцеплены. При отклонении корпуса магнит отрывается от скобы упором и в результате упругих свойств пластины совершает затухающие колебания. При этом в катушке наводится сигнал, частота которого определяется колебательными свойствами пластины. Описанное устройство обладает низкой надежностью в связи с недостаточно высоким уровнем выходного сигнала, который быстро затухает по времени. Другой причиной низкой надежности устройства является вероятность поломки или неконтролируемого изгиба пластины из-за задевания ее упором при возбуждении механических колебаний. Наиболее близким по технической реализации к предлагаемому решению является устройство для сигнализации, приведенное в 2 (прототип). В нем магниточувствительный преобразователь на основе геркона устанавливают на неподвижном корпусе - косяке ворот или окна. На подвижном элементе - раме форточки или двери - размещают источник магнитного поля. Магнитопроводы, размещенные на другом подвижном элементе окне или полотне ворот, обеспечивают выдачу сигнала при изменении положения любого подвижного элемента, а также при повышении температуры выше точки Кюри. В одном варианте выполнения устройства источник магнитного поля выполнен в виде постоянного магнита, а в другом - в виде соленоида с сердечником. Причем источник магнитного поля,магнитопроводы и магниточувствительный элемент выполнены цилиндрическими. Это устройство имеет недостаточную надежность, кроме того, выполнение источника магнитного поля в виде соленоида, очевидно, предусматривает необходимость использования для создания магнитного поля внешнего источника питания, что увеличивает энергопотребление, особенно в случае нескольких устройств, устанавливаемых на разные объекты в контролируемом помещении, кроме того, подвижные провода, подходящие соленоиду, подвержены механическим напряжениям и поломке. При использовании этого 2 87892012.12.30 устройства для сигнализации о состоянии нескольких удаленных объектов по двум проводам возникает необходимость получения частотного сигнала, поэтому на объекте контроля требуются частотный генератор и источник питания. Это усложняет систему сигнасигнализации и снижает надежность ее работы. При подключении каждого устройства по отдельным проводам необходимо использование жгута проводов, что снижает скрытность и надежность устройств такого рода в целом. Задачей, решаемой в настоящей полезной модели, является повышение надежности. Устройство для сигнализации о взаимном положении корпуса и подвижного элемента конструкции, установленного в контрольном положении, содержащее источник магнитного поля, выполненный с возможностью перемещения относительно указанного корпуса, и закрепленный на корпусе магниточувствительный преобразователь, отличающееся тем,что магниточувствительный преобразователь выполнен в виде датчика Виганда 3, содержащего миниатюрную катушку из медной проволоки и размещенную в ней ферромагнитную проволоку Виганда, состоящую из магнитомягкой сердцевины с небольшой коэрцитивной силой и магнитожесткой оболочки, а указанный источник магнитного поля выполнен в виде рельефной полоски, например, из магнитопласта, содержащей чередующиеся намагниченные и ненамагниченные области, причем соседние намагниченные области ориентированы своими магнитными осями противоположно друг другу, а ширина ненамагниченных областей выбрана не менее диаметра указанной катушки и их высота более чем в 5 раз меньше высоты намагниченных областей. Ширина ненамагниченных областей выбрана не одинаковой, а подчиняющейся заданному дискретному распределению. Ширина намагниченных областей выбрана не одинаковой, а подчиняющейся заданному дискретному распределению. Ширины ненамагниченных областей и намагниченных областей выбраны не одинаковыми, а подчиняющимися заданным не зависимым друг от друга двум дискретным распределениям. По мнению авторов, устройство содержит вышеприведенный ряд новых и отличительных признаков, позволяющих реализовать выполнение поставленной задачи по повышению надежности. Решение поставленной задачи достигается тем, что в предложенном устройстве магниточувтвительный преобразователь выполнен в виде датчика Виганда 3, и имеет высокий уровень амплитуд генерируемых ЭДС разнополярных импульсов частотного выходного сигнала при перемещении источника магнитного поля, и не требует энергопотребления, что повышает надежность устройства для сигнализации. Проведенный анализ уровня техники позволил установить, что заявителем не обнаружено аналога, характеризующегося признаками, тождественными всем признакам заявляемой полезной модели, а определение из перечня аналогов прототипа позволило выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном устройстве, изложенных в формуле полезной модели. Таким образом, комплексный анализ изложенных отличительных признаков конструкции устройства показывает, что они являются существенными и находятся в прямой причинно-следственной связи с достигаемым техническим результатом. Из уровня техники не выявлено технических решений, отличительные признаки которых в совокупности обеспечивают решение поставленной задачи в заявляемом устройстве, а само устройство содержит новые элементы, следовательно, можно сделать вывод о соответствии заявляемой полезной модели условию патентоспособности новизна. Заявляемая полезная модель поясняется чертежами фиг. 1, 2. На фиг. 1 изображено устройство в целом (источник магнитного поля изображен условно с тремя намагниченными областями, хотя их числоможет быть любым целым числом, при этом 2 и выбирается из геометрических размеров подвижного элемента конструкции). 3 87892012.12.30 На фиг. 2 представлена схема перемагничивания проволоки Виганда и генерирования выходного сигнала в катушке как функция времени . Устройство для сигнализации о взаимном положении неподвижного корпуса 1 и подвижного элемента конструкции 2, установленного в контрольном положении, содержит источник магнитного поля, закрепленный на подвижном элементе 2 и выполненный в виде рельефной полоски, например, из магнитопласта, содержащей чередующиеся намагниченные 3 и ненамагниченные 4 области, причем соседние намагниченные области 3 ориентированы своими магнитными осями противоположно друг другу. Магниточувствительный преобразователь установлен неподвижно в корпусе 1 (например, в немагнитной трубке) и выполнен в виде датчика Виганда, содержащего миниатюрную катушку 5 из медной проволоки и размещенную в ней ферромагнитную проволоку Виганда 6 длиной не менее 5 мм и состоящую из магнитомягкой сердцевины 7 с небольшой коэрцитивной силой и магнитожесткой оболочки 8. В источнике магнитного поля ширинаненамагниченных областей 4 выбрана не менее диаметра катушки 5, и их высотаболее чем в пять раз меньше высотынамагниченных областей 3. Эти соотношения выбраны в результате экспериментального моделирования и расчета (расчет с помощью программы, версия 4.2. Сайт в интернете //.), чтобы обеспечить эффективное перемагничивание проволоки 6 (симметричный вариант перемагничивания) при движении источника магнитного поля. Если рельеф в полоске магнитопласта будет отсутствовать, то соседние намагниченные участки будут практически замыкаться через ненамагниченные участки магнитопласта и магнитное поле в области расположения проволоки Виганда 6 будет достаточно слабым. Для перемагничивания проволоки 6 необходимо создание напряженности магнитного поля над намагниченной областью величиной, где- поле старта (для наиболее часто встречаемых проволок Виганда величинанаходится в диапазоне 150-180 /м). В датчике Виганда миниатюрную катушку 5 целесообразно выполнять из медной проволоки диаметром 0,050,1 мм с числом витков обычно 1000-3000 3. Выводы миниатюрной катушки 5, в которой генерируется выходной электрический сигнал вых, обозначены 9. В качестве материалов магнитожесткой оболочки 8 обычно используют сплав 523810. Магнитомягкая сердцевина 7 изготавливается обычно из сплавов 7228, 5248, 70 426. Также, например, в качестве проволоки 6 может быть использован аморфный микропровод Бисер-3(разработка и выпуск Ижевского Государственного технического университета РФ) или аморфная проволока сплава 77,57,515 с положительной магнитострикцией, изготавливаемой фирмой(Япония). Проволока должна быть выполнена диаметром менее 0,25 мм и длиной, превышающей 5 мм. Указанные геометрические соотношения необходимы для проявления бистабильных магнитных свойств в проволоке 6, т.е. для ее перемагничивания большими скачками Баркгаузена. При длине менее 5 мм вследствие большого размагничивающего фактора в некоторых образцах проволоки исчезает эффект Виганда. Устройство работает следующим образом. Устройство для сигнализации о взаимном положении корпуса и подвижного элемента конструкции устанавливается в контрольное положение. То есть закрепляется соответствующим образом источник магнитного поля и магниточувствительный элемент, например, на окнах, оборудованных встроенными форточками, дверях, воротах, дверцах сейфов и других удаленных объектах контроля. При этом источник магнитного поля устанавливается с возможностью перемещения относительно корпуса 1, в котором размещен магниточувствительный преобразователь. При несанкционированном вскрытии окон, оборудованных встроенными форточками, дверей,ворот, сейфов и т.п. происходит перемещение источника магнитного поля относительно проволоки 6 и в катушке 5 генерируются импульсы ЭДС Виганда длительностьюоколо(1040) мкс и высокой амплитудой (3-7) , вследствие перемагничивания 6 большими скачками Баркгаузена по схеме, приведенной на фиг. 2. Как правило, маленькие импульсы 4 87892012.12.30 не используются, поскольку они имеют амплитуду на полтора порядка меньше. Перемагничивание происходит следующим образом. Проволока 6 обладает бистабильными магнитными свойствами и характеризуется двумя скачками намагниченности за один цикл перемагничивания. Более подробно этот процесс можно представить так соседние намагниченные области 3 перемещаются относительно проволоки Виганда 6. Сначала насыщающее магнитное поле первой области одной полярности ориентирует полярность сердцевины 7 и оболочки 8 в одном направлении (этап ). В ходе перемещения к области с противоположной полярностью изменяется полярность приложенного к проволоке магнитного поля. При приближении ко второй области напряженность вновь приложенного магнитного поля увеличивается. Это приводит к тому, что сначала переключается полярность сердцевины 7 (этап Б) и в катушке 5 генерируется импульс напряжения, длительность которого . Затем при дальнейшем увеличении напряженности поля (по мере приближения ко второму намагниченной области), переключается полярность оболочки 8(этап ), при этом генерируется импульс гораздо меньшей амплитуды за счет большего времени переключения. В итоге магнитное поле второй области полностью насыщает проволоку Виганда (этап Г). На этапе Д происходит сначала переключение полярности сердцевины 7 и в катушке 5 генерируется импульс напряжения противоположной полярности большой амплитуды, а затем на следующем этапе генерируется импульс с малой амплитудой (на фиг. 2 этот этап не изображен). Интервал временимежду разнополярными импульсами является функцией геометрических размеров намагниченных 3 и ненамагниченных 4 областей рельефной полоски магнитопласта. Поэтому выполнение рельефной полоски магнитопласта с различными геометрическими размерами вдоль координаты перемещенияпозволяет варьировать величину , следовательно, и кодировать, а затем декодировать сигнал от какого конкретно сигнального устройства он пришел, если устройств сигнализации на контролируемом объекте или в помещении несколько. Причем предложенные устройства могут быть объединены в группы и соединяться по электрической схеме последовательно либо параллельно. В любом случае для вывода информации(кодированного сигнала) на пульт сигнализации достаточно двух проводов. Поэтому можно предложить некоторые варианты исполнения источника магнитного поля, выполненного из рельефной полоски, например из магнитопласта. В том числе А) устройство отличается тем, что ширина ненамагниченных областей выбрана не одинаковой, а подчиняющейся заданному дискретному распределению Б) устройство отличается тем, что ширина намагниченных областей выбрана не одинаковой, а подчиняющейся заданному дискретному распределению В) устройство отличается тем, что ширины ненамагниченных областей и намагниченных областей выбраны не одинаковыми, а подчиняющимися заданным не зависимым друг от друга двум дискретным распределениям. Перечисленные варианты позволяют кодировать информацию о срабатывании сигнализации, которая может быть декодирована на пульте управления. Таким образом, в предложенном устройстве магниточувтвительный преобразователь выполнен в виде датчика Виганда, и имеет высокий уровень амплитуд генерируемых ЭДС разнополярных импульсов частотного выходного сигнала при перемещении источника магнитного поля, и не требует энергопотребления, что повышает надежность устройства для сигнализации. Кроме того, предложенные варианты исполнения источника магнитного поля, выполненного из рельефной полоски, например, из магнитопласта позволяют кодировать информацию о месте срабатывания устройства для сигнализации, что является дополнительным преимуществом предложенного устройства. Исходя из вышеизложенного, для заявленного устройства в том виде, как оно охарактеризовано в приведенной формуле, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в заявке или известных до даты приоритета средств и методов,поэтому заявляемое устройство для сигнализации соответствует требованию промышленная применимость по действующему законодательству. 5 Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 6