В системах безопасности извещатель охранный объемный оптико-электронный является неотъемлемым элементом.
Он также применяется в технологии «умный дом», где при обнаружении теплокровных объектов включают на время освещение в помещении или на прилегающей территории.
Получил распространение благодаря простоте конструкции и невысокой стоимости. Работа датчика основана на реагировании сенсора на инфракрасное излучение.
Так как человек является теплокровным существом, то он реагирует и на его присутствие.
На рынке извещатель охранный оптико-электронный представлен большим количеством устройств, различающихся по характеристикам и назначению.
По способу работы с излучением они делятся на активные и пассивные.
Первые сами излучают ИК излучение и по принятой отраженной энергии определяют наличие или отсутствие человека в зоне охраны. Вторые работают только на прием.
По конфигурации контролируемой зоны они делятся на объемные, поверхностные и линейные. Извещатель охранный поверхностный оптико-электронный реагирует на изменение излучения только в одной плоскости.
Их используют для контроля проемов, дверей, окон. Линейные используются при защите периметров. Извещатель объемный оптико-электронный применяют, когда нужно контролировать какой-либо сектор пространства, обычно в помещении.
К преимуществам ИК извещателей относится:
Недостатками ИК детекторов являются:
Обычный датчик, работающий по методу подсчета импульсов, при медленном перемещении можно обмануть.
Этих недостатков лишен оптико-электронный извещатель на микропроцессоре. Он способен сравнивать излучение от реального объекта с шаблонами, заложенными в памяти, за счет этого резко снижается количество ложных срабатываний.
Основным элементом оптико-электронного извещателя является пироэлектрический преобразователь, который инфракрасное излучение превращает в электрический ток.
Для попадания света на пироприемник используется фасеточная линза Френеля.
С помощью множества маленьких призм ИК излучение с каждого сектора контролируемого пространства поступает на фотоприемное устройство.
Уровень сигнала на выходе устройства постоянно контролируется на предмет превышения порогового значения. Когда это происходит, значит, в зоне охраны появился объект с температурой выше фоновой.
Датчик выдает сигнал тревоги на пульт управления. Для снижения количества ложных помех используют 2-4 сенсора и цифровую обработку сигналов.
Извещатель представляет собой небольшую коробку с линзой на лицевой поверхности. Линза штампуется из пластика в виде множества малых линз.
Каждая из них имеет определенную форму и ориентацию в пространстве, зависит от того какой датчик объемный, поверхностный или линейный.
В любом случае все линзы направляют собранное излучение на пироприемник. Он находится на печатной плате, смонтированной на задней стенке корпуса.
При вскрытии корпуса срабатывает тампер, который подает сигнал на панель управления. Для защиты датчика во время режима «снято с охраны» применяется схема антимаскинга. Она сообщает о заклеивании линзы скотчем или другим материалом.
В устройствах управления освещением в корпусе имеется мощное реле, управляемое датчиком. Кроме этого присутствует фотоэлемент, который разрешает включение световых ламп только при недостаточном освещении.
При использовании ИК датчиков необходимо учитывать, что они должны располагаться в зонах, где отсутствуют тепловые потоки или яркие источники света.
Монтаж устройств должен производиться на твердых поверхностях, без сильной вибрации. В капитальных сооружениях датчик устанавливается на стену или потолок. В помещениях из легких металлических конструкций их монтируют на несущих элементах здания.
При использовании в качестве устройства управления освещением необходимо согласовывать мощность световых ламп с возможностями реле или электронного ключа. Точка монтажа выбирается таким образом, чтобы в зоне контроля не было никаких преград.
Для повышения надежности обнаружения нарушителя рекомендуется использование в паре с микроволновым датчиком. При контроле оконных проемов необходимо совместное применение с акустическим извещателем.
ИК датчики могут совместно использоваться с видеокамерами, фотоаппаратами, светозвуковыми оповещателями, включая их при нарушении зоны контроля теплокровным объектом.
Фирма Pironix на российском рынке работает очень давно и зарекомендовала себя как прекрасный производитель недорогих и надежных ИК датчиков для систем безопасности.
В нем предусмотрена защита от животных до 20 кг. Имеет повышенную помехозащищенность от электромагнитных помех, перепадов фонового излучения и конвективных тепловых потоков.
Предусмотрена защита от вскрытия. Имеет возможность работать в адресных системах безопасности.
Дальность действия 10 м. Фиксирует объекты, перемещающиеся со скоростью 0,3-3 м/с. Работает в диапазоне -30+50 ⁰С. Срок службы 10 лет.
Питается от двух щелочных батарей. Дальность радиосвязи на открытой местности 300 м.
Рабочая частота 868,1 МГц. Сектор контроля составляет 110⁰ с радиусом 12 м.
Предназначен для эксплуатации внутри помещений. Предусмотрены дополнительные линзы, обеспечивающие режим «коридор», «штора» и защиту от животных.
Для обеспечения охраны жилого дома, административного здания или прочего имущества используются специальные приборы – , охранные. В данной статье речь пойдет об оптико-электронных извещателях, их характеристиках и разновидностях.
Дымовые извещатели – самые распространенные датчики пожарной сигнализации. Они отличаются быстрой восприимчивостью к продуктам горения и высокой скоростью срабатывания. Дымовые приборы пожарной безопасности подразделяются на ионизационные и оптические.
Ионизационные датчики выделяют безопасное радиоактивное излучение для анализа пробных воздушных масс на наличие дыма.
Дымовые оптико-электронные излучатели – приборы, фиксирующие дым в начальной стадии, посредством просвечивания воздуха в инфракрасном или ультрафиолетовом свете.
Оптико-электронные датчики представляют собой пластиковый корпус, где располагаются светоизлучатель, дымовая камера, фотоприемник и перегородка, служащая для защиты фотоэлемента от прямых инфракрасных или ультрафиолетовых лучей. Также устройство имеет защиту от внешнего света и пыли.
Извещатель пожарный дымовой оптико-электронный точечный испускает излучение в инфракрасном спектре в дымовую камеру и регистрирует его отражение фотодиодом. В «чистой» среде лучи не достигают фотоэлемента, так светоизлучатель и приемный блок находятся под углом друг к другу.
Но как только в камеру попадают дымовые частички, плотность среды увеличивается, инфракрасное излучение рассеивается и попадает на фотоприемник. Так происходит включение сигнализации – самостоятельно активируется тревожный сигнал или с одновременной передачей на пульт слежения.
Оптико-электронные излучатели – это не автономные приборы, они подключаются к шлейфу, ведущему к пульту управления.Имеют низкое энергопотребление.
Оптические дымовые пожарные извещатели подразделяются на несколько видов:
Оптико-электронные извещатели устанавливаются в жилых, офисных помещениях, на складах, в торговых центрах, производственных помещениях и везде, где находится много электроприборов и оборудования.
Не рекомендуется использование подобных приборов в запыленных, загазованных и загрязненных зонах, так как такая среда может спровоцировать ложные срабатывания. Также дымовые датчики не используются на пожаро- и взрывоопасных объектах. В подобных зонах используются извещатели взрывозащищенные.
Ниже представлено описание основных характеристик дымовых оптических извещателей на примере ИП 212-45 (Марко).
Датчик используется для раннего обнаружения возгорания в помещении, сопровождающегося выделение дыма и продуктов горения.
Электропитание и передача тревожного сигнала на пульт управления осуществляется по двухпроводному кабелю. Имеет несколько режимов работы: дежурный, «Пожар», «Тревога».
Прибор не реагирует на открытый огонь, высокую температуру воздуха и влажность. Условия эксплуатации: влажность 95% при температуре +35 градусов; диапазон температуры воздуха от -44 до +55 градусов. Чувствительность 0,05- 0,2 дБ/м. Время срабатывания – 9 сек.
Устройство состоит из датчика дыма и розетки, к которой крепится прибор. Внутри датчика находятся камера анализа воздушных проб, а также электронная система обработки информации.
Помимо пожарных датчиков безопасности существуют и охранные оптико-электронные извещатели. Они имеют широкую популярность и распространение.
Оптико-электронные охранные извещатели – приборы, обеспечивающие защиту закрытого помещения, территории, посредством контроля и обнаружения в них посторонних лиц и животных. Для охраны уличной огражденной территории используются линейные оптико-электронные датчики.
Действие подобных приборов основывается на оптическом принципе работы, то есть с использование инфракрасных лучей и отражающих линз.
Извещатели охранные оптико-электронные делятся на: активные и пассивные.
Пассивные приборы охранной сигнализации фиксируют перемещение нежелательного объекта на подконтрольной территории с определенной массой и скоростью, отличной от заданного значения.
Применяются для выявления лиц, проникших в помещение через двери, окна, люки. Подобные приборы не реагируют на неподвижные предметы, даже при их высоких температурных показателях.
Пассивные извещатели включают в себя приемник, линзы, электронный блок анализа сигналов. Датчики регистрируют инфракрасное излучение от теплого объекта, которое попадает на линзу Френеля и преобразуется пироприемником в специальный электрический сигнал.
Затем сигнал поступает на усилитель и электронную систему обработки информации. При установлении прибором значений инфракрасного излучения выше заданного, включается тревожный сигнал, который передается на пульт управления.
Пассивные охранные приборы имеют невысокую дальность обнаружения – 10-20 метров. Диапазон обнаруживаемых скоростей начинается с показателя 0,3 м/сек.
Для исключения ложных срабатываний от разнообразных источников излучения, внутри прибора располагаются фильтрационные конструкции («белый» фильтр, «черное» зеркало), блокирующие проникание на пироэлектрический элемент датчика иных оптических излучений.
По типу области обнаружения пассивные датчики подразделяются на: объемные оптико-электронные, поверхностные и линейные.
Достоинствами пассивных датчиков являются фиксирование посторонних объектов даже малого размера (мелких животных); эстетичный внешний вид; простота установки и настройки; высокая чувствительность и скорость обнаружения нарушителя.
Минусами пассивных извещателей является факт обнаружения нарушителя уже после его проникновения внутрь здания; чувствительность к теплым воздушным потокам от сквозняка или обогревателя.
Активные оптико-электронные извещатели осуществляют линейную зону защиты. Конструкция прибора представляет собой два блока: излучатель и фотоприемника, между которых образуется оптическая область защиты.
Инфракрасный световой датчик посылает сигналы на приемник с заданными параметрами.
Если в рабочей области прибора появляется преграда, то ИК лучи прерываются и не поступают на фотоприемник.
Анализируя длительность прерывания лучей, извещатель формирует сигнал тревоги. Существуют одноблочные приборы, где светоизлучатель с фотоприемником заключены в один корпус.
Приборы не реагируют на тепловое излучение, поэтому применяются на территориях под открытым воздухом. Рабочими особенностями активных охранных датчиков являются.
Оптико-электронные извещатели .
Оптико-электронные извещатели бывают двух принципиально различных типов: пассивные и активные. В данной лекции мы будем рассматривать только извещатели применяемые для целей охранной сигнализации. Пожарная составляющая будет рассмотрена в лекции, посвященной пожарным извещателям . Напомню, что пассивные извещатели ничего не излучают в среду, а только анализируют поступающую информацию. Активные для целей обнаружения проникновения излучают нечто в среду и по пришедшему отклику делают соответствующие выводы. Активные извекщатели могут быть как моноблочными (излучатель и приемник в одном корпусе), так и дву - и более блочными, когда излучатель и приемник разнесены.
Рассмотрим вначале
Пассивные оптикоэлектронные извещатели
В настоящее время пассивные оптико-электронные инфракрасные (ИК ) извещатели занимают лидирующие позиции при выборе защиты помещений от несанкционированного вторжения на объектах охраны. Эстетичный внешний вид, простота монтажа, настройки и обслуживания обеспечивают им приоритетное значение по сравнению с другими средствами обнаружения.
Принцип работы пассивных оптико-электронных ИК извещателей основан на восприятии изменения уровня инфракрасного излучения температурного фона, источниками которого являются тело человека или мелких животных, а также всевозможных предметов, находящихся в поле их зрения.
Инфракрасное излучение – это тепло, которое излучается всеми нагретыми телами. В пассивных оптико-электронных ИК извещателях инфракрасное излучение попадает на линзу Френеля, после чего фокусируется на чувствительном пироэлементе , расположенном на оптической оси линзы
Пассивные ИК извещатели принимают потоки инфракрасной энергии от объектов и преобразуются пироприемником в электрический сигнал, который поступает через усилитель и схему обработки сигнала на вход формирователя тревожного извещения.
Пассивные инфракрасные извещатели предназначены для обнаружения человека, находящегося в пределах зоны чувствительности. Основная задача извещателя - обнаружить инфракрасное излучение человеческого тела. Как видно из рисунка 1, тепловое излучение человеческого тела находится в пределах спектрального диапазона электромагнитного излучения с длинами волн 8-12 микрон. Это так называемое равновесное свечение человеческого тела, максимум длины излучения которого полностью определяется температурой и для 37°С соответствует приблизительно 10 микронам. Существует целый ряд физических принципов и соответствующих устройств, которые применяются для регистрации излучения в указанном спектральном диапазоне. Для пассивных инфракрасных извещателей следует использовать чувствительный элемент с оптимальным соотношением чувствительность/стоимость. Таким чувствительным элементом является пироэлектрический фотоэлемент.
Рис. 1. Спектральная зависимость интенсивности свечения: солнца, флюоресцентной лампы, лампы накаливания, человеческого тела и спектра пропускания ряда блокирующих видимый свет фильтров: кремниевый фильтр, просветленный кремниевый фильтр, фильтр с длиной волны среза 5 мкм и фильтр с длиной волны среза 7 мкм.
Явление пироэлектричества состоит в возникновении наведенной разности потенциалов на противоположных сторонах пироэлектрического кристалла при его неравновесном кратковременном нагревании. Со временем электрические заряды из внешних электрических цепей и перераспределение зарядов внутри кристалла приводят к релаксации наведенного потенциала. Из вышесказанного следует:
частота прерывания (Гц ).
Рис. 2. Зависимость величины сигнала отклика пироэлемента от частоты прерывания регистрируемого теплового ИК-сигнала .
1. Для эффективной пироэлектрической регистрации теплового излучения необходимо применять прерыватель с оптимальной частотой прерывания излучения около 0,1 Гц (рис. 2). С другой стороны это означает, что если используется безлинзовая конструкция пироэлектрического элемента, он сможет зарегистрировать человека лишь при его входе в пределы диаграммы направленности (рис. 3, 4) и при выходе из нее со скоростью 1 - 10 сантиметров в секунду.
Рис. 3, 4. Форма диаграммы направленности спаренного корпусированного пироэлектрического элемента в горизонтальной (Рис. 3.) и вертикальной (Рис. 4.) плоскостях.
2. Для повышения чувствительности пироэлектрического элемента к величине перепада температур (разница между фоновой температурой и температурой тела человека) необходимо сконструировать его, выдержав минимально возможные размеры, с целью уменьшения количества тепла, необходимого для заданного повышения температуры чувствительного элемента. Размеры чувствительного элемента нельзя чрезмерно уменьшать, так как это приведет к ускорению релаксационных характеристик, что эквивалентно уменьшению чувствительности. Существует оптимальный размер. Минимальная чувствительность обычно находится на уровне 0,1°С для пироэлемента размером 1 х 2 мм и толщиной несколько микрон.
Рис. 5. Внешний вид чувствительного элемента пироэлектрического пассивного ИК-извещателя .
Можно четко сформулировать условия обнаружения человека с помощью инфракрасного извещателя . Инфракрасный извещатель предназначен для обнаружения движущихся объектов с температурой, отличной от фонового значения. Диапазон регистрируемых скоростей перемещения: 0,1 - 1,5 м/сек. Таким образом инфракрасный извещатель не регистрирует неподвижные объекты, даже если их температура превышает уровень фона (неподвижный человек) или если объект с температурой, отличной от фона, перемещается таким образом, что не пересекает чувствительных зон извещателя (например перемещается вдоль чувствительной зоны). Конечно, строго говоря, чувствительный элемент вообще не регистрирует перемещение, он регистрирует измерение температуры в отдельно взятой части пространства, которая является следствием перемещения человека. Необходимо всегда помнить, что чувствительный элемент обнаруживает перемещение не «на извещатель », а поперек. Избавление от этого недостатка происходит за счет конструктива линз.
Естественно, что высокая чувствительность инфракрасного извещателя достигается путем применения линзовой системы концентрации входящего излучения (рис. 6). В инфракрасном извещателе линзовая система выполняет две функции.
Рис. 6. Варианты формирования диаграммы направленности ИК-извещателей в зависимости от типа линзовой системы.
Во-первых, линзовая система служит для фокусировки излучения на пироэлектрическом элементе.
Во-вторых, она предназначена для пространственного структурирования чувствительности извещателя . При этом формируются пространственные зоны чувствительности, которы,е как правило, имеют форму «лепестков», а их количество достигает нескольких десятков. Объект обнаруживается при каждом входе и выходе из чувствительных зон.
Обычно различают следующие виды диаграммы чувствительности, которую называют также диаграммой направленности.
1). Стандартная - веерная по азимуту и многоярусная по углу места (рис. 6а).
2). Узконаправленная - одно- или двухлучевая дальнодействующая по азимуту и многоярусная по углу места (рис. 6б).
3). Штороподобная - узконаправленная по азимуту и веероподобная по углу места (рис. 6в).
Существует также круговая диаграмма направленности (в частности, для извещателей , устанавливаемых на потолке помещения), а также ряд других.
Рассмотрим варианты конструктивного исполнения системы формирования диаграммы направленности (рис. 7). Эта оптическая система может быть либо линзовой, либо зеркальной. Изготовление обычной линзовой системы с учетом требования формирования пространственно структурированной диаграммы направленности является дорогостоящей задачей, поэтому обычные линзы в пассивных инфракрасных датчиках не применяются. Применяются так называемые линзы Френеля. В обычной линзе для направленного отклонения света (фокусировки) используется специальная сферическая форма поверхности, материал линзы имеет коэффициент оптического преломления, отличный от коэффициента преломления окружающей среды. В линзе Френеля используется явление дифракции, которое проявляется в частности в отклонении светового луча при прохождении через узкую щель. Линза Френеля изготавливается методом штамповки и поэтому стоит дешево. Недостатком применения линзы Френеля является неизбежная потеря половины энергии излучения в результате его дифракционного отклонения линзой в направлении, отличном от направления на пироэлектрический элемент.
Рис. 7. Конструктивные варианты исполнения охранных пассивных ИК-извещателей : с линзой Френеля и с зеркальной фокусирующей системой.
Зеркальная линза более эффективна по сравнению с линзой Френеля. Она изготавливается из пластической массы методом штамповки с последующим покрытием структурированной поверхности светоотражающим покрытием, не изменяющим своих свойств со временем (до 10 лет). Наилучшим покрытием является золото. Отсюда и более высокая, приблизительно в два раза, стоимость пассивных инфракрасных извещателей с зеркальной системой по сравнению с линзовой. Кроме того извещатели с зеркальной системой имеют большие габариты по сравнению с извещателями , оснащенными линзами Френеля.
Зачем применяют более дорогие извещатели с зеркальной системой концентрации входящего излучения? Важнейшей характеристикой извещателя является его чувствительность. Чувствительность практически одинакова в перерасчете на единицу площади входного окна извещателя . Это, в частности, означает, что если проектируют пассивный инфракрасный извещатель с повышенной чувствительностью, то вынуждены увеличивать размер зоны концентрации излучения - площадь входного окна, а, значит, и сам извещатель (максимальная чувствительность современных пассивных ИК-извещателей позволяет производить обнаружение человека на расстоянии до 100 метров). Если положить наличие потерь полезного сигнала за счет несовершенства линзы, то необходимо повысить коэффициент усиления электронной схемы обработки электрического сигнала, формируемого чувствительным элементом. При условии одинаковой чувствительности коэффициент усиления электрической схемы в зеркальном извещателе в два раза меньше, чем в извещателе с линзой Френеля. Это обозначает, что в извещателях с линзой Френеля выше вероятность ложного срабатывания, вызванная помехами в электронной схеме. Достаточно часто используют и ту и другую технологии вместе, так в извещателе Астра-5исп. А основная зона формируется зонами из линз Френеля, антисаботажная зона непосредственно под извещателем – маленьким зеркалом, изготовленным довольно кустарным способом. Вообще, рынок охранных извещателей заполонен довольно дешевыми изделиями, цена которых колеблется в диапазоне 300-900 рублей за штуку с существенным перевесом в сторону наименьшей цены. Естественно в таких условиях говорить о каких-то позолоченных зеркалах не представляется возможным.
Еще раз вернемся к оптической схеме извещателя . Кроме линзовой системы и оптического «отрезающего» фильтра, установленного непосредственно в корпусе чувствительного элемента, для уменьшения ложных срабатываний, вызванных всевозможными источниками излучения, применяют различные оптические фильтрующие элементы («белый» фильтр, «черное» зеркало и т.п.), задача которых минимизировать попадание постороннего оптического излучения на поверхность пироэлектрического элемента.
Входное окно большинства ИК-извещателей выполнено в виде «белого» фильтра. Этот фильтр изготовлен из материала, рассеивающего видимый свет, но в то же время не влияющего на распространение инфракрасного излучения. В силу дешевизны в дешевых извещателях используют полиэтилен близкий по своим свойствам к используемому для пищевых пакетов, в более дорогих – молочного цвета, который хорошо пропускает ИК-лучи , но плохо видимый спектр, что нам и надо.
Линзы Френеля постоянно совершенствуются. Прежде всего путем придания линзе сферической формы, минимизирующей аберрации по сравнению со стандартной цилиндрической формой. Кроме этого применяется дополнительное структурирование диаграммы направленности в вертикальной плоскости за счет мультифокусной геометрии линзы: в вертикальном направлении линза разделена на три сектора, каждый из которых независимо собирает излучение на один и тот же чувствительный элемент.
Более подробно остановлюсь на строении той части извещателя , которую большинство электромонтеров и называют линзой. Это кусок полиэтилена, на котором выдавлены различного размера прямоугольники, внутри которых видны некие концентрические окружности, или их части. В большинстве случаев в верхней части мы видим около 12-15 вертикально вытянутых прямоугольников, в средней части 5-6 более похожих на квадраты прямоугольников, и в нижней обычно 3 практически квадратных прямоугольника. Необходимо правильно осознавать, что каждый из этих прямоугольников является линзой Френеля, таким образом, мы имеем некую матрицу из линз. Для того, чтобы различить нарушителя на краю зоны обнаружения, а это обычно 10- 12 метров ее необходимо разбить на необходимое нам количество элементарных зон, что и делает верхний набор прямоугольников. Количество элементарных зон будет соответствовать количеству прямоугольников. Естественно, что в средней части зоны обнаружения извещателя , разбивать на такое количество элементарных зон уже не нужно, и их количество уже сокращается до 5-6, а в ближней зоне – до 3. При рассмотрении матрицы из линз обратите внимание на важную особенность – вертикальные стороны прямоугольников в разных ярусах всегда сдвинуты по отношению друг к другу. Это сделано специально для возможности обнаружить нарушителя в самом плохом для извещателя движении «на извещатель ». Даже если, нарушитель случайно попал точно на средину элементарной чувствительной зоны и движется прямо на извещатель , то в другом ярусе он не сможет так же попасть в середину элементарной зоны и будет ею обнаружен. При размещении извещателя обязательно необходимо учитывать, что максимум его обнаружительной способности именно при движении нарушителя поперек чувствительных зон.
Весьма актуальной является проблема противодействия физическому экранированию извещателя , которое сводится к установке перед ним экрана, перекрывающего его «поле зрения» (так называемое «маскирование»). Технические средства противодействия маскированию составляют систему антимаскирования извещателя . Некоторые извещатели оснащаются встроенными ИК- светодиодами. В случае, если в зоне обнаружения извещателя , а следовательно в зоне действия светодиодов, возникает преграда, то отражение излучения светодиодов от преграды воспринимается извещателем как сигнал тревоги. Более того, периодически (в существующих моделях - один раз в 5 часов) происходит самотестирование извещателя на предмет наличия отраженного излучения ИК-светодиодов . В том случае, если при самотестировании на выходе электрической схемы не появится необходимый сигнал, то срабатывает схема генерации сигнала тревоги. Извещатели с функциями антимаскирования и самотестирования устанавливаются на наиболее ответственных объектах, в частности там, где возможно противодействие работе системы охраны.
Еще один путь повышения помехоустойчивости извещателя - это применение квадратичного чувствительного пироэлемента совместно с использованием микропроцессорной обработки сигнала. Разные фирмы решают проблему создания квадратичного элемента различным образом. Например фирма «OPTEX» применяет два обычных сдвоенных пироэлемента , расположенных рядом. Основная задача системы - выделить и «отсеять» события, вызванные одновременной засветкой обоих пироэлементов (например свет фар) или электрической помехой.
Достаточно много фирм применяют специальную конструкцию счетверенного пироприемника , где четыре чувствительных элемента расположены в одном корпусе. При этом встречно включены пироэлементы , расположенные как в горизонтальной плоскости, так и в вертикальной. Такой извещатель не будет реагировать на мелких животных (мыши, крысы), которые зачастую бывают в складских помещениях и являются одной из причин ложных срабатываний (рис. 8). Использование разнополярного подключения чувствительных элементов в таком извещателе делает невозможным «шумовое» ложное срабатывание.
Фирма «ADEMCO» настолько уверена в совершенстве разработанного ею квадратичного извещателя , что объявила о выплате премии, если обладатель извещателя зафиксирует его ложное срабатывание.
Еще одной мерой предосторожности является применение проводящих пленочных покрытий, наносимых на внутреннюю поверхность входного окна для противодействия радиочастотным помехам.
Эффективным методом повышения помехоустойчивости извещателей является применение так называемой «двойной технологии», которая заключается в использовании комбинированного извещателя , реализующего пассивный инфракрасный и активный радиоволновой (иногда - ультразвуковой) принципы действия. Такие извещатели будут рассмотрены в следующих лекциях.
Рис. 8. Работа многоканальной системы селекции шумовых импульсов на примере работы квадратичного охранного пассивного ИК-извещателя .
В силу принципа обнаружения, для таких извещателей весьма сложно обнаружить нарушителя, если окружающая температура приближается к температуре человеческого тела. В таких случаях извещатель попросту слепнет, а для нашего южного региона температура 35-40 градусов летом вовсе не является редкостью, тем более в закрытых не кондиционируемых помещениях с недостаточно теплоизолированными крышей и стенами. Для борьбы с этой проблемой придумана термокомпенсация . Суть ее работы заключается в том, что при приближении температуры в помещении к критической (37 градусов по Цельсию) извещатель скачкообразно увеличивает чувствительность (обычно на порядок). Конечно это снижает его помехозащищенность, но позволяет обнаружить нарушителя и в этих экстремальных условиях. При понижении температуры извещатель возвращает чувствительность в норму.
Мы рассмотрели основы работы и конструкцию пассивных инфракрасных охранных извещателей . В целом все конструктивные ухищрения, применяемые теми или иными фирмами, имеют одну цель - уменьшить вероятность ложного срабатывания извещателя , поскольку ложное срабатывание ведет к неоправданным затратам на реагирование по тревоге, а также влечет моральный ущерб для владельца охраняемого имущества.
Извещатели постоянно совершенствуются. На современном этапе основными направлениями совершенствования извещателей является повышение их чувствительности, уменьшение числа ложных срабатываний, дифференциация подвижных объектов по признаку санкционированного или несанкционированного пребывания в зоне обнаружения.
Как источник электрического сигнала, каждый чувствительный пироэлемент является также источником случайных шумовых сигналов. Поэтому актуальной является задача минимизации флуктуационных помех, решаемая схемотехническим путем. Используются разные методы борьбы с шумами.
Во-первых, в извещателе устанавливаются электронные дискриминаторы входного сигнала по верхнему и нижнему уровню, что минимизирует частоту появления помехи (рис. 9).
Рис. 9. Пороговая система двухстороннего ограничения уровня шумового сигнала охранного пассивного ИК-извещателя .
Во-вторых, применяется режим синхронного учета импульсов, поступающих по обоим оптическим каналам. Причем схема составляется таким образом, что полезный оптический сигнал на входе приводит к появлению положительного электрического импульса по одному каналу и отрицательного по другому. На выходе применяется схема вычитания. Если источником сигнала является шумовой электрический сигнал - он будет идентичен для двух каналов и на выходе результирующий сигнал будет отсутствовать. Если источником сигнала является оптический сигнал, то выходной сигнал будет суммироваться.
В третьих , применяется метод счета импульсов. Сущность этого метода состоит в том, что одиночный сигнал регистрации объекта не приводит к формированию сигнала тревоги, а устанавливает извещатель в так называемое «предтревожное состояние». Если в течении определенного времени (на практике это - 20 секунд) повторно не поступит сигнал регистрации объекта, происходит сброс предтревожного состояния извещателя (рис. 10). Пользоваться этим методом необходимо осторожно, и применять его только тогда, когда это оправдано. Необходимо помнить, что шанса зафиксировать второй импульс у извещателя может и не быть, и он буде мирно почивать прикрытый картонной коробкой.
Рис. 10. Работа системы счетчика импульсов.
Замечательное свойство формировать зону обнаружения матрицей из линз Френеля позволило производителям создать унифицированную конструкцию извещателя , а изменять его свойства путем замены матрицы. Таким образом один и тот же извещатель можно сделать объемным, можно создать зону «длинный луч» - видит далеко, но узко, можно создать извещатель – «штору», при помощи которого отсекать при помощи зоны обнаружения, похожей на штору необходимые нам части объекта.
Как правило все извещатели требуют подключения электрического питания 12 В постоянного тока. Ток потребления типового извещателя находится в пределах 15 - 40 мА. Сигнал тревоги формируется и передается на охранную централь посредством выходного реле с нормально замкнутыми контактами.
Применение вместо обычных реле твердотельных позволило так же сократить энергопотребление. Напомню, что эти извещатели пассивны, что так же позволяет иметь минимальный ток потребления. Как и большинство охранных извещателей , пассивные инфракрасные извещатели являются восстанавливаемыми, т.е. при обнаружении нарушителя он перейдет в состояние «тревога», при отсутствии дальнейшей регистрации движения он восстановится в состояние «норма». Обычно, для удобства обслуживания в извещателе встроен светодиод красного цвета, который сигнализирует о состоянии «тревога», но может передавать и иные дополнительные сообщения.
Для нормального размещения зоны обнаружения в пространстве необходимо учитывать рекомендуемую производителем высоту установки извещателя , которая обычно составляет 2,2- 2,5 метров для настенного исполнения. Так же напомню, что не допускается переориентирование извещателя (боком, вверх ногами).
При выборе извещателя необходимо помнить, что температурные диапазоны у них разные, и если Вы установите извещатель , работающий до 0 градусов в не отапливаемом помещении, то можно ожидать проблемы в эксплуатации зимой при морозах.
Промышленностью выпускаются извещатели для установки в помещении, а также на открытых площадках; последние имеют соответствующее климатическое исполнение. Типовой срок службы пассивных инфракрасных извещателей - 5 - 6 лет.
Примеры извещателей
С зоной обнаружения типа «длинный луч»: Астра-5 исп. В, Фотон-10А, Фотон-15А, Фотон-16.
С зоной обнаружения типа «штора»: Астра-5 исп. Б, Астра-531 исп. ИК, Икар-Ш , Икар-5Б, Фотон-10Б, Фотон-10БМ, Фотон-15Б, Фотон-16Б, Фотон-20Б, Фотон-22Б, Фотон-Ш , Фотон-Ш-1, Фотон-Ш2.
С объемной зоной обнаружения: Астра-5 исп. А, Астра-5 исп. АМ, Астра-511, Астра-512, Астра-7 исп. А, Астра-7 исп. Б, Фотон-9, Фотон-9М, Фотон-10, Фотон-10М, Фотон-10М-01, Фотон-12, Фотон-12-1, Фотон-15, Фотон-16, Фотон-17, Фотон-19, Фотон-20, Фотон-21, Фотон-22, Икар-1А, Икар-2/1, Икар-5А, Икар-7/1.
Активные оптико-электронные извещатели .
Линейные оптико-электронные извещатели (активные ИК извещатели ), как правило, имеют двухблочную конструкцию и состоят из блока излучателя (БИ) и блока фотоприемника (БФ), образующих оптическую систему. Излучатель формирует поток инфракрасного излучения (инфракрасный луч) с заданными характеристиками, который попадает на приемник. Появление в зоне обнаружения извещателя оптически непрозрачного объекта вызывает прерывание ИК луча (или снижение его мощности), попадающего в приемник, который анализирует величину и длительность этого прерывания и в соответствии с заданным алгоритмом формирует извещение о тревоге путем изменения сопротивления контактов, подключаемых к ШС. Также встречаются извещатели , имеющие одноблочную конструкцию, оптическая система которых состоит из излучателя и фотоприемника, объединенных в одном корпусе, а также светоотражателя (катафота ). Входные окна БИ и БФ обычно закрыты специальными фильтрами (иногда эти фильтры выполнены одним целым с крышкой корпуса извещателя ). Схема активного ИК извещателя представлена на рисунке 11.
Достоинством
активных ИК извещателей
является то, что их обнаружительная
способность не зависит от характеристик
теплового излучения человека (нарушителя).
Также
они нечувствительны к изменению характеристик теплового излучения окружающих
объектов (фона) и возникающим тепловым помехам, что очень актуально при
эксплуатации на открытых площадках.
Рисунок 11 - Схема активного ИК извещателя
К недостаткам активных ИК извещателей можно отнести их способность формировать только линейную зону обнаружения, что обуславливает узкую область применения. Отчасти эта проблема может быть решена путем организации поверхностной зоны обнаружения за счет применения извещателей , формирующих несколько ИК лучей, или построения ИК барьера из нескольких извещателей . Но при этом размеры зоны обнаружения для первого варианта будут небольшими, а второй вариант потребует увеличения финансовых затрат. К недостаткам можно отнести и чувствительность к оптическим засветкам.
В последнее время некоторыми фирмами-изготовителями предпринимаются попытки создания активного охранного извещателя с применением лазера ИК диапазона. Так, японская фирма «Optex » недавно начала выпуск извещателя , использующего принцип сканирования окружающего пространства лазерным лучом.
Основные функциональные характеристики активных ИК извещателей и их влияние на применение и тактику охраны
Активные ИК извещатели формируют линейную зону обнаружения. Их можно применять для организации первого рубежа охраны объектов (блокировка протяженных инженерных ограждений (заборов), окон или дверей снаружи здания, ворот, вентиляционных шахт и каналов и т.п.). Т.к. активные инфракрасные извещатели формируют линейную зону обнаружения, на их применение будет оказывать влияние форма охраняемого объекта, зависящая от особенностей ландшафта и самого объекта. Охраняемые объекты должны быть прямолинейными, в противном случае, объект разбивается на несколько прямолинейных участков, для блокировки которых используется отдельный извещатель (см. рисунки 12, 13).
Рисунок 12 - Неправильное использование активного
ИК извещателя
На рисунке 12 показано неправильное использование активного ИК извещателя . В зонах А и Б возможно проникновение нарушителя через охраняемое ограждение. При этом в зоне Б зоны обнаружения извещателя находится за пределами охраняемого объекта, где есть высокая вероятность ее случайного перекрытия (качающиеся ветки деревьев, действия случайных прохожих и т.п.), что приведет к формированию ложного извещения о тревоге.
Рисунок 13 - Схема охраны объекта сложной формы
На рисунке 13 показана примерная схема охраны объекта сложной формы при помощи нескольких извещателей . Разбивка объекта на участки должна быть произведена таким образом, чтобы нарушитель не смог проникнуть на объект, не перекрыв ИК луча, т.е. максимальное расстояние между полотном ограждения и ИК лучом (воображаемой линией между БИ и БФ) должно быть меньше габаритов человека (примерно 300 – 350 мм).
Основными функциональными характеристиками активного ИК извещателя являются максимальная рабочая дальность действия, коэффициент запаса, чувствительность и помехозащищенность.
Максимальная рабочая дальность действия – максимально возможное расстояние, на которое могут быть разнесены излучатель и приемник извещателя при условии его соответствия требованиям национального стандарта.
Коэффициентом запаса называется максимальное значение уменьшения потока инфракрасной энергии, не приводящее к формированию извещения о тревоге. Этот коэффициент характеризует устойчивость извещателя к воздействию метеорологических факторов (дождь, снегопад, туман). Минимально допустимые значения коэффициента запаса зависят от рабочей дальности действия и приведены в национальном стандарте. Т.к. в помещениях не бывает атмосферных осадков, требования к коэффициенту запаса извещателей , предназначенных для эксплуатации в помещении, значительно ниже аналогичных требований для извещателей , предназначенных для эксплуатации на открытом воздухе.
Конкретные значения максимальной рабочей дальности действия и коэффициента запаса для каждой модели извещателя устанавливает предприятие-изготовитель.
Для обеспечения возможности применения на различных объектах большинство современных активных ИК извещателей имеет возможность регулировки дальности действия. Как правило, регулировка дискретна, каждое ее значение соответствует определенному диапазону дальности действия. Не допускается эксплуатировать извещатель при несоответствии фактической дальности действия установленному при регулировке диапазону. В случае если фактическая дальность превышает установленную, коэффициент запаса может оказаться недостаточным, что при наличии атмосферных осадков (интенсивный снег, дождь, плотный туман) может привести к нарушению работоспособности извещателя (проявляющемуся в виде формирования ложного извещения о тревоге и невозможности постановки на охрану). Если фактическая дальность ниже установленной мощность ИК излучения, попадающего на приемник, будет избыточной, что в некоторых случаях может привести к пропуску нарушителя. Избыточной мощностью сигнала обусловлено и наличие у активных ИК извещателей минимальной дальности действия. Расстояние между БИ и БФ не должно быть меньше значения, указанного в эксплуатационной документации, прилагаемой к извещателю .
Чувствительностью активного ИК извещателя называется длительность прерывания инфракрасного луча, при превышении которой извещатель должен формировать извещение о тревоге. Минимально допустимое значение чувствительности для извещателей , эксплуатируемых на открытых площадках, регламентировано национальным стандартом и составляет 50 мс.
Эта величина определена с учетом антропометрических характеристик человека и соответствует пересечению нарушителем зоны обнаружения извещателя бегом с максимальной скоростью. В современных извещателях предусмотрена дискретная регулировка чувствительности до значения 400 – 500 мс.
Устанавливать значение чувствительности рекомендуется с учетом наиболее вероятного времени нахождения нарушителя в зоне обнаружения, которое зависит от его размеров и скорости перемещения. Например, если извещатель установлен на открытом пространстве, где нарушитель будет иметь возможность разбежаться и пересечь зону с высокой скоростью, следует устанавливать высокую чувствительность (50 мс). В случае отсутствия у нарушителя возможности для разбега и перемещения с высокой скоростью (например, при блокировке узкого пространства между двумя заборами) значение чувствительности можно установить в диапазоне 100 – 200 мс. Если нарушитель будет вынужден находиться в ЗО достаточно продолжительное время, например, при преодолении блокируемого участка ползком или перелезании ограждения (забора), значение чувствительности можно установить в диапазоне 400 - 500 мс. Корректность выбора значения чувствительности необходимо проконтролировать после установки и настройки извещателя на объекте совершением тестовых пересечений зоны наиболее вероятными способами и с максимально возможной скоростью. После каждого пересечения зоны обнаружения извещатель должен формировать извещение о тревоге. За исключением обоснованных случаев, не рекомендуется устанавливать максимально высокую чувствительность (50 мс), т.к. это снижает помехозащищенность извещателя .
Помехозащищенностью называется длительность прерывания инфракрасного луча, при отсутствии превышения которой извещатель не формирует извещение о тревоге. Минимально допустимое значение помехозащищенности для извещателей , эксплуатируемых на открытых площадках, регламентировано национальным стандартом и составляет 35 мс. Эта величина определена с учетом размеров и скорости перемещения наиболее вероятных помех, таких как падающие листья, пролетающие птицы и т.п.
В современных отечественных извещателях изменение помехозащищенности происходит автоматически одновременно с изменением чувствительности в процессе ее регулировки. Повышению помехоустойчивости извещателя способствует применение в нем сдвоенного (синхронизированного) ИК луча. Соотношения между чувствительностью и помехозащищенностью для современных отечественных активных ИК извещателей приведены в таблице 1.
Таблица 1
|
Параметр |
Значение |
||||
|
Чувствительность, мс |
|||||
|
Помехозащищенность, мс |
|||||
Влияние внешних факторов на работу активных ИК извещателей и рекомендации по его уменьшению
1) Температурный фактор . Температура окружающей среды оказывает негативное влияние на работоспособность извещателя , если ее значение превышает допустимые значения рабочей температуры, установленные для данного извещателя . Для уменьшения вероятности перегрева извещателя следует по возможности избегать установки его в местах, где он будет подвергаться длительному воздействию прямых солнечных лучей, а также использовать защитные козырьки. Для эксплуатации в районах, где в зимнее время часто наблюдаются очень низкие температуры (минус 40 °С и ниже), необходимо выбирать извещатели , имеющие встроенный автоматический подогрев платы и оптики. Нижнее значение диапазона рабочих температур для современных отечественных извещателей равняется минус 40 °С , при наличии встроенного обогрева оно снижается до минус 55 °С. Если температура воздуха опустилась ниже допустимых значений извещателя , необходимо учесть, что он может не обнаруживать нарушителя, целесообразно организовать охрану объекта методом патрулирования.
2) Оптические засветки . Причиной высокой освещенности может быть как солнце, так и источники искусственного освещения. Наличие на входном окне БФ извещателя освещенности, фактическое значение которой превышает нормы, установленные в национальном стандарте (более 20000 лк от естественного освещения и источников света, питающихся от источников постоянного тока, и 1000 лк от источников света (в т.ч. люминесцентных ламп), питающихся от сети переменного тока), может являться причиной ложных срабатываний или пропуска нарушителя. Для исключения влияния данного фактора на работу извещателя он должен быть установлен таким образом, чтобы на входное окно БФ не попадали прямые солнечные лучи (это особенно актуально во время заката или восхода, когда неэффективны различные защитные козырьки) и излучение от мощных осветительных приборов (прожекторов, мощных люминесцентных ламп и пр.). Большинство активных ИК извещателей , включенных на сегодняшний день в «Список…», обладают устойчивостью к естественному освещению величиной до 30000 лк.
3) Атмосферные осадки . Атмосферные осадки оказывают негативное влияние на коэффициент запаса извещателя вследствие ослабления излучения из-за рассеивания его каплями воды или снежинками. Также они могут быть причиной появления влаги в корпусах блоков извещателя , что может вызвать потерю его работоспособности. В зимнее время возможно также обледенение входных окон блоков извещателя . Коэффициент запаса современных извещателей , как правило, позволяет им исправно функционировать при наличии атмосферных осадков, но в случае их особой интенсивности может возникнуть нарушение работоспособности извещателя (проявляющееся в виде постоянного формирования извещения о тревоге и невозможности постановки на охрану). В этом случае следует организовать охрану объекта методом патрулирования. Для уменьшения вредного воздействия атмосферных осадков можно использовать защитные козырьки, следует чаще проводить техническое обслуживание (очистку входных окон от льда и снега) извещателя . Необходимо применять извещатели с более высокой степенью защиты оболочки (не ниже IP54 по ГОСТ 14254), тщательно герметизировать вводные технологические отверстия в корпусах блоков при монтаже. В случае установки извещателя на небольшой высоте от земли или иной поверхности (например, непосредственно над полотном ограждения) постепенно увеличивающийся слой снега (сугроб) может перекрыть зону обнаружения извещателя , что вызовет постоянное формирование ложного извещения о тревоге. Зона обнаружения извещателя также может быть перекрыта образовавшимися сосульками в случае ее расположения под какими-либо выступающими конструкциями и их элементами. Для предотвращения нарушения нормальной работы извещателя необходимо расчищать снег, скапливающийся в зоне обнаружения, своевременно удалять образующиеся сосульки. В случае установки извещателя вдоль верхнего края ограждения рекомендуется смещать его от оси ограждения внутрь объекта.
4) Электромагнитные помехи (ЭМП). Источником ЭМП, способных повлиять на работу извещателя , могут быть как работающее электрооборудование большой мощности, так и атмосферные электрические разряды (гроза). Для эксплуатации на открытом воздухе следует применять извещатели , имеющие устойчивость к ЭМП по ГОСТ Р 50009 (электростатический разряд, электромагнитное поле, электрические импульсы в цепи электропитания) не ниже 3 степени. При установке извещателей на открытом воздухе приходится прокладывать протяженные соединительные линии, подверженные воздействию ЭМП. Для ослабления влияния ЭМП на работу извещателя необходимо все соединительные линии прокладывать в металлорукавах (стальных трубах) и использовать заземление.
5) Изменение положения в пространстве конструкций, на которых закреплены блоки извещателя . Эти изменения могут иметь как естественную, так и техногенную природу. Причиной их могут являться, например, вибрация вследствие работы каких-либо механизмов или движения большегрузного транспорта, сезонные подвижки грунта, ремонтные и другие работы, проводимые в непосредственной близости от места установки извещателя . Последствиями их могут быть ложные срабатывания и снижение коэффициента запаса. Для предотвращения влияния данного фактора на работу извещателя необходимо по возможности устанавливать его на основаниях, не подверженных вибрации, деформации, имеющих устойчивый фундамент (несущие стены капитальных строений и т.п.).
6) Наличие в воздухе твердых мелкодисперсных частиц . Эти частицы могут иметь как естественное (пыль, пыльца растений), так и техногенное (пыль, копоть и пр.) происхождение. Их оседание на входном окне извещателя приводит к уменьшению коэффициента запаса. Для борьбы с этим явлением на объектах с повышенным содержанием пыли или копоти в воздухе следует чаще проводить техническое обслуживание извещателя . Эксплуатационные особенности активных ИК извещателей .
Электропитание активных извещателей , как правило, допустимо осуществлять от источника постоянного тока с номинальным напряжением 12 или 24 В. Для электропитания извещателей , эксплуатируемых на открытых площадках (особенно при большой протяженности шлейфов питания), рекомендуется использовать источники с номинальным напряжением 24 В. Электропитание встроенного подогрева (при его наличии), как правило, осуществляется от отдельного источника, подключаемого к специально предназначенным для этой цели клеммам. Выходная мощность источников должна соответствовать нагрузке.
Особенности организации ИК барьера
Интервал между извещателями следует выбирать таким образом, чтобы у нарушителя отсутствовала возможность пролезть между ИК лучами, не перекрыв их. Для применения на открытом воздухе можно рекомендовать интервал около 350 мм. Для организации ИК барьера можно применять извещатели , имеющие несколько рабочих частот. Это необходимо для исключения влияния излучения одного извещателя на работу соседнего. В случае необходимости использования в барьере извещателей в количестве, превышающем количество рабочих частот, их нужно установить таким образом, чтобы ИК лучи извещателей , работающих на одной частоте, были направлены навстречу друг другу (рисунок 14). Таким же образом можно организовать и двухлучевой барьер из извещателей , имеющих одну рабочую частоту.
Рисунок 14 - Пример барьера ИК извещателей , работающих на одной частоте
При необходимости создания ИК барьера в горизонтальной плоскости извещатели необходимо устанавливать таким образом, чтобы излучения одной рабочей частоты близко расположенных БИ были разнонаправлены и не могли одновременно попадать на входное окно одного БФ (рисунок 15).
Рисунок 15 – Пример ИК барьера в горизонтальной плоскости
Настройка параметров извещателя , необходимых для работы на каждом конкретном объекте, производится либо с помощью переключателей, либо программированием. Процесс программирования параметров изложен в эксплуатационной документации, прилагаемой к извещателю . После установки извещателя на объекте и подключения электропитания необходимо настроить взаимное расположение излучателя и приемника извещателя . Грубая настройка проводится визуально путем приблизительного совмещения их оптических осей или по показаниям индикатора ИК излучения (при наличии этого индикатора). В некоторых моделях извещателей (например, ИО209-32 «СПЭК-1115») для этой цели предусмотрен специальный оптический визир. После завершения грубой настройки необходимо произвести юстировку (точную настройку) блоков. Осуществляется она путем плавного поворота блока в разных направлениях на небольшой угол в горизонтальной и вертикальной плоскостях при помощи предусмотренных конструкцией извещателя юстировочных приспособлений (винтов или маховиков). Процесс юстировки контролируется в зависимости от конкретной модели извещателя либо по показаниям вольтметра, подсоединяемого к специальному разъему, либо по изменению встроенной световой индикации. Юстировка считается завершенной при максимальных показаниях вольтметра либо при наличии световой индикации, вид которой указан в эксплуатационной документации. ВНИМАНИЕ. Юстировка блоков извещателя обеспечивает наличие на входном окне БФ необходимой мощности ИК излучения, а также достижение максимального коэффициента запаса и является необходимой и обязательной процедурой, даже в том случае, если после грубой настройки извещатель переходит в дежурный режим и способен формировать извещение о тревоге при пересечении зоне обнаружения.
Дистанционный контроль функционирования предназначен для проверки работоспособности извещателя с пульта централизованного наблюдения. Осуществляется путем кратковременной коммутации специально предназначенного для этой цели выхода и положительного выхода электропитания. В результате происходит кратковременное прерывание излучения БИ, после чего извещатель должен выдать извещение о тревоге. Данная функция требует прокладки дополнительного провода, но может оказаться полезной при охране периметров большой протяженности или затрудненном доступе к извещателю (например, в зимнее время). В случае установки извещателя таким образом, что его зона обнаружения направлена вдоль протяженной поверхности (полотна ограждения, стены и т.п ), может проявиться эффект переотражения , заключающийся в том, что на входное окно БФ помимо прямого ИК излучения будет попадать и переотраженное (рисунок 16). В результате, при достаточной мощности переотраженного излучения извещатель не будет формировать извещения о тревоге при перекрытии основного. Данный эффект может проявляться и при атмосферных осадках небольшой интенсивности, когда ИК излучение будет отражаться от снежинок, капель воды.
Рисунок 16 – Эффект переотражения
Для исключения отрицательного влияния эффекта переотражения в современных отечественных извещателях предусмотрена возможность включения т.н. «интеллектуального режима обработки сигнала», суть которого заключается в том, что извещатель формирует извещение о тревоге при уменьшении мощности ИК излучения на входном окне БФ примерно на 70 %.
На отечественном рынке активные ИК извещатели в настоящее время представлены в основном продукцией российской фирмы ЗАО «СПЭК», (г. Санкт-Петербург), японских фирм «Optex » и «Aleph », немецкой «Bosch » и некоторых других.
На сегодняшний день полностью соответствуют требованиям отечественных национальных стандартов и ЕТТ только извещатели производства ЗАО «СПЭК». Ниже приведены рекомендации по их выбору для охраны различных объектов с учетом основных особенностей и характеристик. Следует отметить, что конструктивные особенности активных ИК извещателей , особенно предназначенных для эксплуатации на открытых площадках, обусловливают их высокую стоимость. Поэтому применение большинства из них будет наиболее целесообразно на достаточно важных объектах.
Выбор однолучевых извещателей (или со сдвоенным синхронизированным ИК лучом), как правило, осуществляется с учетом максимальной рабочей дальности действия. Нецелесообразно применять извещатель с максимальной рабочей дальностью действия, значительно превышающей фактические размеры охраняемого объекта. Для эксплуатации в районах, где в зимнее время часто наблюдаются очень низкие температуры (минус 40 °С и ниже), необходимо выбирать извещатели , имеющие встроенный автоматический подогрев платы и оптики. Монтаж, подключение, настройка и эксплуатация извещателей должны проводиться в строгом соответствии с прилагаемой эксплуатационной документацией. Некоторые извещатели можно эксплуатировать также и в помещениях. В этом случае их максимальная рабочая дальность действия увеличивается вследствие более низких требований к коэффициенту запаса, что должно быть отражено в эксплуатационной документации. Каждому активному ИК извещателю , включенному в список, присвоено условное обозначение вида «ИО209-ХХ/У», где «И» означает вид продукции (извещатель ), «О» – область применения (охранный), «2» – характеристику зоны обнаружения (линейная), «09» – принцип действия (оптико-электронный), «ХХ» - порядковый номер разработки, зарегистрированный в установленном порядке, через косую дробь «У» – порядковый номер конструктивной модификации (при наличии нескольких модификаций).
Рисунок 17 - ИО209-16 «СПЭК-7»
ИО209-16 «СПЭК-7». Многолучевой извещатель выпускается в двух исполнениях (модификациях) ИО209-16/1 «СПЭК-7-2» (формирует 2 луча с интервалом 350 мм) и ИО209-16/2 «СПЭК-7-6» (формирует 6 лучей с интервалом 70 мм). Излучатели и фотоприемники смонтированы в единых корпусах (т.н. колонках КИ и КФ). Извещатель рекомендуется использовать для охраны проемов ворот, калиток, блокирования доступа к окнам и дверям здания извне. При этом ИО209-16/2 «СПЭК-7-6» способен обнаруживать протянутую через зону обнаружения руку. Оба исполнения извещателя имеют рабочую дальность действия от 0,4 до 15 м (на открытом воздухе), 4 значения чувствительности. Имеется возможность использования до 5 извещателей в ИК барьере. КИ при этом объединяются линией синхронизации. КФ могут быть как синхронизированы, так и работать каждый со своими собственными настройками. Максимальная длина линии синхронизации между соседними КИ или КФ - не более 10 м. Синхронизация позволяет экономить средства за счет прокладки меньшего количества ШС. Имеется возможность настройки количества ИК лучей, одновременное пересечение которых необходимо для формирования извещения о тревоге, что повышает устойчивость извещателя к пересечению зоны обнаружения мелкими животными, птицами и т.п. Извещатель можно применять и в помещениях.
ИО209-17 «СПЭК-8» Извещатель имеет сдвоенный в горизонтальной плоскости ИК луч, 4 рабочих частоты, 4 значения чувствительности, встроенный подогрев. Дальность действия извещателя - от 35 до 300 м. Извещатель рекомендуется применять для блокировки прямолинейных участков периметров большой протяженности, в т.ч. в районах с холодным климатом.
Рисунок 18 - ИО209-17 «СПЭК-8»
Рисунок 19 - ИО209-22 «СПЭК-11»
ИО209-22 «СПЭК-11» Максимальная рабочая дальность действия - 150 м (на открытом воздухе). Извещатель имеет 1 ИК луч, 2 рабочих частоты, 2 значения чувствительности. Данный извещатель предназначен для применения во взрывоопасных зонах класса 1 и 2 помещений и наружных установок по ГОСТ Р 52350.14 (классы B-Ia , B-Iб , B-Iг по ПУЭ) и другим нормативным документам, регламентирующим применение электрооборудования во взрывоопасных зонах. Взрывозащищенное исполнение вида «взрывонепроницаемая оболочка». Маркировка взрывозащиты 1 Ex d IIB T5 X. Извещатель можно применять и в помещениях. Применение на иных объектах нецелесообразно вследствие высокой стоимости.
ИО209-29 «СПЭК-1112» Извещатель с двумя горизонтально расположенными несинхронизированными ИК лучами. Благодаря наличию двух выходных реле, извещатель позволяет определять направление пересечения ЗО нарушителем (при пересечении лучей в одном направлении размыкается одно реле, при пересечении в другом направлении – второе). Рабочая дальность действия - от 10 до 150 м. Извещатель имеет встроенный обогрев, 4 рабочих частоты, 2 значения чувствительности. Рекомендуется для охраны различных объектов в т.ч. в районах с холодным климатом.
Рисунок 20 - ИО209-29 «СПЭК-1113»
ИО209-29 «СПЭК-1113» Извещатель имеет одноблочную конструкцию со светоотражателем, 5 рабочих частот, 4 значения чувствительности. Рабочая дальность действия - от 5 до 10 м (на открытом воздухе). Встроенный обогрев отсутствует. Рекомендуется применять для блокировки проемов ворот, калиток, выходов воздуховодов, вентиляционных шахт и других объектов, имеющих небольшие размеры. Благодаря относительно невысокой стоимости, извещатель целесообразно будет применять в т.ч. для охраны обычных объектов, объектов ИЖС и т.п. Извещатель можно применять в помещениях.
Рисунок 21 - ИО209-32 «СПЭК-1115»
ИО209-32 «СПЭК-1115» Выпускается в четырех исполнениях, отличающихся максимальной рабочей дальностью действия и наличием встроенного подогрева:
а) ИО209-32/1 «СПЭК-1115» имеет дальность действия от 1 до 75 м;
б) ИО209-32/2 «СПЭК-1115М» имеет дальность действия от 1 до 75 м и встроенный подогрев;
в) ИО209-32/3 «СПЭК-1115-100» имеет дальность действия от 1 до 100 м;
г) ИО209-32/4 «СПЭК-1115М-100» имеет дальность действия от 1 до 100 м и встроенный подогрев.
Извещатель имеет сдвоенный в вертикальной плоскости ИК луч, 4 рабочих частоты, 4 значения чувствительности. Рекомендуется для охраны различных объектов, в т.ч. в районах с холодным климатом (для исполнений с литерой «М»).
ИО209-29 «СПЭК-1117» Данный извещатель является упрощенной модификацией извещателя «СПЭК-1115» и имеет более низкую стоимость, благодаря чему его целесообразно будет применять в т.ч. и для охраны обычных объектов, объектов ИЖС и т.п. Извещатель имеет сдвоенный в вертикальной плоскости ИК луч, 1 рабочую частоту, 2 значения чувствительности.
Импортные извещатели , присутствующие на отечественном рынке ТСО, часто не соответствуют действующему национальному стандарту и ЕТТ в части устойчивости к воздействию низких температур окружающей среды и коммутационных параметров выходных реле. Также зарубежные производители в технических характеристиках своих извещателей не приводят значение коэффициента запаса.
Перечень нормативно-технической документации, требования которой необходимо учитывать при изучении данной темы.
1. Р 78.36.026-2012 Рекомендации. Использование технических средств обнаружения, основанных на различных физических принципах, для охраны огражденных территорий и открытых площадок.
2. Р 78.36.028-2012 Рекомендации. Технические средства обнаружения проникновения и угроз различных видов. Особенности выбора, эксплуатации и применения в зависимости от степени важности и опасности объектов.
3. Р 78.36.013-2002 – «Рекомендации. Ложные срабатывания технических средств охраны и методы борьбы с ними».
4. Р 78.36.036-2013 «Методическое пособие по выбору и применению пассивных оптико-электронных инфракрасных извещателей ».
5. Р 78.36.031-2013 «Обследование объектов, квартир и МХИГ, принимаемых под центра лизованную охрану».
6. Р 78.36.022-2012 «Методическое пособие по применению радиоволновых и комбинированных извещателей с целью повышения обнаруживающей способности и помехозащищенности».
7. ГОСТ Р 50658-94 Системы тревожной сигнализации. Часть 2. Требования к системам охранной сигнализации. Раздел 4. Ультразвуковые доплеровские извещатели для закрытых помещений.
8. ГОСТ Р 50659-2012 Извещатели радиоволновые доплеровские для закрытых помещений и открытых площадок. Общие технические требования и методы испытаний.
9. ГОСТ Р 54455-2011 (МЭК 62599-1:2010) Система охранной сигнализации. Методы испытаний на устойчивость к внешним воздействующим факторам, модифицированный по отношению к международному стандарту МЭК 62599-1:2010 Системы тревожной сигнализации. Часть 1. Методы испытаний на воздействие окружающей среды.
10. ГОСТ Р 50777-95 Системы тревожной сигнализации. Часть 2. Требования к системам охранной сигнализации. Раздел 6. Пассивные оптико-электронные инфракрасные извещатели для закрытых помещений.
11. ГОСТ Р 51186-98 Извещатели охранные звуковые пассивные для блокировки остекленных конструкций в закрытых помещениях. Общие технические требования.
12. ГОСТ Р 54832-2011 Извещатели охранные точечные магнито-контактные . Общие технические требования.
13. ГОСТ Р 52434-2005 Извещатели охранные оптико-электронные активные. Общие технические требования.
14. ГОСТ 31817.1.1-2012 Системы тревожной сигнализации. Часть 1. Общие требования. Раздел 1. Общие положения.
15. ГОСТ 52435-2005 Технические средства охранной сигнализации. Классификация. Общие технические требования и методы испытаний.
16. ГОСТ Р 52551-2006 Системы охраны и безопасности. Термины и определения.
17. ГОСТ Р 52650-2006 Извещатели охранные комбинированные радиоволновые с пассивными инфракрасными для закрытых помещений. Общие технические требования и методы испытаний.
18. ГОСТ Р 52651-2006 Извещатели охранные линейные радиоволновые для периметров. Общие технические требования и методы испытаний.
19. ГОСТ Р 52933-2008 Извекщатели охранные поверхностные емкостные для помещений. Общие технические требования.
20. ГОСТ Р 53702-2009 Извещатели охранные поверхностные вибрационные для блокировки строительных конструкций закрытых помещений и сейфов.
21. ГОСТ 32321-2013 Извещатели охранные поверхностные ударно-контактные для блокировки остекленных конструкций в закрытых помещениях. Общие технические требования.
22. Список технических средств безопасности, удовлетворяющий «Единым техническим требованиям к системам централизованного наблюдения, предназначенным для применения в подразделениях вневедомственной охраны» и «Единым техническим требованиям к объектовым подсистемам охраны, предназначенным для применения в подразделениях вневедомственной охраны».
23. www.ktso.ru
24. www.guarda.ru
Вопросы для самопроверки.
1. Что является чувствительным элементом в ПИК извещателях ?
2. Для чего зона обнаружения ПИК извещателя разделена на ярусы?
3. Какие основные типы зон обнаружения бывают у ПИК извещателей ?
4. Какого вида зона обнаружения у рассмотренных нами активных инфракрасных извещателей ?
5. Приведите пример активного инфракрасного извещателя .
В настоящее время пассивные оптико-электронные инфракрасные (ИК) извещатели занимают лидирующие позиции при выборе защиты помещений от несанкционированного вторжения на объектах охраны. Эстетичный внешний вид, простота монтажа, настройки и обслуживания зачастую обеспечивают им приоритет по сравнению с другими средствами обнаружения.
Пассивные оптико-электронные инфракрасные (ИК) извещатели (их часто называют датчиками движения) обнаруживают факт проникновения человека в защищаемую (контролируемую) часть пространства, формируют сигнал тревожного извещения и путем размыкания контактов исполнительного реле (реле ПЦН) передают сигнал “тревога” на средства оповещения. В качестве средств оповещения могут использоваться устройства оконечные (УО) систем передачи извещений (СПИ) или прибор приемно-контрольный охранно-пожарный (ППКОП). В свою очередь, вышеназванные устройства (УО или ППКОП) по различным каналам передачи данных транслируют полученное тревожное извещение на пульт централизованного наблюдения (ПЦН) или местный пульт охраны.
Принцип работы пассивных оптико-электронных ИК-извещателей основан на восприятии изменения уровня инфракрасного излучения температурного фона, источниками которого являются тело человека или мелких животных, а также всевозможных предметов, находящихся в поле их зрения.
Инфракрасное излучение - это тепло, которое излучается всеми нагретыми телами. В пассивных оптико-электронных ИК-извещателях инфракрасное излучение попадает на линзу Френеля, после чего фокусируется на чувствительном пироэлементе, расположенном на оптической оси линзы (рис. 1).
Пассивные ИК-извещатели принимают потоки инфракрасной энергии от объектов и преобразуются пироприемником в электрический сигнал, который поступает через усилитель и схему обработки сигнала на вход формирователя тревожного извещения (рис. 1)1.
Для того чтобы нарушитель был обнаружен ИК-пассивным датчиком, необходимо выполнение следующих условий:
ИК-пассивные датчики состоят из трех основных элементов:
В зависимости от исполнения линзы Френеля пассивные оптико-электронные ИК-извещатели обладают различными геометрическими размерами контролируемого пространства и могут быть как с объемной зоной обнаружения, так и с поверхностной или линейной. Дальность действия таких извещателей лежит в диапазоне от 5 до 20 м. Внешний вид этих извещателей представлен на рис. 2.
Оптическая система
Современные ИК-датчики характеризуются большим разнообразием возможных форм диаграмм направленности. Зона чувствительности ИК-датчиков представляет собой набор лучей различной конфигурации, расходящихся от датчика по радиальным направлениям в одной или нескольких плоскостях. В связи с тем, что в ИК-детекторах используются сдвоенные пироприемники, каждый луч в горизонтальной плоскости расщепляется на два:
Зона чувствительности детектора может иметь вид:
Многообразие и сложная конфигурация форм зоны чувствительности обусловлены в первую очередь следующими факторами:
На требовании равномерной чувствительности целесообразно остановиться подробнее. Сигнал на выходе пироприемника при прочих равных условиях тем больше, чем больше степень перекрытия нарушителем зоны чувствительности детектора и чем меньше ширина луча и расстояние до детектора. Для обнаружения нарушителя на большом (10…20 м) расстоянии желательно, чтобы в вертикальной плоскости ширина луча не превышала 5°…10°, в этом случае человек практически полностью перекрывает луч, что обеспечивает максимальную чувствительность. На меньших расстояниях чувствительность детектора в этом луче существенно возрастает, что может привести к ложным срабатываниям, например, от мелких животных. Для уменьшения неравномерной чувствительности используются оптические системы, формирующие несколько наклонных лучей, ИК детектор при этом устанавливается на высоте выше человеческого роста. Общая длина зоны чувствительности тем самым разделяется на несколько зон, причем “ближние” к детектору лучи для снижения чувствительности делаются обычно более широкими. За счет этого обеспечивается практически постоянная чувствительность по расстоянию, что с одной стороны способствует уменьшению ложных срабатываний, а с другой стороны повышает обнаружительную способность за счет устранения мертвых зон вблизи детектора.
При построении оптических систем ИК-датчиков могут использоваться:
Обычно каждый сегмент линзы Френеля формирует свой луч диаграммы направленности. Использование современных технологий изготовления линз позволяет обеспечить практически постоянную чувствительность детектора по всем лучам за счет подбора и оптимизации параметров каждой линзы-сегмента: площади сегмента, угла наклона и расстояния до пироприемника, прозрачности, отражающей способности, степени дефокусировки. В последнее время освоена технология изготовления линз Френеля со сложной точной геометрией, что дает 30% увеличение собираемой энергии по сравнению со стандартными линзами и соответственно увеличение уровня полезного сигнала от человека на больших расстояниях. Материал, из которого изготавливаются современные линзы, обеспечивает защиту пироприемника от белого света. К неудовлетворительной работе ИК-датчика могут привести такие эффекты, как тепловые потоки, являющиеся результатом нагревания электрических компонентов датчика, попадание насекомых на чувствительные пироприемники, возможные переотражения инфракрасного излучения от внутренних частей детектора. Для устранения этих эффектов в ИК-датчиках последнего поколения применяется специальная герметичная камера между линзой и пироприемником (герметичная оптика), например в новых ИК-датчиках фирм PYRONIX и C&K. По оценкам специалистов, современные высокотехнологичные линзы Френеля по своим оптическим характеристикам практически не уступают зеркальной оптике.
Зеркальная оптика как единственный элемент оптической системы применяется достаточно редко. ИК-датчики с зеркальной оптикой выпускаются, например, фирмами SENTROL и ARITECH. Преимуществами зеркальной оптики являются возможность более точной фокусировки и, как следствие, увеличение чувствительности, что позволяет обнаруживать нарушителя на больших расстояниях. Использование нескольких зеркал специальной формы, в том числе многосегментных, позволяет обеспечить практически постоянную чувствительность по расстоянию, причем эта чувствительность на дальних расстояниях приблизительно на 60% выше, чем для простых линз Френеля. С помощью зеркальной оптики проще обеспечивается защита ближней зоны, расположенной непосредственно под местом установки датчика (так называемая антисаботажная зона). По аналогии со сменными линзами Френеля, ИК-датчики с зеркальной оптикой комплектуются сменными отстегивающимися зеркальными масками, применение которых позволяет выбирать требуемую форму зоны чувствительности и дает возможность адаптировать датчик к различным конфигурациям защищаемого помещения.
В современных высококачественных ИК-детекторах используется комбинация линз Френеля и зеркальной оптики. При этом линзы Френеля используются для формирования зоны чувствительности на средних расстояниях, а зеркальная оптика - для формирования антисаботажной зоны под датчиком и для обеспечения очень большого расстояния обнаружения.
Пироприемник:
Оптическая система фокусирует ИК излучение на пироприемнике, в качестве которого в ИК-датчиках используется сверхчувствительный полупроводниковый пироэлектрический преобразователь, способный зарегистрировать разницу в несколько десятых градуса между температурой тела человека и фона. Изменение температуры преобразуется в электрический сигнал, который после соответствующей обработки вызывает сигнал тревоги. В ИК-датчиках обычно используются сдвоенные (дифференциальные, DUAL) пироэлементы. Это связано с тем, что одиночный пироэлемент одинаковым образом реагирует на любое изменение температуры независимо от того, чем оно вызвано - человеческим телом или, например, обогревом помещения, что приводит к повышению частоты ложных срабатываний. В дифференциальной схеме производится вычитание сигнала одного пироэлемента из другого, что позволяет существенно подавить помехи, связанные с изменением температуры фона, а также заметно снизить влияние световых и электромагнитных помех. Сигнал от движущегося человека возникает на выходе сдвоенного пироэлемента только при пересечении человеком луча зоны чувствительности и представляет собой почти симметричный двухполярный сигнал, близкий по форме к периоду синусоиды. Сам луч для сдвоенного пироэлемента по этой причине расщепляется в горизонтальной плоскости на два. В последних моделях ИК-датчиков с целью дополнительного снижения частоты ложных срабатываний используются счетверенные пироэлементы (QUAD или DOUBLE DUAL) - это два сдвоенных пироприемника, расположенные в одном датчике (обычно размещаются один над другим). Радиусы наблюдения этих пироприемников делаются различными, и поэтому локальный тепловой источник ложных срабатываний не будет наблюдаться в обоих пироприемниках одновременно. При этом геометрия размещения пироприемников и схема их включения выбирается таким образом, чтобы сигналы от человека были противоположной полярности, а электромагнитные помехи вызывали сигналы в двух каналах одинаковой полярности, что приводит к подавлению и этого типа помех. Для счетверенных пироэлементов каждый луч расщепляется на четыре (см. рис.2), в связи с чем максимальное расстояние обнаружения при использовании одинаковой оптики уменьшается приблизительно вдвое, так как для надежного обнаружения человек должен своим ростом перекрывать оба луча от двух пироприемников. Повысить расстояние обнаружения для счетверенных пироэлементов позволяет использование прецизионной оптики, формирующей более узкий луч. Другой путь, позволяющий в некоторой степени исправить это положение - применение пироэлементов со сложной переплетенной геометрией, что использует в своих датчиках фирма PARADOX.
Блок обработки сигналов
Блок обработки сигналов пироприемника должен обеспечивать надежное распознавание полезного сигнала от движущегося человека на фоне помех. Для ИК-датчиков основными видами и источниками помех, могущими вызвать ложное срабатывание, являются:
Выделение блоком обработки полезного сигнала на фоне помех основано на анализе параметров сигнала на выходе пироприемника. Такими параметрами являются величина сигнала, его форма и длительность. Сигнал от человека, пересекающего луч зоны чувствительности ИК-датчика, представляет собой почти симметричный двухполярный сигнал, длительность которого зависит от скорости перемещения нарушителя, расстояния до датчика, ширины луча, и может составлять приблизительно 0,02…10 с при регистрируемом диапазоне скоростей перемещения 0,1…7 м/с. Помеховые сигналы в большинстве своем являются несимметричными или имеющими отличную от полезных сигналов длительность (см. рис. 3). Изображенные на рисунке сигналы носят очень приблизительный характер, в реальности все значительно сложнее.
Основным параметром, анализируемым всеми датчиками, является величина сигнала. В простейших датчиках этот регистрируемый параметр является единственным, и его анализ производится путем сравнения сигнала с некоторым порогом, который определяет чувствительность датчика и влияет на частоту ложных тревог. С целью повышения устойчивости к ложным тревогам в простых датчиках используется метод счета импульсов, когда подсчитывается, сколько раз сигнал превысил порог (то есть, по сути, сколько раз нарушитель пересек луч или сколько лучей он пересек). При этом тревога выдается не при первом превышении порога, а только если в течение определенного времени количество превышений становится больше заданной величины (обычно 2…4). Недостатком метода счета импульсов является ухудшение чувствительности, особенное заметное для датчиков с зоной чувствительности типа одиночного занавеса и ей подобной, когда нарушитель может пересечь только один луч. С другой стороны, при счете импульсов возможны ложные срабатывания от повторяющихся помех (например, электромагнитных или вибраций).
В более сложных датчиках блок обработки анализирует двухполярность и симметрию формы сигналов с выхода дифференциального пироприемника. Конкретная реализация такой обработки и используемая для ее обозначения терминология1 у разных фирм-производителей может быть различной. Суть обработки состоит в сравнении сигнала с двумя порогами (положительным и отрицательным) и, в ряде случаев, сравнении величины и длительности сигналов разной полярности. Возможна также комбинация этого метода с раздельным подсчетом превышений положительного и отрицательного порогов.
Анализ длительности сигналов может проводиться как прямым методом измерения времени, в течение которого сигнал превышает некоторый порог, так и в частотной области путем фильтрации сигнала с выхода пироприемника, в том числе с использованием “плавающего” порога, зависящего от диапазона частотного анализа.
Еще одним видом обработки, предназначенным для улучшения характеристик ИК-датчиков, является автоматическая термокомпенсация. В диапазоне температур окружающей среды 25°С…35°С чувствительность пироприемника снижается за счет уменьшения теплового контраста между телом человека и фоном, при дальнейшем повышении температуры чувствительность снова повышается, но “с противоположным знаком”. В так называемых “обычных” схемах термокомпенсации осуществляется измерение температуры, и при ее повышении производится автоматическое увеличение усиления. При “настоящей” или “двухсторонней” компенсации учитывается повышение теплового контраста для температур выше 25°С…35°С. Использование автоматической термокомпенсации обеспечивает почти постоянную чувствительность ИК-датчика в широком диапазоне температур.
Перечисленные виды обработки могут проводиться аналоговыми, цифровыми или комбинированными средствами. В современных ИК-датчиках все шире начинают использоваться методы цифровой обработки с использованием специализированных микроконтроллеров с АЦП и сигнальных процессоров, что позволяет проводить детальную обработку тонкой структуры сигнала для лучшего выделения его на фоне помех. В последнее время появились сообщения о разработке полностью цифровых ИК-датчиков, вообще не использующих аналоговых элементов.
Как известно, вследствие случайного характера полезных и помеховых сигналов наилучшими являются алгоритмы обработки, основанные на теории статистических решений.
Другие элементы защиты ИК-извещателей
В ИК-датчиках, предназначенных для профессионального использования, применяются так называемые схемы антимаскинга. Суть проблемы состоит в том, что обычные ИК-датчик могут быть выведены нарушителем из строя путем предварительного (когда система не поставлена на охрану) заклеивания или закрашивания входного окна датчика. Для борьбы с этим способом обхода ИК-датчиков и используются схемы антимаскинга. Метод основывается на использовании специального канала ИК-излучения, срабатывающего при появлении маски или отражающей преграды на небольшом расстоянии от датчика (от 3 до 30 см). Схема антимаскинга работает непрерывно, пока система снята с охраны. Когда факт маскирования обнаруживается специальным детектором, сигнал об этом подается с датчика на контрольную панель, которая, однако, не выдает сигнала тревоги до тех пор, пока не придет время постановки системы на охрану. Именно в этот момент оператору и будет выдана информация о маскировании. Причем, если это маскирование было случайным (крупное насекомое, появление крупного объекта на некоторое время вблизи датчика и т.п.) и к моменту постановки на сигнализацию самоустранилось, сигнал тревоги не выдается.
Еще одним защитным элементом, которым оборудованы практически все современные ИК-детекторы, является контактный датчик вскрытия, сигнализирующий о попытке открывания или взлома корпуса датчика. Реле датчиков вскрытия и маскирования подключаются к отдельному шлейфу охраны.
Для устранения срабатываний ИК-датчика от мелких животных используются либо специальные линзы с зоной нечувствительности (Pet Alley) от уровня пола до высоты порядка 1 м, либо специальные методы обработки сигналов. Следует учитывать, что специальная обработка сигналов позволяет игнорировать животных только в том случае, если их общий вес не превышает 7…15 кг, и они могут приблизиться к датчику не ближе 2 м. Так что если в охраняемом помещении прыгучая кошка, то такая защита не поможет.
Для защиты от электромагнитных и радиопомех используется плотный поверхностный монтаж и металлическое экранирование.
Монтаж извещателей
Пассивные оптико-электронные ИК-извещатели имеют одно замечательное преимущество по сравнению с другими типами средств обнаружения. Это простота монтажа, настройки и технического обслуживания. Извещатели данного типа могут устанавливаться как на плоской поверхности несущей стены, так и в углу помещения. Существуют извещатели, которые размещаются на потолке.
Грамотный выбор и тактически верное применение таких извещателей являются залогом надежной работы устройства, да и всей системы охраны в целом!
При выборе типов и количества датчиков для обеспечения охраны конкретного объекта следует учитывать возможные пути и способы проникновения нарушителя, требуемый уровень надежности обнаружения; расходы на приобретение, монтаж и эксплуатацию датчиков; особенности объекта; тактико-технические характеристики датчиков. Особенностью ИК-пассивных датчиков является их универсальность - с их использованием возможно блокирование от подхода и проникновения самых разнообразных помещений, конструкций и предметов: окон, витрин, прилавков, дверей, стен, перекрытий, перегородок, сейфов и отдельных предметов, коридоров, объемов помещений. При этом в ряде случаев не потребуется большого количества датчиков для защиты каждой конструкции - может оказаться достаточным применения одного или нескольких датчиков с нужной конфигурацией зоны чувствительности. Остановимся на рассмотрении некоторых особенностей применения ИК-датчиков.
Общий принцип использования ИК-датчиков - лучи зоны чувствительности должны быть перпендикулярны предполагаемому направлению движения нарушителя. Место установки датчика следует выбирать так, чтобы минимизировать мертвые зоны, вызванные наличием в охраняемом помещении крупных предметов, перекрывающих лучи (например, мебель, комнатные растения). Если в помещении двери открываются внутрь, следует учитывать возможность маскировки нарушителя открытыми дверьми. При невозможности устранить мертвые зоны следует использовать несколько датчиков. При блокировке отдельных предметов датчик или датчики нужно устанавливать так, чтобы лучи зоны чувствительности блокировали все возможные подходы к защищаемым предметам.
Должен соблюдаться задаваемый в документации диапазон допустимых высот подвески (минимальная и максимальная высоты). В особенности это относится к диаграммам направленности с наклонными лучами: если высота подвески будет превышать максимально допустимую, то это приведет к уменьшению сигнала из дальней зоны и увеличению мертвой зоны перед датчиком, если же высота подвески будет меньше минимально допустимой, то это приведет к уменьшению дальности обнаружения с одновременным уменьшением мертвой зоны под датчиком.
1. Извещатели с объемной зоной обнаружения (рис. 3, а,б), как правило, устанавливаются в углу помещения на высоте 2,2-2,5 м. В этом случае они равномерно охватывают объем защищаемого помещения.
2. Размещение извещателей на потолке предпочтительнее в помещениях с высокими потолками от 2,4 до 3,6 м. Данные извещатели имеют более плотную зону обнаружения (рис. 3, в), а на их работу в меньшей степени влияют имеющиеся предметы мебели.
3. Извещатели с поверхностной зоной обнаружения (рис. 4) применяются для охраны периметра, например некапитальных стен, дверных или оконных проемов, а также могут использоваться для ограничения подхода к каким-либо ценностям. Зона обнаружения таких устройств должна быть направлена, как вариант, вдоль стены с проемами. Некоторые извещатели могут устанавливаться непосредственно над проемом.
4. Извещатели с линейной зоной обнаружения (рис. 5) применяются для охраны длинных и узких коридоров.
Помехи и ложные срабатывания
При использовании пассивных оптико-электронных ИК-извещателей необходимо иметь в виду возможность ложных срабатываний, которые происходят из-за помех различного типа.
К ложным срабатываниям ИК-датчиков могут привести помехи теплового, светового, электромагнитного, вибрационного характера. Несмотря на то, что современные ИК-датчики имеют высокую степень защиты от указанных воздействий, все же целесообразно придерживаться следующих рекомендаций:
Тепловые помехи - обусловлены нагреванием температурного фона при воздействии на него солнечного излучения, конвективных потоков воздуха от работы радиаторов систем отопления, кондиционеров, сквозняков.
Электромагнитные помехи - вызываются наводками от источников электро- и радиоизлучений на отдельные элементы электронной части извещателя.
Посторонние помехи - связаны с перемещением в зоне обнаружения извещателя мелких животных (собаки, кошки, птицы). Рассмотрим более детально все факторы, влияющие на нормальную работоспособность пассивных оптико-электронных ИК-извещателей.
Тепловые помехи
Это наиболее опасный фактор, который характеризуется изменением температурного фона окружающей среды. Воздействие солнечного излучения вызывает локальное повышение температуры отдельных участков стен помещения.
Конвективные помехи обусловлены воздействием перемещающихся потоков воздуха, например от сквозняков при открытой форточке, щелей в оконных проемах, а также при работе бытовых отопительных приборов - радиаторов и кондиционеров.
Электромагнитные помехи
Возникают при включении любых источников электро- и радиоизлучения, таких как измерительная и бытовая аппаратура, освещение, электродвигатели, радиопередающие устройства. Сильные помехи могут создаваться и от разрядов молний.
Посторонние помехи
Своеобразным источником помех в пассивных оптико-электронных ИК-извещателях могут являться мелкие насекомые, такие как тараканы, мухи, осы. В случае их перемещения непосредственно по линзе Френеля может возникнуть ложное срабатывание извещателя данного типа. Опасность представляют и так называемые домашние муравьи, которые могут попасть внутрь извещателя и ползать непосредственно по пироэлементу.
Ошибки монтажа
Особое место в некорректной или неправильной работе пассивных оптико-электронных ИК-извещателей занимают ошибки монтажа при выполнении работ по установке данных типов устройств. Обратим внимание на яркие примеры неправильного размещения ИК-извещателей, чтобы избежать подобного на практике.
На рис. 6 а; 7 а и 8 а отображена правильная, корректная установка извещателей. Устанавливать их нужно только так и никак иначе!
На рисунках 6 б, в; 7 б, в и 8 б, в представлены варианты неправильной установки пассивных оптико-электронных ИК-извещателей. При такой установке возможны пропуски реальных вторжений в охраняемые помещения без выдачи сигнала “Тревога”.
Не устанавливать пассивные оптико-электронные извещатели таким образом, чтобы на них попадали прямые или отраженные лучи солнечного света, а также свет фар проезжающих автотранспортных средств.
Не направлять зону обнаружения извещателя на нагревательные элементы систем отопления и кондиционирования помещения, на шторы и гардины, которые могут колебаться от сквозняков.
Не располагать пассивные оптико-электронные извещатели вблизи источников электромагнитного излучения.
Уплотнять все отверстия пассивного оптико-электронного ИК-извещателя герметиком из комплекта изделия.
Уничтожать насекомых, которые присутствуют в охраняемом помещении.
В настоящее время имеется огромное разнообразие средств обнаружения, отличающихся принципом действия, областью применения, конструкцией и эксплуатационными характеристиками.
Правильный выбор пассивного оптико-электронного ИК-извещателя и места его установки - залог надежной работы системы охранной сигнализации.
При написании статьи использованы в том числе материалы из журнала “Системы безопасности” №4, 2013
Данные приборы являются устройствами, использующими оптические приборы и сенсоры для нахождения несанкционированного события. Конечный анализ сигнала проходит в электронной схеме. Оптико-электронные извещатели часто применяются в охранных и пожарных системах сигнализации.
Главными преимуществами, из-за которых они так популярны, являются:
Оптическая часть данных приборов работает в инфракрасной области излучений. Есть много способов установки инфракрасных приборов.
Пассивные
Применяются в охранных системах. Главными достоинствами являются низкая цена и большой диапазон применения. Пассивные приборы анализируют изменения ИК излучения.
Активные
Принцип работы состоит из оценивания разницы интенсивности ИК луча, который вырабатывается излучателем. Излучатель и приёмник могут находиться в разных блоках и в одном. В первом случае охраняется только та часть территории, которая находится между ними.
Если оба прибора находятся в одном модуле, то используется специальный отражатель.
Также существуют адресные оптико-электронные приборы, которые передают сигнал ПКП и указывают уникальный для любого прибора код. Благодаря этому можно с точностью узнать место, где сработал датчик. Однако цена на такие устройства выше, но если вы хотите надежную систему, то такой вариант больше всех подходит.
Есть ещё один вид извещателей - адресно-аналоговый. Такой вариант передаёт оцифрованную информацию в ПКП, где решается о применении сигнала тревоги.
Существует несколько вариантов передачи данных: проводной и радиоканальный.
Зоны нахождения этих устройств могут быть и объёмные, и поверхностные, и линейные. Любой из этих видов - датчик движения, получается, что находит движение на охраняемой территории.
Использование поверхностных приборов сдерживает блокировкой сооружений внутри помещения. Линейные обычно применяются для уличных территорий.
Оптико-электронные приборы негативны к наличию воздушных потоков и к посторонним источникам света.
Активные линейные устройства меньше остальных, зависимы от влияния внешних факторов. Но они трудны в настройке, тем более при применении устройств с большим радиусом действий.
Данный вид приборов разделяется на точеные и линейные извещатели . В первом случае устройство обладает дымовым блоком и представляет собой лабиринт, на концах которого передатчик и приёмник. Если внутрь проникает дым, то ИК излучение рассеивается и это отмечает приёмник.
Такие приборы применяются на многих объектах, в основном служебных, то есть офисы магазины и так далее. По виду отправки сигнала данных оптико-электронные извещатели делятся на пороговые, и адресно-аналоговые . А по способу соединения с устройствами пожарной системы разделяются на проводные и радиоканальные.
Такие приборы достаточно универсальны и помогают в обеспечении пожарной безопасности. Но для больших помещений данный вид извещателей применять лучше не стоит.
В таких случаях лучше подходят линейные оптико-электронные приборы. Они управляют плотностью воздуха с помощью обработки параметров ИК. Линейные извещатели включают в себя передатчик и приёмник и являются активными устройствами.
Извещатель пожарный дымовой оптический точечный СПД-3.1 (ИПД-3.1М). Устройство предназначено для обнаружения возгораний в закрытых помещениях зданий и сооружений, сопровождающихся появлением дыма. По срабатыванию передаёт сигнал на ППК.
Рассчитан на непрерывную круглосуточную работу по постояннотоковому или знакопеременному двухпроводному шлейфу пожарной сигнализации. Номинальное напряжение питания шлейфа 12 или 24 В. Для работы извещателей с ППК по четырехпроводной схемой подключения извещателей применяется модуль согласования шлейфов МУШ-2.
Извещатель охранный объемный оптико-электронный. Предназначен для обнаружения проникновения в охраняемое пространство и формирование извещения о тревоге путем размыкания выходных контактов сигнального реле.
Устанавливается на потолке, зона обнаружения круговая объемная, максимальная высота установки до 5 метров. Микропроцессорный анализ сигнала, температурная компенсация, устойчивость к внешней засветке, контроль вскрытия корпуса, оптоэлектронное реле. Может работать при температурах от -30 до +50 С и влажности до 95%.
Предназначен для обнаружения проникновения в охраняемое пространства закрытого помещения. Формирует сигнал тревоги путем размыкания контактов реле. Широко применяется в системах охранной сигнализации.
Фиксирует перемещение в зоне дальностью 12м и шириной 20м, угол обзора 90 градусов. Рекомендуемая высота установки 2,4м. Напряжение питания 12В, работает при температурах от -30 до +55С. Обнаруживает перемещение на скоростях 0,3..3 м/с.
В ролике подробно объясняется устройство и принцип действия приборов на примере дымового автономного извещателя ДИП-34АВТ от компании .
Оптико-электронные излучатели являются распространённым и эффективным компонентом для систем охранно-пожарной сигнализации. К их главным достоинствам относятся сравнительно низкая цена, универсальность, надёжность.
Главным ограничением по применению таких устройств является проблемы при работе в обстановке с большим содержанием пыли, то есть в производственных помещениях. Также оптико-электронные извещатели подвержены электромагнитными помехами.
