Извещатели: возможности и тенденции развития

В рубрику "Охранная и охранно-пожарная сигнализация, периметральные системы" | К списку рубрик  |  К списку авторов  |  К списку публикаций

Извещатели: возможности и тенденции развития

P.P. Рахматуллин
Главный конструктор компании ЗАО "НТЦ ТЕКО"

Роль технических средств в обеспечении безопасности граждан и собственности постоянно возрастает. В мировой практике охранных услуг подобная тенденция также имеет место, и это не случайно.

Охрана, организованная с помощью технических средств, сводит к минимуму человеческий фактор, она надежна и доступна даже рядовому потребителю. Именно поэтому все ведущие страны, включая Россию, уделяют большое внимание созданию специальных технических средств, в которых применяются новейшие информационные и коммуникационные технологии. К таким средствам относятся извещатели, использующие разные принципы обнаружения

Пассивные ИК-извещатели

Среди первичных средств обнаружения нарушения (проникновения), применяемых в проектах охранной сигнализации на объектах, одно из лидирующих мест занимают пассивные ИК-извещатели.

Интерес ктаким извещателям вызван рядом их преимуществ перед аналогичными устройствами с другими принципами действия. Так, пассивные ИК-извещатели при небольшой стоимости обладают скрытностью действия, высокой электромагнитной совместимостью, экологической чистотой, возможностью реализации различных зон обнаружения, а также изменения зоны обнаружения в зависимости от места установки данных устройств. Низкий уровень электропотребления позволяет реализовать различные способы передачи извещений до объектового оборудования

Принципы действия

Принцип действия основан на регистрации изменений потока теплового излучения, возникающих при пересечении чувствительных зон, преобразовании ИК-излучения в электрический сигнал и проведении анализа сигнала по амплитуде и времени. В простых инфракрасных извещателях обработка сигнала производится аналоговыми методами, в более сложных - цифровыми, с помощью встроенного процессора.

Зоны обнаружения

Извещатели имеют три типа зоны обнаружения: объемную, поверхностную ("штора", "занавес") и линейную ("коридор"). Тип зоны обнаружения определяется структурой применяемой оптической системы, в качестве которой используются многосекторные и вогнутые зеркала, или линзы Френеля. Линзы различаются по формам зон обнаружения (рис. 1-3).

Извещатели выпускаются в настенном или потолочном исполнении. Настенный -самый распространенный тип установки. В комплект некоторых извещателей входят универсальные поворотные кронштейны, которые позволяют ориентировать датчик в нужном направлении. У большинства извещателей есть возможность монтажа в углу помещения без кронштейна.

Потолочные извещатели обычно применяются в малогабаритных помещениях или там, где существуют препятствия для горизонтального распространения инфракрасных лучей. Пример диаграммы зоны обнаружения потолочного извещателя представлен на рис. 4.

Технические параметры

Основными техническими параметрами извещателей являются:

• дальность действия;
• размер зоны обнаружения (угол обзора зоны обнаружения в горизонтальной плоскости);
• чувствительность (величина перемещения по такой зоне до момента выдачи извещения о тревоге), которая связана с алгоритмом обработки сигнала и плотностью заполнения зоны обнаружения элементарными чувствительными зонами (количество ярусов в зоне и элементарных зон в ярусе);
• способ обработки сигнала;
• наличие надежной температурной компенсации;
• устойчивость к засветкам и к электромагнитным излучениям (ЭМИ).

Типы линз

Наиболее распространенными являются плоские линзы Френеля. Однако в последнее время ведущие производители извещателей применяют для своих изделий сферические линзы, обладающие серьезными преимуществами по сравнению с обычными плоскими линзами.

В структуре обычной плоской линзы часть микролинз, формирующих элементарные зоны обнаружения, расположены неперпендикулярно направлению излучения тепловой энергии от обнаруживаемого объекта, что не обеспечивает оптимальной фокусировки этого излучения.

В сферической линзе все микролинзы располагаются строго перпендикулярно направлению теплового излучения от объекта, это обеспечивает оптимальную фокусировку тепловой энергии на чувствительном элементе. Дальность обнаружения для извещателей со сферическими линзами составляет от 12 до 15 м, а для извещателей со стандартными плоскими линзами от 9 до 12 м. Кроме того, обеспечивается постоянная чувствительность извещателя во всем объеме пространства обнаружения.

Дополнительным преимуществом сферической линзы является ее более жесткая конструкция, определяющая большую стабильность оптических характеристик линзы. Еще один немаловажный аспект состоит в том, что конструкция извещателей с плоской линзой не позволяет достаточно просто реализовать обнаружение непосредственно под извещателем (исключить так называемую "слепую" зону). Для этого необходимо устанавливать отдельную линзу в нижней части извещателя. Конструкция сферической линзы обеспечивает обнаружение объектов непосредственно под извещателем без использования дополнительной линзы.

Что касается удобства монтажа, то структура зоны обнаружения извещателей со сферическими линзами исключает необходимость подстройки (подвижки) платы извещателя и позволяет устанавливать извещатели на высоте от 1,8 до 2,4 м.

Цифровая обработка сигнала

Большая часть извещателей имеет двухплощадочный пироэлемент, который позволяет обеспечить хорошую чувствительность для обнаружения движения человека. Каждая площадка выдает сигнал положительной и отрицательной полярности, и в результате амплитуда сигнала удваивается. Однако при движении объекта наблюдения в сторону извещателя или от него чувствительность пироэлемента невысокая. Для устранения этого недостатка применяются четы-рехплощадочные пироэлементы, которые имеют хорошие характеристики обнаружения при движении людей во всех направлениях.

Что касается "иммунитета" извещателей к движению животных, то наиболее известны два способа его обеспечения:

• Первый способ применяется достаточно давно и основывается на использовании линз со специальными или искусственно обрезанными зонами обнаружения. При этом исходят из расчета, что животное находится на полу и не попадает в зону обнаружения. Благодаря такой линзе чувствительность в нижней части зоны обнаружения становится ниже или отсутствует совсем.
• Второй способ более современный, он основывается на цифровой обработке сигнала по специальному алгоритму с использованием счетверенных чувствительных элементов. В этом случае задается фиксированный порог суммарного уровня сигнала, поступающего от чувствительных элементов. Если сигнал ниже заданного порога, делается вывод, что в зону обнаружения попало животное. Проще говоря, человек пересекает при движении все четыре площадки луча, а домашние животные только две из четырех.

Температурная компенсация

ИК-извещатель реагирует на разницу температур человеческого тела и окружающей среды. Чем ближе температура окружающей среды к температуре тела человека, тем слабее будет сигнал, и тем большее его усиление потребуется, чтобы чувствительность извещателя была постоянной во всем диапазоне рабочих температур. Простейшие извещатели используют одностороннюю температурную компенсацию, поскольку ее реализация проще и дешевле.

Однако если температура окружающей среды превысит температуру тела человека и начнет расти дальше, то разница температур будет увеличиваться. Сила сигнала тоже будет расти, что может привести к неоправданному росту количества ложных тревог, возникших по причине излишнего уровня усиленного сигнала. Двусторонняя температурная компенсация подразумевает снижение коэффициента усиления сигнала в тех случаях, когда температура окружающей среды превышает температуру человеческого тела.

Совмещенные извещатели

Повышение помехоустойчивости совмещенных извещателей достигается объединением двух различных независимых принципов обнаружения: инфракрасного (ИК) и акустического (АК). При появлении человека в зоне обнаружения срабатывает ИК-канал обнаружения, при разбитии стекла - АК-канал (в любой последовательности или одновременно). При этом выдается извещение о тревоге путем размыкания контактов соответствующего выходного реле.

Комбинированные извещатели

Чтобы устранить ложные срабатывания при высокой чувствительности извещателей, современные приборы используют несколько принципов обнаружения (комбинированные извещатели). При этом алгоритм обработки сигналов, поступающих от каждого из датчиков, позволяет исключить воздействие помех на изве-щатель в целом. Логика комбинированных извещателей строится по схеме "И", либо "почти И", либо последовательное "И".

Отличие комбинированных извещателей от совмещенных заключается в том, что извещение "Тревога" формируется при срабатывании только обоих каналов. Поскольку оба канала должны подтверждать вторжение одновременно, ложные тревоги исключены.

Например, "инфракрасная часть" извещателя формирует тревожные сообщения при попадании на его активную систему солнечного света, при изменении температуры окружающей среды и наличии конверсионных потоков воздуха. "Радиоволновая часть" извещателя на эти факторы не реагирует. Однако радиоволновые излучатели формируют сигналы тревоги при наличии вибрации, отражении радиоволн от металлических предметов, при движении объекта за тонкими перегородками, на которые не реагирует ИК-извещатель. Это означает, что логика обработки сигнала, применяемая в комбинированных извещателях, позволяет устранить ложные срабатывания.

Таким образом, основным преимуществом комбинированных извещателей является более высокая помехоустойчивость при сохранении или даже при повышении значений чувствительности.

Тенденция развития

В последнее время в России появились предприятия-производители технических средств охраны, которые смогли внедрить передовую технологию поверхностного монтажа, тем самым повысить качество, увеличить объем и расширить номенклатуру выпускаемой продукции, а также снизить ее стоимость.

Снижение вероятности ложных срабатываний и повышение достоверности обнаружения -это основные требования, предъявляемые к извещателям. Современная элементная база позволяет получать извещатели с новыми потребительскими качествами. Извещатели с микропроцессорной (цифровой) обработкой сигнала имеют меньшую вероятность ложных срабатываний и дополнительные сервисные функции.

Перспективным является направление, ориентированное на расширение потребительских свойств систем охранной сигнализации за счет использования в их составе адресных извещателей и извещателей с передачей сигналов по радиоканалу. Использование такого типа извещателей позволяет снизить стоимость монтажа и повысить информативность системы.

Можно предположить, что тенденцией развития ИК-извещателей станет дальнейшее совершенствование совмещенных и комбинированных извещателей в части алгоритмов обработки сигнала и схемотехнических решений радиоволновых каналов.

Отдельным производителям уже удалось снизить уровень радиоволнового излучения (сейчас он в десятки и сотни раз меньше, чем у сотового телефона). Значительно повышена помехоустойчивость ультразвукового канала к электромагнитным помехам (в том числе от воздействия люминесцентных ламп "дневного" света).

Сегодня комбинированные извещатели дешевле двух отдельных извещателей, использующих разные принципы обнаружения. Одновременно снижается стоимость монтажа и установки извещателей, что в целом ведет не только к удешевлению, но и к более высокой помехоустойчивости всей системы охраны объекта.

Для данных технических средств охраны одной из тенденций развития также станет дальнейшее совершенствование извещателей, использующих для передачи сигнала тревоги радиоканал. Однако это тема для отдельной статьи.

ТАБЛИЦЫ. Охранные пассивные ИК-извещатели

Опубликовано: Журнал "Системы безопасности" #5, 2008
Посещений: 13186

В рубрику "Охранная и охранно-пожарная сигнализация, периметральные системы" | К списку рубрик  |  К списку авторов  |  К списку публикаций