專利名稱：探測(cè)空氣運(yùn)動(dòng)或壓力變化的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及探測(cè)空氣運(yùn)動(dòng)或氣壓變化(有時(shí)稱為亞聲頻，因?yàn)閹в蟹浅５偷念l率，常常在0.1-5Hz的范圍內(nèi))的裝置。這種裝置可用于探測(cè)封閉環(huán)境的破壞。封閉環(huán)境可以是，例如，閉合且空著的運(yùn)載工具(例如，飛機(jī)、宇宙飛船、潛水艇、甚至道路車輛)或在建筑物內(nèi)的封閉房間(例如，安全的試驗(yàn)室或保險(xiǎn)庫)。封閉環(huán)境的破壞可能出現(xiàn)在下列時(shí)候例如當(dāng)人或動(dòng)物進(jìn)入、離開封閉環(huán)境時(shí)，或當(dāng)正常的安全門、窗或艙蓋失效時(shí)?；蛘?，另一方面由例如密封裝置的損壞、事故使封閉環(huán)境破壞。
通常，當(dāng)飛機(jī)停在機(jī)場(chǎng)或者飛機(jī)關(guān)閉著并且無人時(shí)(例如在牽引飛機(jī)時(shí))，盡管艙蓋 或者門已關(guān)上，但通常并沒有鎖上，只是用帶子簡(jiǎn)單封上，從而通過探測(cè)帶子的移動(dòng)就能探測(cè)到入侵者。
為了改進(jìn)保安措施，已經(jīng)努力設(shè)計(jì)了用在停泊的(或者閉合的并空著的)飛機(jī)上的裝置以提供封閉環(huán)境已被例如入侵者破壞的可靠指示。大多數(shù)人都企圖設(shè)計(jì)這樣的裝置依靠使用麥克風(fēng)來探測(cè)因侵入者，企圖打開飛機(jī)門而引起的亞聲頻。麥克風(fēng)通常使用一個(gè)拉伸的隔板，將該隔板在其周邊牢固地固定到麥克風(fēng)外殼上。在靜電或駐極電介體麥克風(fēng)的情況下，可以裝在兩個(gè)導(dǎo)電板之間，用電容的變化探測(cè)隔板響應(yīng)空氣運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)或振動(dòng)。但是，這種麥克風(fēng)的靈敏度和性能不穩(wěn)定。此外，隔板內(nèi)的張力易隨環(huán)境狀態(tài)而變化，例如，隨溫度而變化，從而導(dǎo)致不希望的麥克風(fēng)的響應(yīng)特性的變化。
本發(fā)明的目的是提供一種探測(cè)封閉環(huán)境的破壞的裝置，它應(yīng)該能比前面提到的裝置有更可重復(fù)的和/或靈敏的結(jié)果。
在一個(gè)方面，本發(fā)明提供具有隔板的裝置，隔板可相應(yīng)于例如由封閉環(huán)境的破壞所引起的空氣壓力或空氣運(yùn)動(dòng)的變化作整體移動(dòng)。
在使用本發(fā)明的裝置中，允許隔板或多個(gè)隔板響應(yīng)空氣運(yùn)動(dòng)而整體移動(dòng)意味著象溫度之類的變化應(yīng)該對(duì)傳感器不起作用?？梢詫⒏舭迕芊獾酵鈿ど弦栽诟舭搴竺嫦薅ㄒ粋€(gè)封閉腔，在需要探測(cè)的頻率(非常低，在幾個(gè)Hz的范圍內(nèi)，例如1.75Hz)具有良好的響應(yīng)。
在另一方面，本發(fā)明提供具有響應(yīng)空氣壓力或空氣運(yùn)動(dòng)的變化和振動(dòng)和/或噪聲的分開的隔板的裝置。分開的隔板可獨(dú)立地檢測(cè)空氣壓力或空氣運(yùn)動(dòng)的變化和振動(dòng)，或者可提供后面將要處理的以產(chǎn)生表示空氣壓力或空氣運(yùn)動(dòng)變化和振動(dòng)的各個(gè)信號(hào)的輸出。
在另一方面，本發(fā)明提供探測(cè)環(huán)境中空氣運(yùn)動(dòng)的傳感器，傳感器具有響應(yīng)環(huán)境內(nèi)的空氣運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生信號(hào)的變換器，變換器包括一個(gè)由安裝部件安裝在外殼內(nèi)的剛性隔板，使整個(gè)隔板作為一個(gè)整體相對(duì)于具有將隔板密封到外殼中的安裝部件的外殼移動(dòng)，從而在隔板的后面限定了不受外殼外面的空氣運(yùn)動(dòng)影響的封閉腔，由此隔板工作以響應(yīng)由封閉環(huán)境的破壞所引起的空氣運(yùn)動(dòng)而移動(dòng).可以設(shè)置響應(yīng)隔板的移動(dòng)的處理器以產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)。
可以給隔板提供一個(gè)動(dòng)態(tài)的(通常為動(dòng)圈)具有大體上為圓錐形隔板的揚(yáng)聲器，將在隔板后面的腔封閉以將揚(yáng)聲器在30Hz以上的正常頻率響應(yīng)范圍向下擴(kuò)展到約1Hz。圓錐形隔板的出口的直徑大約為3至4英寸(6至10cm)?？梢允褂玫鸵魮P(yáng)聲器，因?yàn)槠潇`敏度在相關(guān)的頻率范圍內(nèi)。
在隔板后面設(shè)置有封閉腔的地方，可以給腔設(shè)有通氣孔，例如直徑大約為0.5mm的小孔(或可能更小)，以能夠使封閉腔內(nèi)的空氣壓力適應(yīng)環(huán)境壓力的變化，例如，如果飛機(jī)以高或低的高度停在飛機(jī)場(chǎng)。
在將隔板密封到外殼上的地方，可以使用由氣密的密封物質(zhì)(例如，潤(rùn)滑脂或油)密封的可變形的多孔泡沫件。作為另一種可能性，可以使用可伸縮的波紋管或其它任何合適的安裝部件，將隔板的連接部分密封到外殼以防止空氣進(jìn)入，這將使隔板整體地相對(duì)于外殼移動(dòng)。
傳感器可以包括另一隔板，另一隔板與上一隔板在相對(duì)的方向上面對(duì)，能夠產(chǎn)生一個(gè)表示傳感器是否受到振動(dòng)的信號(hào)。這樣的信號(hào)可用于在產(chǎn)生了表示振動(dòng)超過給定閾值的信號(hào)時(shí)禁止產(chǎn)生報(bào)警。
使用兩個(gè)隔板能使裝置確定環(huán)境是否受到振動(dòng)并且能使裝置在這種振動(dòng)出現(xiàn)的情況下避免產(chǎn)生誤報(bào)警。這是將該裝置放在停運(yùn)的飛機(jī)上所特有的優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)?，例如，附近的象波?47之類的大型噴氣式飛機(jī)的起飛和登陸將在停運(yùn)的飛機(jī)中產(chǎn)生劇烈的振動(dòng)。此外，這應(yīng)該使裝置不受大氣狀態(tài)(例如可能導(dǎo)致振動(dòng)的大暴雨)的影響，在沒有另一隔板的情況下，該振動(dòng)可能導(dǎo)致誤報(bào)警，并且也能防止通過產(chǎn)生大噪聲企圖故意產(chǎn)生誤報(bào)警的情況發(fā)生。
在另一方面，本發(fā)明提供檢測(cè)空氣運(yùn)動(dòng)的傳感器，傳感器包括兩個(gè)變換器，每一個(gè)變換器都包括一個(gè)隔板，由允許隔板相對(duì)外殼移動(dòng)的安裝部件將隔板安裝在外殼內(nèi)，將變換器設(shè)置成使兩個(gè)隔板的前表面在相對(duì)的方向上面對(duì)。還可設(shè)置處理器用于產(chǎn)生表示通過變換器產(chǎn)生的環(huán)境內(nèi)任何空氣運(yùn)動(dòng)和作用在環(huán)境上的任何振動(dòng)的信號(hào)，并且當(dāng)產(chǎn)生超過給定閾值表示空氣運(yùn)動(dòng)的信號(hào)而不是表示振動(dòng)的信號(hào)時(shí)發(fā)出報(bào)警。從而能補(bǔ)償振動(dòng)的影響，例如，由惡劣的天氣狀態(tài)或其它飛機(jī)的起飛或著陸或其它噪聲引起的振動(dòng)，由此有助于避免產(chǎn)生誤報(bào)警。
在提供兩個(gè)隔板的地方，其中將至少一個(gè)隔板密封到外殼上，從而在隔板的后面限定了一個(gè)不受空氣運(yùn)動(dòng)影響的封閉腔。
如果提供兩個(gè)隔板，那么兩個(gè)隔板可構(gòu)成相應(yīng)的相同變換器的部件，將來自兩個(gè)變換器的信號(hào)相加以產(chǎn)生表示任何亞聲頻的信號(hào)，將信號(hào)相減以產(chǎn)生表示封閉環(huán)境中出現(xiàn)的任何振動(dòng)的信號(hào)。作為另一種方案，變換器之一可以具有通氣口或孔，使空氣的運(yùn)動(dòng)能與隔板的兩側(cè)連通，從而隔板不響應(yīng)這樣的空氣運(yùn)動(dòng)而僅僅響應(yīng)其它的干擾，例如振動(dòng)或音頻信號(hào)。這能實(shí)現(xiàn)用分開的變換器探測(cè)空氣運(yùn)動(dòng)和振動(dòng)。
如果設(shè)置兩個(gè)隔板，它們可軸向?qū)R并且彼此相對(duì)而置、相隔一空氣間隔，空氣間隔應(yīng)足夠大以避免對(duì)進(jìn)行測(cè)量有任何影響。這應(yīng)該能實(shí)現(xiàn)更精確的測(cè)量，因?yàn)樗鼙ＷC兩個(gè)隔板探測(cè)相同的空氣困或空氣量。
如果音頻信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生指示信號(hào)超過給定閾值的音頻信號(hào)就可以禁止發(fā)出報(bào)警。即使有大噪聲，例如雷聲或飛機(jī)起飛或著陸的噪聲，這也能避免誤報(bào)警的可能性。
下面將參照附圖通過舉例描述本發(fā)明的實(shí)施例，其中

圖1是部分剖面示意圖，表示用在本發(fā)明的裝置中實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的傳感器的一個(gè)例子；圖2是與圖1類似的示意圖，表示用在本發(fā)明裝置中的另一傳感器的例子；圖3是表示用于本發(fā)明裝置的處理器的一個(gè)例子的框圖，處理器用于處理由傳感器提供的信號(hào)；圖4是與圖1類似的示意圖，表示用在本發(fā)明裝置中的另一傳感器的例子；圖5是與圖3類似的圖，表示用于本發(fā)明裝置的處理器的一個(gè)例子，處理器用于處理來自圖4所示的傳感器的信號(hào)；
圖6是表示適用于本發(fā)明裝置的處理器的另一個(gè)例子的框圖，處理器用于處理由傳感器提供的輸出信號(hào)；圖7是本發(fā)明裝置的一個(gè)例子的示意框圖；圖8示意性地描述了本發(fā)明裝置的操作面板的一個(gè)例子；圖9A至9C是流程圖，描述本發(fā)明裝置的操作；圖10是本發(fā)明裝置的一個(gè)非常概略的圖；圖11非常概略地描述了本發(fā)明的裝置放置在封閉環(huán)境；圖12是本發(fā)明的裝置的另一實(shí)施例的示意圖，其中部分外殼剖開；圖13是圖12所示的裝置的外殼的一端的示意圖，表示一種可能的顯示器；圖14是與圖3類似的適合用于處理來自圖1或圖2所示傳感器的信號(hào)的處理器的另一例子的框圖；圖15是表示處理器的另一個(gè)例子的框圖，該處理器適合用于處理由圖4所示的傳感器提供的輸出信號(hào)；圖16a至16h表示的是電壓與時(shí)間的曲線圖，表示在如圖14所示的處理器的各個(gè)點(diǎn)處產(chǎn)生的典型信號(hào)；以及圖17作為例子描述了應(yīng)用本發(fā)明的裝置能檢測(cè)地震活動(dòng)。
當(dāng)然，應(yīng)可理解的是圖是不成比例的，并且全部用相同的參考標(biāo)號(hào)表示相同的元件。
現(xiàn)在參照附圖，圖1是本發(fā)明的傳感器1的一個(gè)實(shí)施例的部分剖面圖，該傳感器適合用在探測(cè)封閉環(huán)境破壞的裝置中。
如圖1所示，傳感器1包括第一變換器2，第一變換器2有一個(gè)外殼3，外殼3內(nèi)安裝有一個(gè)剛性隔板4，從而使隔板4作為一個(gè)整體相對(duì)于外殼3移動(dòng)。在圖1所示的例子中，剛性的隔板4包括一個(gè)剛性的圓錐形部分，該剛性圓錐形部分的外周通過一個(gè)泡沫安裝件5與外殼2的凸緣2 a連接，泡沫安裝件5具有足夠的彈性或可形變性以使圓錐形部分4相對(duì)于外殼3移動(dòng)。圓錐形部分4有一個(gè)裝有可動(dòng)線圈或音圈6的向后的延伸部分4a。如圖所示，由電磁鐵7或永久磁鐵環(huán)繞音圈6。圓錐形部分4、音圈6和電磁鐵7構(gòu)成了常規(guī)動(dòng)態(tài)低音揚(yáng)聲器。當(dāng)然，可以使用商品揚(yáng)聲器，如由Audax a French company of Chateau-du-Loir，near Mans制作的Audax AT080M0、France72500。
如圖1所示的傳感器2與可得到的商品低音揚(yáng)聲器的差別在于，外殼2、圓錐形隔板4和安裝件5限定了腔8，除一個(gè)小通氣孔外腔8完全封閉，從而使腔內(nèi)壓力跟隨或適應(yīng)環(huán)境壓力的變化。可由透氣的泡沫安裝部件5來形成小通氣孔。然而，由于泡沫安裝部件的性能是不可重復(fù)的，所以最好是用潤(rùn)滑脂等的涂層5a封閉泡沫安裝部件或使泡沫安裝部件不透氣，并且在外殼3中形成小的通氣孔3a。通常，通氣孔的直徑應(yīng)該小于大約0.5mm。可以使用其它任何使封閉腔內(nèi)的壓力適應(yīng)環(huán)境壓力的合適的通氣部件。腔8的封閉使變換器2的頻率靈敏度由常規(guī)揚(yáng)聲器的正常值為30Hz的滾降頻率擴(kuò)大，因而能夠探測(cè)頻率范圍為例如0.1至5Hz的亞聲頻或者至少能夠探測(cè)降到大約0.5-1Hz的頻率。由空氣孔3a和泡沫安裝部件5a的透氣性給腔8提供的通氣器能夠使變換器2的準(zhǔn)直流或者非常低的頻率(通常低于0.05Hz)響應(yīng)變?yōu)榱?，并避免整個(gè)環(huán)境氣壓變化影響變換器2的響應(yīng)。
如果，例如提供一個(gè)分開的傳感器來探測(cè)環(huán)境氣壓，使裝置能補(bǔ)償揚(yáng)聲器的響應(yīng)隨環(huán)境氣壓的變化，則可使用完全封閉的腔8。
如圖1所示的傳感器1還包括一個(gè)第二變換器20，除了形成的第二變換器20的外殼30帶有孔眼31，從而腔8a沒有密封以外，該第二變換器20與上述變換器2相同?？梢园慈我馑璧膱D形形成孔眼31，但是孔眼的總面積應(yīng)該等于圓錐形隔板4的前面的開口面積，使氣壓的變化相同地傳送到圓錐形隔板4的前面和后面，從而使變換器20的圓錐形膈板4不響應(yīng)氣壓的變化。
這樣設(shè)置第一變換器2和第二變換器20使兩個(gè)圓錐形隔板4的前表面在相對(duì)的方向上面對(duì)。如圖1所示，兩個(gè)圓錐形隔板4軸向地排列，并且通過例如間隔條10(圖中示出了其中的兩個(gè))使變換器2和20相隔一空氣間隙9，該間隔條10將外殼3和30在圍繞外殼周邊的特定點(diǎn)連接在一起，允許空氣的自由運(yùn)動(dòng)進(jìn)入位于兩個(gè)變換器2和20之間的空氣間隙。第一變換器2和第二變換器20之間的間隔或距離應(yīng)足夠大以避免間隙影響進(jìn)行測(cè)量。通常第一變換器2和第二變換器20的距離應(yīng)至少為1cm。由第一和第二變換器響應(yīng)相同的氣團(tuán)的需要性來確定第一變換器2和第二變換器20之間的最大距離，并且當(dāng)然傳感器1的尺寸要求也約束第一和第二變換器之間的最大距離。實(shí)際上第一和第二變換器2和20之間的距離可為大約3cm。但是，正如上面所指出的，空氣間隙可大于或小于3cm。
圖2示出了本發(fā)明的傳感器1a的另一例子。圖2所示的傳感器1a與圖1所示的傳感器的區(qū)別在于，第一變換器2′和第二變換器20′的位置相反，從而使第二傳感器20′位于第一傳感器2′的上方。當(dāng)然，圖1所示的第一和第二傳感器的位置也可以交換。此外，通過可伸縮橡膠或塑料材料的波紋裝置50而不是圖1所示的泡沫安裝部件5使圖2所示的第一變換器2′和第二變換器20′的圓錐形隔板與其相應(yīng)的外殼3相連接。
如圖2所示，第一變換器2′和第二變換器20′各自都可配有一個(gè)帶孔的前板11，與通常用于揚(yáng)聲器的一樣。在圖1所示的傳感器1中也可以設(shè)置這樣的帶孔板。在第二變換器20的外殼3中，帶孔前板11的孔眼11a的進(jìn)氣口面積應(yīng)該等于孔眼31的面積，從而保證在第二變換器20中的圓錐形隔板4的兩側(cè)上的壓力均衡并且使第一變換器2′和第二變換器20′的進(jìn)氣口匹配。
由于使第一變換器2或2′的腔8封閉，第一變換器2或2′的圓錐形隔板4響應(yīng)因封閉環(huán)境的破壞而引起的空氣運(yùn)動(dòng)或氣壓變化，在所述的封閉環(huán)境中放置有傳感器1，封閉環(huán)境的破壞由例如企圖進(jìn)入或離開封閉環(huán)境的人所引起。但是，由于第二變換器20或20′具有一個(gè)沒有封閉的腔8a，所以第二變換器20或20′的圓錐形隔板4并不響應(yīng)這種空氣的運(yùn)動(dòng)或氣壓的變化，而僅僅響應(yīng)可聽到的聲音和在圓錐形隔板的軸向出現(xiàn)的振動(dòng)。從而，如果，例如，放有傳感器1或1a的封閉環(huán)境經(jīng)受來自外部源的振動(dòng)，比如，在傳感器位于飛機(jī)上的情況下，附近飛機(jī)的起飛或著陸，或如大雷雨之類的大氣干擾，甚至故意通過在封閉的環(huán)境外面產(chǎn)生大噪聲而產(chǎn)生誤報(bào)警，則第二變換器20或20′能單獨(dú)探測(cè)振動(dòng)并能用于避免傳感器1或1a產(chǎn)生誤報(bào)警。
在傳感器1或1a工作時(shí)，圓錐形隔板4的軸向運(yùn)動(dòng)在相應(yīng)的音圈6中產(chǎn)生電信號(hào)，電信號(hào)的頻率與圓錐形隔板的振動(dòng)頻率相同。圖3示出了處理來自動(dòng)圈6的輸出引線6a、6b的信號(hào)的處理裝置40的一個(gè)例子。
為了簡(jiǎn)單起見，在圖3中僅示意性地示出了第一變換器2和第二變換器20。當(dāng)然，圖3所示的處理裝置可以與傳感器1或1a一起使用。
如圖3所示，將來自第一變換器1音圈6的輸出耦合到一個(gè)第一處理裝置40a的一個(gè)放大器41的輸入端。放大器41可采用任何合適的常規(guī)形式。通常，放大器41為運(yùn)算放大器。放大器41的輸出41a送至允許1-3Hz的頻率信號(hào)通過的第一帶通濾波器42。合適的濾波器42的形式可參考任何合適的電子學(xué)的教科書。例如，Horowitz和Hill所著的第二版的″The Art of Electronics″(由the Press Syndicate of theUniversity of Cambridge出版)描述了各種合適的有源濾波器，例如巴特沃茲濾波器。第一濾波器42的輸出42a耦合到第二放大器43的輸入端，第二放大器可以是例如已知結(jié)構(gòu)的可變?cè)鲆娣糯笃?。將可變?cè)鲆娣糯笃?3的輸出43a提供給第二濾波器44的輸入。第二濾波器為一個(gè)銳截止濾波器44，將該銳截止濾波器設(shè)計(jì)成能使需要探測(cè)的頻率通過，在本例中為1.75Hz再加上或減去0.25-0.5Hz。在Horowitz和Hill的第二版的題為″有源濾波器和振蕩器″的章節(jié)中描述了形成銳截止濾波器44的合適電路的例子。例如，銳截止濾波器44可以是Horowitz和Hill的第二版第278、279頁和圖5.2所示的″雙四倍(biquad)″濾波器。也可使用其它合適形式的狀態(tài)變量濾波器或其它的所需頻率的帶通濾波器。
將銳截止濾波器44的輸出提供給常規(guī)形式的全波整流電路45。然后將整流后的輸出提供給幅度解調(diào)器46，幅度解調(diào)器46用低頻信號(hào)平滑整流輸出。幅度解調(diào)器46與峰值檢波器47耦合，峰值檢波器47仍為常規(guī)形式。峰值檢波器47探測(cè)幅度解調(diào)器46提供的幅度解調(diào)信號(hào)的最高電壓。將探測(cè)的峰值提供給閾電路，閾電路可以是例如施密特電路或常規(guī)的僅當(dāng)峰值超過給定電壓時(shí)供給高輸出信號(hào)的比較器。從而，閾探測(cè)器48在頻率為1.75Hz的圓錐形隔板4的振動(dòng)幅度超過由閾電路48確定的閾值時(shí)提供輸出信號(hào)OP1。
第二變換器20與第二處理裝置40b耦合，第二處理裝置40b與第一變換器2的處理裝置40a相匹配，所以，第二處理裝置包括放大器41′、第一濾波器42′、可變?cè)鲆娣糯笃?3′、銳截止(窄帶通)濾波器44′、全波整流器45′、幅度解調(diào)器46′、峰值檢波器47′以及閾電路48′。當(dāng)?shù)诙儞Q器20的圓錐形隔板4在探測(cè)頻率(在此例中為為1.75Hz)的振動(dòng)幅度超過閾值時(shí)，第二處理裝置提供高輸出信號(hào)OP2。由于第二變換器20不響應(yīng)空氣運(yùn)動(dòng)或氣壓的變化而僅響應(yīng)振動(dòng)的變化，所以高輸出信號(hào)OP2表示傳感器1受到頻率為為1.75Hz的高于給定的閾值的振動(dòng)，例如，在停放的飛機(jī)上裝有傳感器1的地方，由于大暴雨等的大氣的影響或波音747之類的大飛機(jī)的起飛或著陸、或其它外部大噪聲的影響而帶來的振動(dòng)。
還將第一和第二變換器2、20之一的音圈6的輸出耦合到第三處理裝置40c，當(dāng)相應(yīng)的變換器探測(cè)到聲頻信號(hào)時(shí)第三處理裝置提供輸出信號(hào)。第三處理裝置與第一和第二處理裝置類似，其差別在于僅提供一個(gè)濾波器42a。濾波器42a與濾波器42和42′類似，但通過的頻率范圍為1.5-500Hz，從而能探測(cè)例如由大氣影響或通過的飛機(jī)所引起的低頻音頻信號(hào)。當(dāng)相應(yīng)的第二變換器2或20的圓錐形隔板4在濾波器42a的通頻帶內(nèi)的振動(dòng)幅度超過閾電路48”確定的給定幅度時(shí)，第三處理裝置提供高輸出信號(hào)OP3。最好是使第三處理裝置與第一變換器2耦合，因?yàn)檎缜懊嫠甘镜?，第一變換器2在所涉及的頻率范圍內(nèi)比第二變換器20更靈敏。
至少可以將放大器41、41′、41″和濾波器42、42′、42″可安裝在位于傳感器1的主體上的如圖1所示的合適的外殼中。這應(yīng)該能使因電連接所引起的信號(hào)損耗噪聲的引入減少。當(dāng)然，如果需要并且空間允許的話，所有的處理裝置40都可設(shè)置在外殼401內(nèi)。
圖4示出了本發(fā)明的傳感器1b的另一例子。在圖4所示的例子中，兩個(gè)變換器2″各自都有一個(gè)密封后腔8。如圖4所示，第一和第二變換器2″的結(jié)構(gòu)與圖2所示的第一變換器2′的結(jié)構(gòu)相似。當(dāng)然，變換器2″的結(jié)構(gòu)也可與圖1所示的變換器2的結(jié)構(gòu)類似。
圖5示出了用于處理圖4所示的傳感器1b的音圈6的輸出信號(hào)的處理裝置的一個(gè)例子。
圖5所示的第三或音頻處理裝置40c與圖3所示的相同。然而，第一和第二處理裝置40′a、40′b與圖3所示的不同。如圖5所示，將第一和第二處理裝置的銳截止濾波器44和44′的輸出提供給相應(yīng)的常規(guī)形式的加法電路60和減法電路61。然后，如上面參照?qǐng)D3所描述的那樣，由全波整流電路45和45′、幅度調(diào)制器46和46′、峰值檢波器47和47′、以及閾探測(cè)器48和48′處理相加的信號(hào)和相減的信號(hào)，以提供輸出信號(hào)OP1和OP2。由于兩個(gè)變換器2′的圓錐形隔板4在相對(duì)的方向上振動(dòng)，當(dāng)出現(xiàn)檢測(cè)頻率(在此例中為1.75Hz)的振動(dòng)時(shí)由接在減法電路61后面的處理所得的信號(hào)提供信號(hào)OP2，而當(dāng)人設(shè)法進(jìn)入裝有傳感器的封閉空間引起空氣運(yùn)動(dòng)或壓力變化時(shí)由進(jìn)一步處理加法電路提供的信號(hào)所得到的信號(hào)提供高輸出信號(hào)OP1。
圖6示出了處理傳感器1b輸出信號(hào)的另一裝置。圖6所示的處理裝置與圖5所示的處理裝置的區(qū)別僅僅在于，在幅度調(diào)制之后將濾波器44和44′的輸出相加。當(dāng)然，由于這種裝置的減法必須在整流之前進(jìn)行，所以這種方案的確需要進(jìn)一步的全波整流電路45和幅度調(diào)制電路46。
作為另一種可能性，加和減可在濾波和放大之前或在濾波和放大鏈41-44中的任何合適點(diǎn)進(jìn)行。
在其它方面，圖6所示的處理裝置與圖5所示的處理裝置相同。
圖7是使用上述傳感器1、1a或1b的入侵探測(cè)裝置100的一個(gè)例子的方框圖。由可再充電的電池101給裝置100供電，使裝置100能象設(shè)備的一個(gè)獨(dú)立部件那樣工作。電池101通過電池充電器103和電源控制單元104與電源單元102相耦合，所有的部分都為公知的形式。電源單元102能耦合到任何合適的主電壓MV上，能夠通過電源控制單元104和電池充電器103使電池101再充電。將電池充電器103設(shè)計(jì)成使電池的充電速度適應(yīng)已有技術(shù)中公知的電池充電的實(shí)際狀態(tài)。電源控制電路104包括常規(guī)的電壓調(diào)整和電平移動(dòng)電路，并分別將三個(gè)輸出電壓提供在線104A、104B和104C上。
電源線104A和104B有正、負(fù)電源軌端，對(duì)于傳感器1和處理裝置而言通常為+5伏、-5伏。在圖7中為了簡(jiǎn)單起見，以給微處理器105提供三個(gè)輸出OP1、OP2、和OP3的方框400簡(jiǎn)單地描述處理裝置。用電源控制電路104的第三條電源線104C(通常還是提供5伏的電壓)給微處理器105供電。這能使電源控制電路104在如下的情況下使電源不與電源線104A和104B連接電池電壓下降到低于某一要求的最小值而仍然給微處理器105提供電源，從而能指示該裝置100的狀態(tài)。微處理器105帶有可為任何合適的常規(guī)形式的存儲(chǔ)裝置106，例如，存儲(chǔ)裝置106可為硬磁盤驅(qū)動(dòng)器。該裝置100還帶有給微處理器105輸入指令的鍵盤107。提供一個(gè)能夠顯示輸入給微處理器105的指令和存儲(chǔ)在存儲(chǔ)裝置106中的數(shù)據(jù)的顯示器108，例如，LCD顯示器。
正如下面所要解釋的，微處理器105還接收來自輸入/退出鍵109和傾斜開關(guān)110的輸入信號(hào)。還可以給該裝置提供合適的無線電發(fā)射機(jī)或收發(fā)機(jī)111和112，用于分別給無線電尋呼機(jī)和基臺(tái)提供信號(hào)。當(dāng)然，可以設(shè)置合適的收發(fā)機(jī)通過任何適應(yīng)的通信線路(例如，電話或計(jì)算機(jī)通信線路)來提供信號(hào)。微處理器105還控制多個(gè)LED 113-116的操作，LED 113-116提供低電池電壓、進(jìn)入設(shè)有該裝置100的封閉空間、離開該封閉空間、以及出現(xiàn)未經(jīng)許可進(jìn)入該封閉空間的情況的可視指示的。微處理器105還控制產(chǎn)生音頻信號(hào)的警笛117或其它類似裝置。
圖8非常簡(jiǎn)單地示出了該裝置的操作板100a。如圖8所示，可由微處理器105控制顯示器108，以提供當(dāng)前電池充電電平的指示108a。
正如前面所指示的，將裝置100設(shè)計(jì)成輕便獨(dú)立構(gòu)件，它在給設(shè)有該裝置的環(huán)境供電的情況下能獨(dú)立操作。
圖10示出了本發(fā)明的裝置100的非常概略的透視圖。如圖所示，裝置100有一個(gè)通常由金屬或塑料制成并且為一個(gè)簡(jiǎn)便的箱子或安裝箱形式的箱子120。箱子120有一個(gè)提手120a，便于在應(yīng)用時(shí)將該裝置運(yùn)送到放置該裝置的封閉環(huán)境和將該裝置從該封閉環(huán)境中拿走。圖8所示的控制板100a安裝到箱子的側(cè)壁，如圖所示。箱子120還有多個(gè)空氣入口，在本例中示出了兩個(gè)空氣入口120b和120c，每一個(gè)都與位于傳感器1的變換器之間的空氣間隙9連通。空氣入口120b和120c可通過圖10中以虛線示出的空氣管121與間隙9連通。裝置100的其余部件安裝在箱子120內(nèi)，例如在泡沫安裝塊(沒有示出)內(nèi)。圖10示出了第一方框1020、第二方框1010、第三方框1050，第一方框表示電源單元102、電池充電器和電源控制單元104的公用殼體，第二方框表示可再充電電池的位置，第三方框表示帶有處理部件400、微處理器105和相應(yīng)電路的印刷電路板。如果需要，可以為顯示器107的驅(qū)動(dòng)電路提供單獨(dú)的印刷電路板。箱子120有一個(gè)能與上面討論的主電源MV相連的插座122。箱子120通常鎖著或者用其它方式關(guān)緊，使箱子僅僅在保養(yǎng)、維修或者更換裝置的操作元件時(shí)才能打開。當(dāng)然，也可以使用其它適合的用于裝置100的外殼結(jié)構(gòu)。
下面將參照?qǐng)D9A到9C的所示的流程圖描述裝置100的操作。
圖11非常概略地示出了一個(gè)封閉環(huán)境200(可以是飛機(jī)的一個(gè)客艙)，至少有一個(gè)門或艙門200a，在該封閉環(huán)境中安裝有裝置100。
由航空公司或機(jī)場(chǎng)的保安部門委托的鑰匙持有者(keyholder)通過其箱子提手120a攜帶裝置100并將其放在飛機(jī)客艙200內(nèi)合適的位置。然后，委托的鑰匙持有者將進(jìn)入/退出鑰匙(未示出)插入進(jìn)入/退出鑰匙槽109內(nèi)以激活此裝置。作為另一種可能的方案，要求委托的鑰匙持有者通過小鍵盤107密碼鍵入。一旦微處理器在圖9A的步驟S2探測(cè)到鑰匙的進(jìn)入，微處理器就在步驟S1判斷是否正從傾斜開關(guān)110接收表示傳感器1不正確取向的信號(hào)，其中若傳感器1在一個(gè)單獨(dú)的支架上，當(dāng)然，傾斜開關(guān)110也安裝在傳感器1的支架上。如果微處理器探測(cè)到取向不正確，則在步驟S3在LCD屏108上顯示一個(gè)信息并由警笛117發(fā)出聲音報(bào)警。
一旦傳感器1已取向正確，微處理器就在步驟S4檢驗(yàn)當(dāng)前電池電壓，并將其顯示在LCD屏上，如步驟S5所示出的。
如圖9a在步驟S6所示，微處理器105還將檢查電池電壓是否低，如果是，電池低報(bào)警的LED可能發(fā)光，并且在LCD顯示器108上顯示表示該裝置不能報(bào)警的信息，直到電池已經(jīng)再充電為止。假定電池電壓符合要求，那么在步驟S8微處理器對(duì)由鑰匙持有者通過小鍵盤107的任何輸入進(jìn)行檢查，然后在步驟S9執(zhí)行輸入指令，例如，修改存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器106中的數(shù)據(jù)或時(shí)間。當(dāng)在基臺(tái)不使用該裝置并將其插入主電源時(shí)，例如給電池再充電時(shí)，為了進(jìn)一步減少末允許的人損害該裝置的可能性，對(duì)微處理器105進(jìn)行編程的，僅僅允許通過小鍵盤107的輸入來修改數(shù)據(jù)或時(shí)間設(shè)定等。
當(dāng)微處理器接著在步驟S10探測(cè)到待命/解除待命鍵已經(jīng)移去時(shí)，退出LED 115開始閃光以警告委托的鑰匙持有者他應(yīng)該離開飛機(jī)，因?yàn)樵撗b置將很快變?yōu)榇鼱顟B(tài)。微處理器105還給委托的使用者在LCD顯示屏108上顯示警告信息。
假定委托的使用者沒有再插入待命鑰匙，微處理器105則在步驟S11等待預(yù)定時(shí)期，例如30秒，使委托的鑰匙持有者能離開飛機(jī)并保證所有的門200a都閉合?，F(xiàn)在裝置100處于能探測(cè)任何隨后進(jìn)入飛機(jī)并要發(fā)出警報(bào)的情況，除非插入待命/解除待命鑰匙以使裝置100無效。在一個(gè)最佳實(shí)施例中，將裝置100設(shè)計(jì)成首先發(fā)出表示進(jìn)入封閉環(huán)境的第一信號(hào)，然后，如果沒有插入待命/解除待命鑰匙，則發(fā)出表示不允許進(jìn)入封閉環(huán)境的第二信號(hào)。在操作狀態(tài)期間，如在圖9B中的步驟S12所示，微處理器105將監(jiān)視電池電壓，并且如果電池電壓低的話則在步驟S12a產(chǎn)生報(bào)警。報(bào)警最好采取如下形式通過無線電收發(fā)兩用機(jī)111和112向基地和負(fù)責(zé)該飛機(jī)的航空公司的雇員或機(jī)場(chǎng)保安部門的人員所攜帶的無線電尋呼機(jī)都發(fā)送報(bào)警信號(hào)。
如圖9B的步驟S13和13a所示，微處理器可選擇在預(yù)定的時(shí)間(例如，每小時(shí))將裝置的當(dāng)前狀態(tài)傳送給基地。此外，如步驟S14和S15所示，微處理器周期性地將有關(guān)裝置狀態(tài)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器106中。
一旦裝置處于待命狀態(tài)，在步驟S16-S18，微處理器連續(xù)監(jiān)測(cè)來自處理器的輸出線路OP1、OP2和OP3以看看是否已經(jīng)接收高電平信號(hào)。
在所示的例子中，微處理器105首先在步驟S16看看信號(hào)是否是音頻信號(hào)，即信號(hào)OP3是否為高電平。如果答案為是，微處理器在步驟S17使其內(nèi)部或外部計(jì)數(shù)器(沒有示出)的計(jì)數(shù)CT復(fù)位并繼續(xù)對(duì)其它信號(hào)進(jìn)行監(jiān)視。
如果在步驟S16沒有探測(cè)到音頻信號(hào)，則微處理器在步驟S18檢測(cè)是否已經(jīng)接收到表示振動(dòng)信號(hào)的高電平輸出信號(hào)OP2。如果答案為是，微處理器將再次使計(jì)數(shù)器復(fù)位并繼續(xù)對(duì)進(jìn)一步的輸出信號(hào)OP1、OP2和OP3進(jìn)行監(jiān)測(cè)。
當(dāng)微處理器在步驟S19探測(cè)到已接收表示亞音頻聲存在的高電平輸出信號(hào)時(shí)，在步驟S20增加計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)CT，并接著在步驟S21檢驗(yàn)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)是否已超過預(yù)定值CTc。如果答案為是，微處理器在步驟S22激活進(jìn)入LED，最好是給基地和/或無線電尋呼機(jī)提供一個(gè)表示已進(jìn)入飛機(jī)的信號(hào)，然后在步驟S23檢驗(yàn)待命鑰匙是否已插入。如果在步驟S23的答案為是，微處理器則返回到步驟S8。然而，如果沒有插入待命鑰匙，微處理器確定進(jìn)入是末經(jīng)允許的，并且通過無線電收發(fā)機(jī)111和112發(fā)送第二信號(hào)，給基地和委托的鑰匙持有者或其無線尋呼機(jī)的使用者提供報(bào)警信號(hào)?？梢愿淖冞M(jìn)入LED的狀態(tài)。例如，在進(jìn)入時(shí)該進(jìn)入LED發(fā)生閃光，在探測(cè)到有末經(jīng)允許的進(jìn)入時(shí)進(jìn)入LED連續(xù)發(fā)光或以不同的速率閃光。作為另一種可能的方案，可以提供單獨(dú)的LED，用于指示進(jìn)入和可隨后提供的報(bào)警。在需要的地方，并且如果警笛117對(duì)電池沒有呈現(xiàn)出太大的耗電，也可以啟動(dòng)警笛117。
如果計(jì)數(shù)還沒有達(dá)到預(yù)定的值，微處理器繼續(xù)對(duì)信號(hào)進(jìn)行監(jiān)視直到計(jì)數(shù)達(dá)到預(yù)定值為止，這時(shí)將要發(fā)出指示入侵存在的警報(bào)。
從上面可看出，如果接收到表示因封閉環(huán)境的破壞(例如，進(jìn)入或離開飛機(jī))而引起的空氣運(yùn)動(dòng)或氣壓變化的信號(hào)，才增加計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)。能使由惡劣的氣候條件或者附近的大飛機(jī)的起飛或著陸而引起的任何振動(dòng)或音頻信號(hào)無效，因?yàn)橛傻诙偷谌幚砥鞣謩e探測(cè)這些信號(hào)并使用這些信號(hào)使計(jì)數(shù)器復(fù)位而不是增加計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)。
無線電收發(fā)機(jī)給基地和無線電尋呼機(jī)都提供信號(hào)的措施能夠使入侵一出現(xiàn)就立即給相應(yīng)的人員發(fā)出報(bào)警信號(hào)。然而，如果需要的話，例如，費(fèi)用的原因，可以將它們省去，從而，當(dāng)由委托的人員后來觀察到封閉環(huán)境已被破壞時(shí)，該裝置簡(jiǎn)單地提供封閉環(huán)境已被破壞的指示(通過使進(jìn)入LED發(fā)光)。
在上面所描述的裝置中，當(dāng)峰值超過給定的閾值時(shí)提供高輸出信號(hào)OP1至OP3。然而，作為可供選擇的方案，可以使用簡(jiǎn)單的微分電路確定幅度調(diào)制器46、46′和46″的輸出的變化速率，并且當(dāng)變化速率超過給定的閾值時(shí)提供高電平輸出信號(hào)OP1、OP2或OP3。這能更精確的探測(cè)封閉環(huán)境的破壞。作為另一種可能性，可以使用微處理器確定該變化速率以控制可變?cè)鲆娣糯笃?3、43′和43a的增益。也可按特定飛機(jī)的性能的要求調(diào)節(jié)這些放大級(jí)的增益。
通常，如果電池電壓低于預(yù)定的電平，例如8伏到7伏，電源控制單元將運(yùn)作而使電源不與傳感器1連接。使用單獨(dú)的用于微處理器105的電源線104c能夠使微處理器探測(cè)到這種情況，并且例如將表示電池需要再充電的報(bào)警信號(hào)傳送給基地或無線電尋呼機(jī)。
圖12示出裝置的修改形式，其中外殼部分或箱子120被切開以示出內(nèi)部結(jié)構(gòu)。該裝置與前面所述的裝置的區(qū)別在于，傳感器1和相應(yīng)的空氣管121a被如此設(shè)置，使得空氣管121a與設(shè)置在箱120表面的空氣入口121’b和121’c相連，箱子被設(shè)計(jì)成放在飛機(jī)地板上。在箱子上設(shè)有箱腳120b，以使空氣進(jìn)入空氣入口。在空氣入口120′b和120′c中設(shè)有過濾器(沒有示出)以防止灰塵或其它外面物質(zhì)進(jìn)入。
圖12所示的裝置與前面所述的裝置的基本功能相同，除了使用常規(guī)形式的插入適當(dāng)編程的電子密鑰卡的電子密鑰卡單元1070來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的待命和其它控制功能以外。
如圖所示，電子密鑰卡單元1070緊接在顯示板1080的下面，顯示板1080仍然可以是液晶顯示板。通過下面將要詳細(xì)描述的基于菜單的系統(tǒng)。顯示板和相應(yīng)的控制按鈕107a-107d能實(shí)現(xiàn)裝置的待命和解除待命功能、以及其它控制功能。
以分別安裝在箱子120內(nèi)(例如在泡沫支撐件的孔中)的模塊單元形式提供電池1010，電源單元1020，采用處理器單元1050的形式的微處理器105、存儲(chǔ)器106和相應(yīng)的控制電路，以及無線電收發(fā)兩用機(jī)1060。在此情況下，設(shè)置了能與單個(gè)尋呼機(jī)或基地通信的單個(gè)無線電收發(fā)兩用機(jī)1060，正如前面參考圖9所討論的，該收發(fā)兩用機(jī)1060可以發(fā)送信號(hào)給多個(gè)尋呼機(jī)。圖12還示出了能使電池再充電的常規(guī)主電源插座1090和PC端口(例如，常規(guī)的并行或串行接口)2000，PC端口2000能使由微處理器在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器106中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)下載入或傳送給其它裝置(例如，個(gè)人計(jì)算機(jī))。圖12僅非常概略地示出的該裝置各個(gè)元件之間的電氣連接，事實(shí)上，它們與圖7所示的非常一致，通過微處理器單元1050給顯示器1080、讀卡器1070、和傳感器1提供電源，因而在需要時(shí)能夠使微處理器將這些元件的電源斷開。
如圖12所示的傳感器1可以是圖1、2或4所示的形式。在傳感器1采用圖1或圖2所示的形式的地方，構(gòu)成微處理單元1050的一部分的處理器可采用上面參照?qǐng)D3所描述的類型。類似地，在傳感器采用圖4所示的形式的地方，處理器則采用圖5或圖6所示的類型。
圖12和圖13所示的裝置與圖8和10所示的裝置的區(qū)別在于，使用電子密鑰卡來操作該裝置。這有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)。尤其是，它能唯一地確認(rèn)各個(gè)電子密鑰卡，從而能使裝置確定使用什么特定的密鑰卡來訪問該裝置。此外，它能使不同的密鑰卡具有不同的認(rèn)可的電平，從而，某些密鑰卡(例如，保安人員的鑰匙卡)僅僅能使裝置處于待命或解除待命狀態(tài)，而其它的密鑰卡能使用戶改變裝置內(nèi)的操作狀態(tài)，例如，當(dāng)裝置位于飛機(jī)上并且一旦啟動(dòng)裝置或使裝置待命后探測(cè)飛機(jī)情況時(shí)，能改變?cè)试S操作人員接近裝置的進(jìn)入和退出時(shí)間。也可以使用這樣一個(gè)密鑰卡調(diào)整可變?cè)鲆娣糯笃?3a的預(yù)置位置。
正如上面所指出的，無線電收發(fā)兩用機(jī)1060能將信號(hào)傳送給基地和/或無線電尋呼機(jī)?？梢栽O(shè)置另一個(gè)密鑰卡使特定的裝置與特定的唯一編號(hào)的尋呼機(jī)或?qū)ず魴C(jī)組相對(duì)應(yīng)。此外，可以提供另一密鑰卡以使裝置關(guān)閉，防止正在空運(yùn)裝置時(shí)發(fā)生的任何電磁干擾。
圖13示出了當(dāng)裝置插上插頭以接通電源并且正充電時(shí)由LCD顯示屏1080提供的總顯示。該總顯示示出了多個(gè)可供選擇的窗口或菜單。顯示窗口1081指示傳感器電平，即為可變?cè)鲆娣糯笃?3a選擇的預(yù)置位置，應(yīng)該將該預(yù)置位置設(shè)定為對(duì)于要使用該裝置的特定飛機(jī)的最佳值。顯示窗口1083在″EXT″和在″ENT″分別指示為該裝置設(shè)定的離開時(shí)間和進(jìn)入時(shí)間。顯示窗口1083在″LOG″指示在該裝置中可用的數(shù)據(jù)存貯器的近似數(shù)量，在″BAT″表示電池的當(dāng)前充電電平。
顯示窗口1084提供有關(guān)裝置的標(biāo)識(shí)的信息并顯示其組號(hào)、其唯一的序列號(hào)以及與之相應(yīng)的任意尋呼機(jī)號(hào)。
顯示窗口1085顯示有關(guān)的尋呼機(jī)和基地的狀態(tài)。由于該裝置沒有處在待命狀態(tài)，圖中顯示為斷開″OFF″狀態(tài)。
顯示窗口1086指示當(dāng)前的時(shí)間和日期。
在顯示窗口1086的下面，有四個(gè)分別與功能鍵107a-107d對(duì)齊的小顯示窗口1087。小顯示窗口1087指示功能鍵107a-107d的功能。當(dāng)然，能使LCD顯示屏1080適合觸摸敏感輸入，在此情況下可省略控制按鈕107a-107d并且通過觸摸顯示窗口1087的相應(yīng)圖標(biāo)來簡(jiǎn)單激發(fā)這些功能。
控制按鈕107b和107c使用戶在各個(gè)顯示窗口1081-1087之間上下滾動(dòng)顯示窗口，而控制按鈕107d使所選擇的菜單被送入，控制按鈕107a接受任何有效的設(shè)置并返回到總顯示屏。
從總顯示屏，使用功能鍵107a和107d中的任一功能鍵進(jìn)入起始菜單，起始菜單顯示數(shù)個(gè)窗口，所選擇的每一窗口都能使用戶進(jìn)入下一級(jí)的子窗口。起始窗口可以顯示″時(shí)間″窗口、“傳感器″窗口、“顯示”窗口、“日記″窗口、“尋呼機(jī)/基地″菜單、以及“總顯示”窗口。″時(shí)間″窗口允許用戶進(jìn)入用于改變進(jìn)入和離開時(shí)間的子菜單、設(shè)定日期和時(shí)鐘時(shí)間，“傳感器”窗口允許用戶進(jìn)入改變傳感器電平的子菜單，“顯示”窗品允許用戶進(jìn)入改變顯示的對(duì)比度和背景照明的子菜單，“日記”窗口允許用戶進(jìn)入顯示在裝置的內(nèi)部日記中記錄的歷史事項(xiàng)的子菜單，“尋呼機(jī)/基地″菜單允許用戶進(jìn)入用于將檢測(cè)的信息發(fā)送給尋呼機(jī)/基地、使尋呼機(jī)/基地接通/斷開、以及允許改變尋呼機(jī)蜂鳴器的子菜單，“總顯示”使用戶返回到總顯示屏。一個(gè)或多個(gè)這些窗口和相應(yīng)的子菜單可供用戶使用，取決于用戶的密鑰卡所帶的特許代碼。
圖14描述了可用于本發(fā)明的任何裝置的處理器的另一種修改形式，其中使用圖1或圖2所示的類型的傳感器。
圖14所示的處理器有三個(gè)處理部件40″a、40″b和40″c，與圖3所示的處理器相似。在圖3和14中用相同的標(biāo)號(hào)表示相同或大體上相似的元件。
第三處理部件40″c與圖3所示的第三處理部件40c的區(qū)別僅在于，用與放大器41″類似的固定增益放大器取代可變?cè)鲆娣糯笃?3。
一直到峰值探測(cè)器47和47′，第一處理部件40″a和第二處理部件40″b都與圖3的第一和第二處理部件有相同的元件。
將第二處理部件40″b的峰值探測(cè)器47′的輸出提供給閾值探測(cè)器48′，以提供上面參照?qǐng)D3所描述的輸出OP2。此外，還將峰值探測(cè)器47和47′的輸出都提供給加法電路60′和減法電路61′。將減法電路61的輸出通過公知形式的第一微分電路62供給與可變?cè)鲆娣糯笃?3和43′類似的可變?cè)鲆娣糯笃?3a，然后通過線 傳送給另一加法電路60″。微分電路62的輸出還提供給另一類似的微分電路62a。微分電路62a的輸出通過另一可變?cè)鲆娣糯笃?3a和線 提供給另外的加法電路60″。減法電路61′的輸出還通過線E直接提供給加法電路60″。將加法電路60′的輸出經(jīng)由可以通過頻率范圍為DC-0.01Hz的信號(hào)的低通濾波器63、非門64、和另一可變?cè)鲆娣糯笃?3a提供給另外的加法電路60″。將另外的加法電路60″的輸出G通過放大器4la提供給閾值探測(cè)器48以提供輸出OP1。
由上可看出，按與參照?qǐng)D3所描述的方式相似的方式得到輸出OP2和OP3。輸出OP1提供一個(gè)信號(hào)，它是由能有效地指示任何運(yùn)動(dòng)的速率的峰值探測(cè)器47和47′的輸出之間的差值、加上該信號(hào)的第一和第二時(shí)間微分、減去表示振動(dòng)和環(huán)境空氣運(yùn)動(dòng)的組合的加法電路60的輸出的組合。本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)信號(hào)的這種組合能準(zhǔn)確而精確地探測(cè)因飛機(jī)的門或艙蓋的打開所引起的空氣運(yùn)動(dòng)。
使可變?cè)鲆娣糯笃?3和43′聯(lián)合在一起以便總是具有相同的增益并且可在微處理器105的控制下調(diào)整這些放大器的增益。將可變?cè)鲆娣糯笃?3a的增益，設(shè)計(jì)成能在微處理器105的控制下在多個(gè)不同預(yù)置值之間進(jìn)行調(diào)整(參見圖7)。這是非常有益的，因?yàn)椴煌娘w機(jī)在打開艙或門時(shí)將產(chǎn)生不同特征的信號(hào)。在不同的預(yù)置值之間改變可變?cè)鲆娣糯笃?3a的增益的能力使該裝置對(duì)各種不同類型的飛機(jī)都處在最佳狀態(tài)。
對(duì)于波音747飛機(jī)，輸出之間的比通常為E:E·:E··=1:2:0.25]]>其中E是來自減法電路61的直接輸出， 是與第一微分電路62相連接的可變?cè)鲆娣糯笃?3a的輸出， 是與第二微分電路62a相連接的可變?cè)鲆娣糯笃?3a的輸出。
圖15示出了與圖14類似的、但適合與圖4所示的傳感器一起使用的處理器。圖15的第三處理部件40c′與圖5的對(duì)應(yīng)，只是用與圖14的處理部件中的相同的固定增益放大器41′取代圖5的可變?cè)鲆娣糯笃?3a。一直到峰值探測(cè)器47和47’為止，圖15的第一和第二處理部件40a和40b與圖5的第一和第二處理部件40′a和40′b對(duì)應(yīng)。此后，圖15所示的處理器與圖14所示的對(duì)應(yīng)，只是反相器64的輸出不是通過相應(yīng)的可變?cè)鲆娣糯笃?3a耦合到加法電路60′而是作為以公知的方式控制可變?cè)鲆娣糯笃?3和43′的增益的信號(hào)來使用以提供自動(dòng)增益控制。這提供了為補(bǔ)償振動(dòng)和環(huán)境空氣運(yùn)動(dòng)而調(diào)整輸出信號(hào)OP1的另一種方案。
當(dāng)然，應(yīng)該意識(shí)到，可以修改圖14的方案以使用圖15所示的自動(dòng)增益控制電路，或者修改圖15的方案以除去反饋路徑并按圖14所示的方式將與反相器64相應(yīng)的放大器43a的輸出耦合到加法電路60′。
在使用時(shí)，通常將一經(jīng)充足電的裝置以直立的形式沿經(jīng)過充分動(dòng)力驅(qū)的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)飛機(jī)的主乘客通道放置，飛機(jī)的所有艙門(除操作者退出所需要的門外)都關(guān)緊。一旦裝置已經(jīng)處于待命狀態(tài)并且操作人員已經(jīng)離開飛機(jī)，裝置就連續(xù)地對(duì)艙門的破壞進(jìn)行監(jiān)測(cè)，與前面參照?qǐng)D9所討論的一樣。
圖16a至16h是電壓與時(shí)間的曲線圖，表示當(dāng)裝置位于停在機(jī)場(chǎng)的波音747的客艙中并已在待命時(shí)在如圖14所示的處理器中的各個(gè)點(diǎn)處的波形輸出，機(jī)場(chǎng)為僅僅刮著輕風(fēng)的平靜天氣狀況。這些波形是由離傳感器1遠(yuǎn)的小艙門的打開而產(chǎn)生的。波形的相對(duì)靈敏度是這樣的，在圖16a、16c、16e和16g的y軸V上的每一格代表100毫伏，而在圖16b、16d、16f和16h的y軸上的每一格代表40毫伏。在x或時(shí)間軸t上的每一格代表1秒。
圖16a表示濾波器42的輸出A。圖16a和16b分別表示濾波器42和42′的輸出A和B，從而它們代表所檢測(cè)的空氣運(yùn)動(dòng)和振動(dòng)。圖16c和16d表示峰值探測(cè)器47和47′的輸出C和D，它們分別是空氣運(yùn)動(dòng)的包絡(luò)線和振動(dòng)的包絡(luò)線。圖16e表示減法電路61′的輸出E，它代表除去振動(dòng)的空氣運(yùn)動(dòng)信號(hào)；而圖16f表示第一微分電路62的輸出
，它表示微分的空氣運(yùn)動(dòng)信號(hào)。圖16g表示加法電路60″的輸出G，因而，它是減法電路61′的輸出、與第一微分電路62和第二微分電路62a相對(duì)應(yīng)的可變?cè)鲆娣糯笃鞯妮敵?
和
、與反相器64耦合的可變?cè)鲆娣糯笃?3a的輸出的組合。圖16h表示閾值探測(cè)器48的輸出OP1。
通過比較圖16a至16h可以看到，圖14所示的處理器能夠探測(cè)小艙門的打開并將小艙門的打開與周圍的氣流噪聲(圖16a)和振動(dòng)(圖16b)隔離開，從而輸出一個(gè)用于供給微處理器105的清晰的輸出信號(hào)OP1給微處理器105，使微處理器105能夠按照前面參照?qǐng)D9a至9c所討論的那樣來確定是否應(yīng)該產(chǎn)生報(bào)警。
本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，由入侵者產(chǎn)生的調(diào)幅包絡(luò)線對(duì)于給定的飛機(jī)是很容易重復(fù)的，所以，作為使用峰值閾值探測(cè)或參照?qǐng)D14和15所討論的組合的替換方案，提供一個(gè)常規(guī)的相關(guān)電路以將探測(cè)到的調(diào)幅包絡(luò)線的形狀與對(duì)該飛機(jī)的預(yù)期調(diào)幅包絡(luò)線的形狀比較。
作為另一種可能，可將調(diào)頻與調(diào)幅結(jié)合起來，從而能夠從輸入信號(hào)中獲得更多的信息。
不用說，第二變換器僅僅探測(cè)在一個(gè)垂直平面內(nèi)的振動(dòng)。當(dāng)然，如果需要的，可以設(shè)置三個(gè)相互正交的傳感器以能夠探測(cè)任何方向上的振動(dòng)。
各種修改和變化對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說將是顯而易見的。可以將本發(fā)明的裝置和傳感器用于任何需要探測(cè)封閉環(huán)境被破壞的地方。封閉環(huán)境不僅僅是飛機(jī)，可以是，例如，一個(gè)閉合且空著的運(yùn)載工具(例如，宇宙飛船、潛水艇、甚至道路車輛)或在建筑物內(nèi)的封閉房間或一套封閉的房間(例如，安全的試驗(yàn)室或保險(xiǎn)庫)。封閉環(huán)境的破壞可能出現(xiàn)在下列時(shí)候當(dāng)例如人或動(dòng)物企圖進(jìn)入、離開封閉環(huán)境時(shí)，或者當(dāng)正常的安全門、窗或艙蓋失效時(shí)，或者艙壁或密封破裂或失效時(shí)。在振動(dòng)不大可能引起誤報(bào)警的地方，可以省略第二變換器并且簡(jiǎn)單地依靠來自第一變換器的信號(hào)。類似地，如果裝置所處的特定環(huán)境不可能由音頻信號(hào)引起誤報(bào)警的話，可以省去音頻信號(hào)處理部件。也可將裝置用于封閉的管道等中，監(jiān)測(cè)封閉管道的破壞。
裝置由電池操作并且便攜的特點(diǎn)有助于該裝置用在如飛機(jī)之類的運(yùn)載工具中，并且在操作使用這種運(yùn)載工具的期間能夠容易地移動(dòng)該裝置和將該裝置保持在安全的地方。這在萬一發(fā)生連續(xù)的涉及運(yùn)載工具的事故時(shí)特別有用，因?yàn)榇鎯?chǔ)在裝置中的數(shù)據(jù)有助于確定事故的原因，例如，當(dāng)飛機(jī)(或其它運(yùn)載工具)停運(yùn)時(shí)這些數(shù)據(jù)可助于排除因未經(jīng)許可進(jìn)入的陰謀破壞的可能性。
作為另一種可能，如果不希望裝置完全獨(dú)立，那么裝置可設(shè)計(jì)成由主電源操作，可能帶有備用電池以保證萬一主電源失效時(shí)能連續(xù)操作。裝置的主要工作方案可適合用在建筑物中，例如，安全的試驗(yàn)室或保險(xiǎn)庫中。
當(dāng)然，應(yīng)意識(shí)到，可以使用除圓錐形隔板以外的可移動(dòng)隔板，可以調(diào)整裝置敏感的亞聲頻的頻率以滿足裝置的特定用途。
可將圖1的傳感器1(或圖2的傳感器1a或圖4的傳感器1b)用于除探測(cè)封閉環(huán)境的破壞以外的目的。例如，傳感器可與適當(dāng)?shù)匦薷奶幚砥骱蛙浖嚓P(guān)聯(lián)以能探測(cè)振動(dòng)或例如在沒有空氣運(yùn)動(dòng)的情況下僅探測(cè)給定頻率的音頻信號(hào)。通過例如將圖3、5、6、14、或15的任何一個(gè)的處理器的輸出信號(hào)OP1、OP2和OP3提供給合適的常規(guī)數(shù)據(jù)記錄裝置，實(shí)施本發(fā)明的裝置還可用于監(jiān)測(cè)或記錄特定環(huán)境的特定頻率。
作為另一種可能，使用實(shí)施本發(fā)明的傳感器能夠用于探測(cè)地震波。圖17非常概略地示出了用傳感器1、1a和1b探測(cè)地震波的一個(gè)方案。如圖17所示，將傳感器1安裝成與封閉腔202的內(nèi)部連通，封閉腔牢固地固定到埋入地球的表面204中的混凝土基座203上。如圖17所示，可將傳感器1安裝在腔202內(nèi)。另外，為了便于維修傳感器1，可將傳感器安裝在一個(gè)分開的可拆卸地固定到腔202中的外殼中并且通過空氣通道與此連通?？梢园磁c前面參照?qǐng)D3至9C的描述相類似的、有適當(dāng)修改的方式產(chǎn)生表示由地震波引起的空氣運(yùn)動(dòng)、相關(guān)的振動(dòng)和外部噪聲的信號(hào)，能夠例如從周圍的交通噪聲等中識(shí)別地震波和相關(guān)的振動(dòng)。根據(jù)上述原因，通常在傳感器1中至少設(shè)有對(duì)由傳感器產(chǎn)生的信號(hào)進(jìn)行放大和濾波的第一級(jí)?？拷?02分開地設(shè)置其余的處理電路。另外，能夠通過微波或RF將數(shù)據(jù)信號(hào)傳送給遙遠(yuǎn)的基臺(tái)，在基臺(tái)進(jìn)一步處理信號(hào)、記錄處理后的信號(hào)并產(chǎn)生表示地震活動(dòng)存在的合適的報(bào)警信號(hào)。
權(quán)利要求
1.一種用于探測(cè)封閉環(huán)境破壞的裝置，它包括傳感器和處理器，傳感器檢測(cè)所述裝置在使用時(shí)所處的封閉環(huán)境的破壞所引起的空氣運(yùn)動(dòng)，傳感器包括響應(yīng)環(huán)境內(nèi)的空氣運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生信號(hào)的變換器，變換器包括一個(gè)由安裝部件安裝在外殼內(nèi)的剛性隔板，使隔板作為一體相對(duì)于具有將隔板密封到外殼中的安裝部件的外殼移動(dòng)，從而在隔板的后面限定了不受外殼外面的空氣運(yùn)動(dòng)影響的封閉腔，由此隔板可以響應(yīng)由封閉環(huán)境的破壞所引起的空氣運(yùn)動(dòng)而移動(dòng)，處理器可響應(yīng)隔板的移動(dòng)產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述的變換器包括一個(gè)具有一個(gè)大體上為圓錐形的隔板的動(dòng)態(tài)揚(yáng)聲器。
3.如權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于封閉腔帶有能使封閉腔內(nèi)氣壓適應(yīng)環(huán)境氣壓的排氣部件。
4.如權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于排氣部件包括在外殼中的直徑約為0.5mm的一個(gè)小孔、
5.如前面任一權(quán)利要求所述的裝置，其特征在于安裝部件包括由氣密密封部件密封的可變形多孔泡沫件。
6.如權(quán)利要求1至4的任一權(quán)利要求所述的裝置，其特征在于安裝部件包括一個(gè)可伸縮的波紋管。
7.如前面任一權(quán)利要求所述的裝置，其特征在于傳感器包括與變換器類似的另一變換器，另一變換器的圓錐形隔板與變換器的圓錐形隔板在相對(duì)的方向上面對(duì)，并且其中處理器響應(yīng)兩個(gè)隔板的移動(dòng)而產(chǎn)生一個(gè)表示封閉環(huán)境是否受到振動(dòng)的信號(hào)，當(dāng)產(chǎn)生了表示振動(dòng)超過給定閾值的信號(hào)時(shí)禁止產(chǎn)生報(bào)警。
8.一種檢測(cè)環(huán)境內(nèi)的空氣運(yùn)動(dòng)的裝置，它包括兩個(gè)變換器，每一個(gè)變換器都包括一個(gè)隔板，由允許隔板相對(duì)外殼移動(dòng)的安裝部件將隔板安裝在外殼內(nèi)，將變換器設(shè)置成使兩個(gè)隔板的前表面在相對(duì)的方向上面對(duì)，該裝置還包括處理器，處理器產(chǎn)生表示環(huán)境內(nèi)任何空氣運(yùn)動(dòng)和來自于變換器的作用在環(huán)境上的任何振動(dòng)和/或噪聲的信號(hào)。
9.如權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于在至少一個(gè)變換器中安裝部件將隔板密封到外殼上，從而在隔板的后面限定不受空氣運(yùn)動(dòng)影響的封閉腔。
10.如權(quán)利要求7、8或9所述的裝置，其特征在于兩個(gè)變換器是相同的，并且處理器包括將來自兩個(gè)變換器的信號(hào)相加以產(chǎn)生一個(gè)表示封閉環(huán)境內(nèi)的空氣運(yùn)動(dòng)的信號(hào)的部件和將來自兩個(gè)變換的信號(hào)相減以產(chǎn)生一個(gè)表示作用在封閉環(huán)境上的任何振動(dòng)的信號(hào)的部件。
11.如權(quán)利要求7、8或9所述的裝置，其特征在于兩個(gè)變換器的差別在于變換器之一的外殼有使隔板的兩側(cè)受空氣運(yùn)動(dòng)影響的通氣孔，其特征還在于處理器包括通過具有封閉腔的變換器產(chǎn)生表示空氣運(yùn)動(dòng)的信號(hào)的部件和通過具有通氣孔的腔的變換器產(chǎn)生表示振動(dòng)的信號(hào)的器件。
12.如權(quán)利要求7、8、9、或10所述的裝置，其特征在于兩個(gè)變換器軸向?qū)R并彼此相對(duì)而置、相隔一空氣間隔。
13.如前面任一權(quán)利要求所述的裝置，其特征在于處理器對(duì)于每一個(gè)變換器來說都包括放大來自變換器的信號(hào)的部件、對(duì)信號(hào)濾波僅讓具有預(yù)定頻率或頻率范圍的信號(hào)通過的部件、以及當(dāng)濾波后的信號(hào)具有預(yù)定特性時(shí)產(chǎn)生空氣運(yùn)動(dòng)指示的部件。
14.如權(quán)利要求10所述的裝置，其特征在于處理器包括在將放大和濾波的信號(hào)供給加法器和減法器之前對(duì)來自每一變換器的信號(hào)進(jìn)行放大的器件和進(jìn)行濾波的器件，以及當(dāng)相加和相減后的信號(hào)具有預(yù)定特性時(shí)產(chǎn)生表示空氣運(yùn)動(dòng)的指示的部件。
15.如權(quán)利要求13或14所述的裝置，其特征在于將產(chǎn)生部件設(shè)置成當(dāng)表示空氣運(yùn)動(dòng)的幅度而不是表示振動(dòng)的幅度超過預(yù)定的閾值時(shí)提供空氣運(yùn)動(dòng)的指示。
16.如權(quán)利要求1-7或13-15的任一權(quán)利要求所述的裝置，其特征在于處理器包括當(dāng)音頻信號(hào)產(chǎn)生器通過變換器或變換器之一產(chǎn)生高于給定閾值的音頻信號(hào)時(shí)禁止產(chǎn)生報(bào)警或空氣運(yùn)動(dòng)的指示的部件。
17.如權(quán)利要求16所述的裝置，其特征在于音頻信號(hào)產(chǎn)生器包括讓來自變換器或變換器之一的頻率范圍為0.5-500Hz的信號(hào)通過的濾波器、以及當(dāng)濾波后的信號(hào)具有預(yù)定特性時(shí)產(chǎn)生音頻指示信號(hào)的部件。
18.如權(quán)利要求17所述的裝置，其特征在于音頻信號(hào)產(chǎn)生器當(dāng)濾波后的信號(hào)具有預(yù)定的幅度時(shí)產(chǎn)生一個(gè)音頻指示信號(hào)。
19.如前面任一權(quán)利要求所述的裝置，它包括用于至少獲得表示空氣運(yùn)動(dòng)的信號(hào)的第一時(shí)間微分的部件和將表示空氣運(yùn)動(dòng)的信號(hào)與至少第一時(shí)間微分組合的部件。
20.一種適合于探測(cè)環(huán)境中空氣運(yùn)動(dòng)的傳感器，它包括兩個(gè)變換器，每一個(gè)變換器都包括一個(gè)隔板，由允許隔板相對(duì)外殼移動(dòng)的安裝部件將隔板安裝在外殼內(nèi)，將變換器設(shè)置成使兩個(gè)隔板的前表面在相對(duì)的方向上面對(duì)。
21.如權(quán)利要求20所的傳感器，進(jìn)一步包括處理器，處理器通過變換器產(chǎn)生表示環(huán)境內(nèi)任何空氣運(yùn)動(dòng)和環(huán)境受到的任何振動(dòng)和/或噪聲的信號(hào)。
22.如權(quán)利要求20、21所述的傳感器，其特征在于在至少一個(gè)變換器中安裝部件將隔板密封到外殼上，從而在隔板的后面限定不受空氣運(yùn)動(dòng)影響的封閉腔。
23.如權(quán)利要求20、21或22所述的傳感器，其特征在于兩個(gè)變換器是相同的。
24.如權(quán)利要求20、21或22所述的傳感器，其特征在于兩個(gè)變換器的差別在于變換器之一的外殼有使隔板的兩側(cè)受空氣運(yùn)動(dòng)影響的通氣孔。
25.如權(quán)利要求20至24的任一權(quán)利要求所述的傳感器，其特征在于兩個(gè)變換器軸向?qū)R并彼此相對(duì)而置、相隔一空氣間隔。
26.如權(quán)利要求20至25任一權(quán)利要求所述的傳感器，其特征在于響應(yīng)頻率范圍為大約0.1到大約5Hz的空氣運(yùn)動(dòng)。
27.一種探測(cè)空氣運(yùn)動(dòng)的傳感器，包括響應(yīng)空氣運(yùn)動(dòng)的第一變換器和響應(yīng)振動(dòng)而不是空氣運(yùn)動(dòng)的第二變換器。
28.一種根據(jù)權(quán)利要求20至27的任一權(quán)利要求所述的傳感器的應(yīng)用，它用來探測(cè)封閉環(huán)境的破壞。
29.一種根據(jù)權(quán)利要求20至27的任一權(quán)利要求所述的傳感器的應(yīng)用，它用來探測(cè)封閉環(huán)境內(nèi)的空氣運(yùn)動(dòng)，例如，地震活動(dòng)所引起的空氣運(yùn)動(dòng)。
30.一種動(dòng)態(tài)揚(yáng)聲器的應(yīng)用，其中將揚(yáng)聲器的大體上是圓錐形的隔板密封地安裝到揚(yáng)聲器外殼上以在隔板的后面限定一個(gè)封閉腔作為檢測(cè)空氣運(yùn)動(dòng)的傳感器。
31.兩種軸向?qū)R并且相對(duì)而置的動(dòng)態(tài)揚(yáng)聲器的應(yīng)用，其中一個(gè)揚(yáng)聲器在大體上是圓錐形隔板的后面有一個(gè)封閉腔，并且另一個(gè)揚(yáng)聲器在大體上是圓錐形隔板的后面有一個(gè)通氣的腔作為檢測(cè)空氣運(yùn)動(dòng)的傳感器。
全文摘要
提供一種傳感器以檢測(cè)例如裝置位于其內(nèi)的封閉環(huán)境的破壞(例如,一個(gè)人企圖進(jìn)入或退出封閉環(huán)境)而引起的空氣運(yùn)動(dòng)。傳感器(1)具有響應(yīng)環(huán)境內(nèi)的空氣運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生信號(hào)的變換器(2)。變換器(2)包括一個(gè)由安裝部件(5)安裝在外殼(3)內(nèi)的剛性隔板(4),使整個(gè)隔板(4)作為一體相對(duì)于具有將隔板(4)密封到外殼(3)中的安裝部件(5)的外殼(3)移動(dòng),從而在隔板(4)的后面限定了不受外殼(3)外面的空氣運(yùn)動(dòng)影響的封閉腔(8),由此隔板(4)可以響應(yīng)由封閉環(huán)境的破壞所引起的空氣運(yùn)動(dòng)而移動(dòng),處理器響應(yīng)隔板(4)的移動(dòng)產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)。
文檔編號(hào)G08B13/16GK1193403SQ96196299
公開日1998年9月16日 申請(qǐng)日期1996年6月7日 優(yōu)先權(quán)日1995年6月19日
發(fā)明者M·海頌, M·夏普 申請(qǐng)人:明星企業(yè)有限公司