Система электромагнитной защиты

1 Система электромагнитной защиты относится к устройствам защиты подвижных объектов от разрушающего воздействия взрывных устройств, например, мин, оснащенных магниточувствительными взрывателями, срабатывающими под действием магнитного поля подвижного объекта. Магнитным полем подвижного объекта принято считать область прилегающего к нему пространства, в пределах которой можно обнаружить искажение геомагнитного поля, вызванное присутствием ферромагнитных масс (корпуса, двигателя, шасси и т.п.), имеющихся в составе подвижного объекта. Как установлено в результате исcледований, проведенных в НИИ Стали, наиболее сильное влияние на срабатывание магниточувствительных взрывателей оказывает вертикальная составляющая вектора напряженности магнитного поля подвижного объекта, так как она больше по абсолютному значению двух других составляющих указанного магнитного поля. Установлено, также, что вертикальная составляющая напряженности магнитного поля большинства подвижных объектов описывается знакопеременной кососимметричной функцией, что позволяет изменять ее величину с помощью специальных излучающих контуров, запитанных знакопеременным током кососимметричной формы. Предлагаемую систему электромагнитной защиты (СЭМЗ) целесообразно использовать на машинах представительского класса для защиты их от террористических актов, где могут быть использованы взрывные устройства с магниточувствительными взрывателями, а также на подвижных объектах военного назначения, действующих в условиях заграждающих минных полей. Известно устройство защиты от мин, содержащее два излучателя, каждый из которых выполнен в виде катушки, регулирующие приборы, микропроцессор и источник постоянного тока. (См., например, патент ФРГ N 3424231,опубликован 9.01.1986 г.). Известное устройство имеет сложную конструкцию, что обусловлено большим количеством электронных компонентов, входящих в состав известного устройства, а это, в свою очередь, определяется необходимостью формировать для питания излучающих контуров управляющий знакопеременный ток кососимметричной формы. Указанный недостаток затрудняет использование известного устройства для защиты широкого класса подвижных объектов, где к встроенным приборам защиты предъявляются жесткие требования к габаритно-массовым характеристикам и безотказности работы в полевых условиях. Наиболее близким техническим решением к предлагаемому устройству является система электромагнитной защиты для подвижного объекта, содержащая два излучающих контура,расположенных на корпусе подвижного объекта 2 и подключенные входами к четырем выходным зажимам формирователя управляющего тока,который содержит генератор, выходное реле с тремя контактными группами, и защитный диод, анодом соединенный с шиной бортового источника питания. (См., например, заявку Роcсийской Федерации, N 98000023, с приоритетом от 6.06.1998 г.). Известной системе электромагнитной защиты присущи недостатки, указанные выше. Кроме того, в формирователе тока известного устройства через защитный диод протекает суммарный ток, потребляемый излучающими контурами и формирователем управляющего тока. Учитывая, что падение напряжения на кремниевом диоде составляет 0,9 - 1,2 В, а суммарный ток в реальной системе электромагнитной защиты лежит в диапазоне 20 - 30 А, мощность, рассеиваемая на защитном диоде достигает 30 Вт. В этом случае для обеспечения приемлeмого температурного режима защитный диод устанавливают на радиатор, что ухудшает габаритно-массовые характеристики формирователя управляющего тока и снижает его надежность из-за напряженного теплового режима. Цель предполагаемого изобретения - упрощение системы электромагнитной защиты за счет уменьшения числа электронных компонентов, входящих в формирователь управляющего тока, и повышение ее надежности. Для достижения указанной цели в системе электромагнитной защиты, содержащей два излучающих контура, расположенных на корпусе подвижного объекта и подключенные входами к четырем выходным зажимам формирователя управляющего тока, в формирователь управляющего тока введены два формирующих конденсатора с элементами индикации тока излучающих контуров, входное реле и четыре ключевые транзистора, базы которых соединены с выходами генератора, коллекторы первого и второго транзисторов объединены и через нормально разомкнутые контакты входного реле соединены с шиной бортового источника питания, эмиттер первого транзистора объединен с коллектором третьего транзистора и через последовательно соединенные первый формирующий конденсатор и первую контактную группу выходного реле подключен к первому выходному зажиму формирователя управляющего тока, эмиттер второго транзистора объединен с коллектором четвертого транзистора и через последовательно соединенные второй формирующий конденсатор и вторую контактную группу выходного реле подключен к второму выходному зажиму формирователя управляющего тока, третий и четвертый выходные зажимы формирователя управляющего тока объединены и через третью контактную группу выходного реле соединены с шиной нулевого потенциала и эмиттерами третьего и четвертого 3 транзисторов, при этом входное реле подключено к катоду защитного диода и через элемент включения системы - к шине нулевого потенциала. Каждый элемент индикации тока излучающего контура выполнен в виде амплитудного детектора, вход которого подключен к соответствующему формирующему конденсатору, а выход амплитудного детектора нагружен на обмотку исполнительного реле. При этом, величина емкости каждого формирующего конденсатора выбрана из соотношения С=4L/R2, где С емкость формирующего конденсатора, L - индуктивность излучающего контура, работающего с этим конденсатором, R - активное сопротивление этого же излучающего контура. На фиг. 1 приведена структурная схема предлагаемой системы электромагнитной защиты. На фиг. 2 показаны временные диаграммы,поясняющие работу системы электромагнитной защиты. Система электромагнитной защиты содержит первый и второй излучающие контуры 1 и 2, подключенные к выходным зажимам 3, 4, 5 и 6 формирователя 7 управляющего тока. Излучающие контуры 1 и 2 выполнены в виде рамочных контуров, которые расположены по периметру корпуса защищаемого подвижного объекта (на фиг. 1 объект не показан). В состав формирователя 7 входят генератор 8, первый формирующий конденсатор 9, второй формирующий конденсатор 10, первый транзисторный ключ 11, второй транзисторный ключ 12, третий транзисторный ключ 13, четвертый транзисторный ключ 14, выходное реле 15 с тремя контактными группами 16, 17 и 18. Транзисторный ключ 13 зашунтирован диодом 19, а транзисторный ключ 14 - диодом 20. Входное реле 21 через защитный диод 22 подключено к шине 23 бортового источника питания и через элемент включения системы, в качестве которого использован тумблер 24, подключено к шине 25 нулевого потенциала. Коллекторы транзисторов 11 и 12 объединены и через контактную группу 26 входного реле 21 подключены к шине 23 бортового источника питания. Параллельно конденсатору 9 подключен элемент 27 индикации тока излучающего контура 1, а параллельно конденсатору 10 подключен аналогичный элемент 28. Элемент 27 содержит амплитудный детектор, образованный диодом 29 и конденсатором 30. К выходу амплитудного детектора подключено реле 31 с контактной группой 32. Элемент 28 индикации тока содержит амплитудный детектор, образованный диодом 33 и конденсатором 34, к выходу которого подключено реле 35 с контактной группой 36. Контактные группы 32 и 36 соединены последовательно и через резистор 37 подключены к светодиоду 38. Шины 39, 40 питания генератора 8 через контактную группу 26 подключены к шинам 23,25 бортового источника питания. 4 Предложенная сиcтема электромагнитной защиты работает следующим образом. Для включения системы тумблер 24 устанавливают в положение "Включено," при этом реле 21 через диод 22 подключается к шинам 23,25 бортового источника постоянного тока, контакты группы 26 замыкаются и транзисторные ключи 11 и 12 формирователя 7 подключаются к шинам 23, 25 бортового источника питания, а контактами 16, 17 и 18 реле 15 подключает выходные зажимы 3, 4, 5 и 6 к формирующим конденсаторам 9 и 10 и шине 25 нулевого потенциала. Блок управления работой реле 15, выключающий реле при появлении короткозамкнутых витков в кoнтурах 1 и 2, на фиг. 1 не показан. Одновременно с этим на шины 39, 40 питания генератора 8 поступает постоянное напряжение, и он начинает формировать прямоугольные импульсы, управляющие работой ключей 11, 12, 13, 14 (U11, U12, U13, U14 на фиг. 2). Амплитуда импульсов U11, U12 близка к напряжению на шине 23, а амплитуда импульсовU13, U14 не превышает максимально допустимого напряжения эмиттер - база транзисторов 13 и 14. Под действием импульсов U11, U12 периодически открываются транзисторы 11, 12, а под действием импульсов U13, U14 периодически открываются транзисторы 13, 14. Следует указать, что импульсы U11 и U13, а также импульсыU12 и U14 разнесены на малый (единицы мс) временной интервал для исключения одновременного открывания ключей 11, 13, а также ключей 12, 14 (указанный интервал на фиг. 2 не показан вследствие его малости по сравнению с длительностью импульсов U11, U12, U13, U14). При включении транзистора 11 (участок 41-42 на фиг. 2) излучающий контур 1 подключается через формирующий конденсатор 9 к шинам 23, 25 питания. Для правильной работы системы электромагнитной защиты величина емкости формирующего конденсатора 9 выбрана из соотношения: С = 4L/R2(1) где С - емкость формирующего конденсатора 9,L - индуктивность излучающего контура 1,R - активное сопротивление излучающего контура 1. Аналогичным образом выбрана и емкость формирующего конденсатора 10. Как видно из структурной схемы (фиг. 1), на участке 41-42(см. фиг. 2) к источнику постоянного тока (это шины 23, 25) на время действия импульса U11 подключается RLC цепь, состоящая из последовательно соединенных формирующего конденсатора 9, индуктивности излучающего контура 1 и его активного сопротивления. Известно, что при выполнении равенства (1) в такой цепи формируется импульс тока кососимметричной формы (См. об этом, например, Г.И. Атабеков. Теоретические основы электротехники. Часть 1. М., "Энергия", 1978 г., с. 447). 5 На участке 42-43 (фиг. 2) ключ 11 разомкнут, а ключ 13 замкнут. В этом случае благодаря энергии, запасенной в конденсаторе 9, ток меняет свое направление, а при выполнении равенства (1) в излучающем контуре 1 формируемый ток имеет кососимметричную форму (U1 на фиг. 2). При периодическом замыкании ключей 11 и 13 под действием импульсов U11 и U13 в цепи излучающиго контура 1 формируются периодические двухполярные импульсы кососимметричной формы, под действием которых излучающим контуром 1 формируется соответствующее току магнитное поле. Благодаря этому сигнатура вертикальной составляющей формируемого искусственного магнитного поля подобна вертикальной составляющей магнитного поля защищаемого подвижного объекта. Диод 19 защищает транзистор 13 от бросков напряжения отрицательной полярности,обусловленных коммутациями тока в цепи индуктивности излучающего контура 1. Аналогичным образом на участках 42-43 и 43-44 в излучающем контуре 2 формируемый ток кососимметричной формы (U2 на фиг. 2). Излучающие контуры 1 и 2 включены так, чтобы магнитные поля, создаваемые этими контурами, суммировались. Величины токов в излучающих контурах 1 и 2 выбраны так, чтобы напряженность искусственного магнитного поля существенно превышала напряженность собственного магнитного поля подвижного объекта. В этом случае искусственное магнитное поле является определяющим при взаимодействии подвижного объекта с взрывными устройствами, оснащенными магниточувствительными взрывателями. Благодаря этому искусственное магнитное поле, создаваемое системой электромагнитной защиты, вызывает срабатывание взрывных устройств, оснащенных магниточувствительными взрывателями, вне проекции корпуса защищаемого объекта на грунт на безопасном для защищаемого объекта расстоянии. В процессе работы СЭМЗ непрерывно контролируется факт наличия тока в излучающих контурах 1 и 2 благодаря введению в формирователь 7 элементов 27 и 28 индикации. Контроль наличия тока осуществляется следующим образом. Как указано ранее, при работе системы происходит периодический заряд и разряд формирующих конденсаторов 9 и 10. Вследствие этого на конденсаторах 9 и 10 формируются переменные сигналы (U9 и U10 на фиг. 2), которые обрабатываются амплитудными детекторами, выполненными на элементах 29, 30 и 33, 34. Под действием выходных сигналов амплитудных детекторов срабатывают реле 31, 35, и через их контактные группы 32, 36 и резистор 37 включается светодиод 38, сигнализируя о наличии тока в излучающих контурах 1, 2 и нормальной работе СЭМЗ. 6 Если нарушается целостность цепи какоголибо излучающего контура, например, в результате воздействия осколков от сработавших под действием искусственного магнитного поля мин, то прекращаются зарядно-разрядные процессы соответствующего формирующего конденсатора. Пусть, например, возник разрыв цепи в излучающем контуре 1. В этом случае напряжение на конденсаторе 9 уменьшается до нуля,и реле 31 выключается, разрывая контактной группой 32 цепь питания светодиода 38. Выключение светодиода 38 сигнализирует о возникшей неисправности. При необходимости указанный сигнал дублируют формированием звукового оповещающего сигнала. (На фиг. 1 формирователь звукового сигнала не показан). После получения информации о нарушении целостности цепей излучающих контуров оператор выключает тумблер 24, производит замену разрушенного излучающего контура и вновь включает тумблер 24. Система электромагнитной защиты вновь готова к работе. В случае возникновения короткозамкнутых витков в излучающих контурах 1 и 2, например, из-за воздействия осколков, блок контроля перегрузки, управляющий работой реле 15, (на фиг. 1 блок контроля не показан) выключает реле 15, отключая контактными группами 16, 17 и 18 излучающие контуры 1 и 2 от выходов формирователя 7. Это защищает ключевые транзисторы 11 14 от перегрузки. В предложенной системе электромагнитной защиты достигнуто упрощение конструкции по сравнению с устройством-аналогом за счет исключения микропроцессора и регулирующих элементов, работающих в линейном режиме. В предложенной системе транзисторы работают в ключевом режиме, а потому рассеиваемая на них мощность минимальна, что существенно облегчает тепловой режим формирователя 7 управляющего тока и повышает надежность его работы. Кроме того, в предложенной системе напряжение на шине питания выше, чем в устройстве, взятом за прототип, за счет исключения защитного диода из силовой цепи. Вследствие этого повышена эффективность работы системы за счет увеличения амплитуды импульсов тока в излучающих контурах. Проведенные натурные испытания макетного образца предложенной системы электромагнитной защиты подтвердили ее высокую эффективность, надежность и целесообразность использования СЭМЗ для защиты широкого спектра подвижных объектов. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Система электромагнитной защиты для подвижного объекта, содержащая два излучающих контура, расположенные на корпусе подвижного объекта и подключенные входами к четырем выходным зажимам формирователя управляющего тока, включающего генератор,выходное реле с тремя контактными группами,и защитный диод, анодом соединенный шиной бортового источника питания, отличающаяся тем, что в формирователь управляющего тока введены два формирующих конденсатора с элементами индикации тока излучающих контуров,входное реле, четыре ключевых транзистора,базы которых соединены с выходами генератора, коллекторы первого и второго транзисторов объединены и через нормально разомкнутые контакты входного реле соединены с шиной бортового источника питания, эмиттер первого транзистора объединен с коллектором третьего транзистора и через последовательно соединенные первый формирующий конденсатор и первую контактную группу выходного реле подключен к первому выходному зажиму формирователя управляющего тока, эмиттер второго транзистора объединен с коллектором четвертого транзистора и через последовательно соединенные второй формирующий конденсатор и вторую контактную группу выходного реле подключен к второму выходному зажиму формирователя управляющего тока, третий и четвертый выходные зажимы формирователя управляющего тока объединены и через третью контактную группу выходного реле соединены с шиной нулевого потенциала и эмиттерами третьего и четвертого транзисторов, при этом входное реле подключено к катоду защитного диода и через элемент включения системы к шине нулевого потенциала, при этом каждый элемент индикации тока излучающего контура,выполнен в виде амплитудного детектора, вход которого подключен к соответствующему формирующему конденсатору, а выход амплитудного детектора нагружен на обмотку исполнительного реле. 2. Система электромагнитной защиты по п.1, отличающаяся тем, что величина емкости каждого формирующего конденсатора выбрана из соотношения С = 4L/R2, где С - емкость формирующего конденсатора, L - индуктивность излучающего контура, R - активное сопротивление излучающего контура.