Кстати, выбор
технических средств методом исключения характерен для создания систем
сигнализации.
Физические свойства звуковых волн
Были разработаны два способа использования ультразвука в сигнализации
- система "стоячей волны" и позже - радарная система с использованием
эффекта Допплера. Чтобы понять их работу, необходимо поближе познако-
миться со свойствами звуковых волн и их распространением в воздухе. Если
вы пролистали, не читая, главу 4 об основных принципах обнаружения
объектов в пространстве, вернитесь к ней и потом продолжите читать.
Система "стоячей волны"
Хотя метод "стоячей волны" мало используется в ультразвуковых систе-
мах сигнализации, нам необходимы основные принципы этого физического яв-
ления, чтобы понять работу ультразвуковых радаров.
Пространственный контроль
Техника "стоячей волны" предусматривала закрепление излучателя
ультразвука высоко под потолком и приемника - также высоко на противопо-
ложной стене. Тип мембраны излучателя подбирался так, чтобы дать равно-
мерное по мощности излучение по всему доступному сечению - примерно 180
градусов в горизонтальной плоскости и около 45 градусов в вертикальной.
Угол приема подбирался точно такой же.
Размещение блоков прибора под потолком гарантировало, что их не будут
затенять препятствия, и при этом достигалась почти идеальная по мощности
прямая передача звука. Тем не менее, кроме прямого излучения, приемник
воспринимал энергию волн, отраженных от стен, пола, потолка и всей обс-
тановки комнаты. Он переводил эту энергию в электрический сигнал для
электронной системе слежения. Если в комнате все оставалось на месте, на
выходе приемника получался электрический сигнал с неизменными параметра-
ми, так как не изменялась энергия ультразвука.
Пока воздух и обстановка в помещении были неподвижны, ультразвуковые
волны "путешествовали" по одному и тому же маршруту. Рисунок волны "сто-
ял".
Эта неподвижность нарушалась, когда, к примеру, нарушитель пытался
проникнуть в помещение через дыру в двери, ультразвук отражался уже не
от двери, а от нарушителя и по-другому. Изменение энергетического потен-
циала совокупной волны воспринималось приемником и переводилось в скачок
электрического сигнала, который и активизировал сигнализацию.
Какие наиболее важные моменты следует помнить о методе "стоячей вол-
ны"?
Мембраны передатчика и приемника всесторонне ориентированы для прост-
ранственного контроля за проникновением.
Сигнал на входе приемника - это сумма мощностей всех отраженных и
прямых ультразвуковых волн.
Воздух и обстановка помещений неподвижны. Перемещается лишь наруши-
тель.
Прекрасно. Мы получили систему, которая сработает, даже если наруши-
тель обошел все системы сигнализации на периметре. И было время, когда
система "стоячей волны" применялась очень широко.
Проблемы конструкторов и пользователей
К сожалению, эта система использовалась и в тех условиях, когда хотя
бы одно из этих условий не выполнялось. В таком случае система устраива-
ла такое количество ложных, а главное, пустяковых тревог, что начались
поиски новых решений. Практика применения метода "стоячей волны" вскоре
показала его слабости.
Изменения в обстановке помещения
Уже говорилось, что не всегда возможно заново включить систему "стоя-
чей волны" после изменений или перестановок в помещении. Казалось, что
эту проблему решить просто. Для типичной системы с одним приемником она
практически аналогична по характеру трудностям радиолюбителей с уходящей
с диапазона станцией и "мертвыми зонами" приема. Прослушав передачи на
KB или СВ с большого расстояния, вы можете тоже составить себе представ-
ление, как это выглядит. Чтобы избежать затухания, опытные связисты ста-
вят рядом одну или несколько добавочных антенн и подключают их к одному
приемнику так, что они компенсируют друг друга.
Если перенести эту аналогию на ультразвуковые детекторы "стоячей вол-
ны", можно представить, что некоторые отраженные пакеты волн попадут
друг другу в противофазу на мембрану приемника после изменения обстанов-
ки. Они погасятся, сигнал будет слабее, и вместо того, чтобы встать в
положение "готовность", сигнализация забьет тревогу. Совершенно очевид-
но, что эту проблему можно решить усреднением мощности сигнала с нес-
кольких приемников. Но беды системы "стоячей волны" на этом не кончи-
лись.
Движение воздуха
Еще одна слабость систем "стоячей волны" - это постоянные ложные сра-
батывания из-за сквозняков и работающего отопления в помещениях.
Чтобы представить, от чего это происходило, давайте упростим - пусть
даже до предела - ситуацию перемещения воздуха. Сначала представьте, как
излучатель "стоячей волны" посылает на приемник энергию в виде дробинок.
В спокойном воздухе все дробинки будут перемещаться с одной скоростью -
напрямую или рикошетом. А вот если в комнате появился сквозняк и дует от
передатчика к приемнику, дробинки будут летать напрямую быстрее, чем ри-
кошетом. Рисунок волны нарушится, и система забьет тревогу.
Эту проблему решить было невозможно. "Я бы отсюда не шел" - как гово-
рят в Корнуэле, когда их просят показать дорогу.
Альтернатива - радарный принцип
Особенностью и достоинством ультразвукового детектора, работающего на
радарном принципе, является то, что приемник и передатчик стоят рядом,
смотрят в одном направлении, а не висят на противоположных стенах.
Снова воспользовавшись образом дробинок, можно представить, как
действует радар. Передатчик выстреливает шарик по комнате. Тот отражает-
ся от противоположной стены и летит к приемнику. Если в комнате сквоз-
няк, то по пути к стене дробь летит быстрее, а вот зато обратно - мед-
леннее. Ускорение и торможение погашают друг друга, а общее время движе-
ния в спокойном и неспокойном воздухе совпадает. Разброс данных на при-
емнике настолько мал, что сквозняк на такую систему ультразвуковой сиг-
нализации не влияет.
Поэтому появляется возможность за счет наложения избежать ложных тре-
вог от колебания воздуха.
Подобная перспектива была достаточно привлекательной, чтобы радарный
принцип был взят на вооружение системами безопасности. Оставалось дать
ему конкретное воплощение.
Свойства ультразвуковых детекторов, использующих радарный принцип
Поскольку радарный принцип позволял резко снизить процент ложных тре-
вог из-за колебаний воздуха, оставалось посмотреть, какими еще досто-
инствами и недостатками он обладает.
Отраженная энергия
В первую очередь, стоит обратить внимание на то, что работа ультраз-
вукового детектора, основанного на радарном принципе, не зависит от ри-
сунка отраженной волны и не замыкается на рисунок "стоячей волны".
Линия видимости
Однако его работа зависит от наличия отраженного от нарушителя сигна-
ла-эха. Чтобы он появился, необходимо, чтобы в зоне работы ультразвуко-
вого детектора не было какихлибо преград.
Допплеровский сдвиг частоты
Работа ультразвукового детектора основана на допплеровском сдвиге
частот, возникающем при отражении волн от движущегося по помещению нару-
шителя. Механизм этого процесса описан в главе 4.
Неблагоприятные отраженные волны
За исключением случаев, когда просматриваемый объем пространства
очень велик, возможно возникновение многочисленных неблагоприятных отра-
женных волн точно также, как и у систем "стоячей волны". Следовательно,
при создании радарного устройства необходимо экранировать прибор от сра-
батывания при взаимопогашении или, напротив, резонансе приходящих сигна-
лов. Он должен реагировать лишь на допплеровское смещение частот.
Фокусировка
Поскольку необходимости в рисунке "стоячей волны" нет, то можно вос-
пользоваться описанными ниже свойствами ультразвуковых мембран. Ультраз-
вук, как и свет, можно фокусировать и, следовательно, при хорошем
конструировании при подборе мембран добиться любой необходимой ширины
луча.
Направленное пространственное обнаружение
Фокусировка пучка дает возможность направить его именно на те участ-
ки, которые желательно защитить. Кроме того, с помощью фокусировки можно
увести излучение от потенциальных источников ложных срабатываний. Именно
поэтому в практике служб безопасности за радарами укрепилось наименова-
ние "направленные" объемные детекторы, отличающиеся от ненаправленных
детекторов "стоячей волны".
Пределы надежного обнаружения
Если луч поддается фокусировке, то его обнаруживающая сила и
дальность зависят от границ эффективного действия. Дальность эффективно-
го действия есть функция мощности выходного сигнала и способности прием-
ника еще выделять эхо. Дальность эффективного действия также определяет-
ся условиями распространения волн. Ультразвуковой луч не способен про-
никнуть через твердую преграду - стену, дверь, окно, ящик, пол или пото-
лок. На таких поверхностях часть энергии пучка поглощается, часть - рас-
сеивается, часть - отражается назад на приемник. Если между барьером и
УЗ-детектором движения не происходит, то система сигнализации не сраба-
тывает из-за отсутствия допплеровского сигнала. Какие-либо перемещения
по ту сторону барьера на детектор не влияют.
Перемещения вблизи детектора
В главе 4 содержится, как вы помните, указание на быстрый рост
чувствительности УЗ-детектора по мере сокращения дистанции между объек-
том и приемником. Конкретная кривая этого роста зависит от размеров
объекта. Понимание такого затруднения дало инженерам возможность снаб-
дить детектор устройствами, резко снизившими риск ложного срабатывания
от близко пролетающих мелких объектов. В разделе "возможности снижения
потенциальных тревог" об этом говорится подробнее.
Естественные и искусственные шумы в ультразвуковом диапазоне
Ультразвуковой приемник может сработать под действием постороннего
сигнала. С этой сложностью можно справиться правильным выбором частоты,
формы пучка и расположения прибора. В итоге подобный риск может быть
сведен на нет.
Лицензирование
На установку ультразвукового детектора обнаружения нет необходимости
брать правительственную лицензию.
Таковы основные свойства ультразвуковых датчиков. К счастью, большая
их часть - позитивна, а недостатки можно превратить в достоинства.
Недостатки становятся достоинствами
Теперь стоит детально рассмотреть, как недостатки УЗ-детекторов можно
обратить в их достоинства и наилучшим способом их использовать.
Физические свойства нарушителя
Если мы пользуемся для обнаружения УЗ-детектором, то нас интересует
больше допплеровский сдвиг частоты, возникающий при перемещении наруши-
теля по помещению. Если это - опытный взломщик, то он наверняка знает,
что прибор слабо реагирует на очень медленное передвижение. Это происхо-
дит оттого, что конструкторы вынуждены устанавливать в датчике некоторую
минимальную разность частот в сдвиге, защищая таким образом прибор от
случайного срабатывания при постороннем сигнале. Достаточно жестким кри-
терием для этого является требование засекать нарушителя, проходящего
метр за 3 минуты (10 метров за полчаса). Именно 10 метров принимаются за
базовое расстояние, которое мы можем позволить нарушителю пройти в зоне
обнаружения детектора. Учитывая, что взломщику еще необходимо войти и
выйти из здания, его пребывание в помещении затягивается минимум на час.
Это очень серьезная нагрузка на нервы. Чем она выше, тем больше вероят-
ность невольного движения головы, руки или ноги преступника, которое
способен засечь радар.
Менее квалифицированный нарушитель попробует взять скоростью. При оп-
ределении верхней границы чувствительности ультразвукового детектора к
допплеровскому сдвигу от движения конечностей следует исходить из того,
что олимпийский рекорд в скорости - бега порядка 10 метров в секунду.
Нарушитель вряд ли способен на такой стремительный бросок в закрытом по-
мещении. Верхняя граница чувствительности устранит срабатывание прибора
от движений, скажем, насекомых.
Возможность избежать обнаружения
Вот вопрос, который иногда задают о допплеровском принципе ультразву-
кового обнаружения: "что, если нарушитель будет двигаться под прямым уг-
лом ко всем лучам?" Правомерность этого вопроса основана на том факте,
что для возникновения сдвига частят объект должен приближаться или уда-
ляться по сечению пучка. Да, физическая теория признает возможность дви-
жения объекта в луче ультразвука без создания сдвига частот. Однако, к
счастью, на практике это невозможно. Преступник должен двигаться по кру-
гу на одном и том же удалении от радара. Достигнет ли он желаемой цели,
все время ходя вокруг нее? Более того, его руки и ноги тоже должны со-
вершать движение по периметру, и каждое передвижение должно вписываться
в одинаковый радиус. Подобные упражнения фантазии убеждают нас и еще
меньшей вероятности избежать обнаружения.
Контрольное время срабатывания системы
Гораздо более разумным способом избежать обнаружения является движе-
ние рывками. Преступник может резко перемещаться и застывать на время.
Его физическое, а также психологическое напряжение будет меньше, но если
конструктор системы защиты представляет подобный образ действий, он мо-
жет варьировать контрольное время срабатывания системы.
Обширные данные измерений того, как движутся различные люди, показы-
вают, что человек не способен двигаться быстрее некоторой скорости.
Настроив на нее контрольное время срабатывания, можно с уверенностью ут-
верждать, что сигнал о сдвиге частот, длящийся меньше установленного
срока, не имеет отношения к преступнику. Система способна игнорировать
короткие пульсации силы тока и напряжения в цепи своего электропитания.
Длительный сигнал система однозначно опознает как принадлежащий наруши-
телю, и поднимает тревогу.
Эта методика носит название "сортировка входного сигнала по времени",
и ее нельзя смешивать с растягиванием сигнала в кнопках тревоги. Систе-
ма, как это очевидно, может быть настроена на возможную квалификацию
преступника. Экспериментальным путем можно добиться срабатывания системы
без задержки через десятую долю секунды после начала движения или после
2-3 шагов, то есть - через секунду.
Используемые частоты
Чем выше частота ультразвукового излучения, тем менее чувствителен
ультразвуковой детектор к естественным и искусственным источникам ложных
тревог. Нижняя граница допустимых частот пролегает в районе 20000 герц,
а наиболее часто используется частота 40000 герц. Насколько удобно ис-
пользовать, скажем, частоту в 80000 герц? В принципе, выбор частоты
конструктором определяется следующими обстоятельствами:
Затухание
В главе 4 уже говорилось, что затухание волны в воздухе обратно про-
порционально квадрату частоты. Если быть более предметным, то удвоение
частоты с 20 килогерц до 40 килогерц при сохранении того же угла излуче-
ния и дистанцию вчетверо снижает относительную мощность эха. Новое удво-
ения частоты - до 80 килогерц - снизит исходную мощность эха в 261 раз.
Дальнейшее наращивание частоты потребует или сверхмощного передатчика,
или особо чувствительного приемника.
Форма пучка
Как известно из четвертой главы, способность к фокусированию ультраз-
вука, света и микроволнового излучения описывается близкими физическими
законами. Наиболее часто используемые параметры УЗ-излучения приводятся
ниже, в разделе, посвященном излучателям. Здесь можно отметить, что при
слишком высокой рабочей частоте пучок становится слишком узким и острым
и не подходит даже для направленного пространственного обнаружения.
Взаимные помехи
Допустим, что частота работы детектора выбрана удачно, однако требу-
ется защитить довольно большое помещение, i В этом случае невыгодно по-
лагаться только на одно устройство. Однако, если несколько УЗ-детекторов
будут работать в одной комнате и с одной частотой, то из-за наложения
полей возможно появление сдвигов в частоте принимаемых сигналов. Система
будет постоянно принимать их за допплеровский эффект и бить тревогу. На-
илучший способ избавиться от этой неприятности - выделить каждому уст-
ройству свою рабочую частоту и развести диапазоны этих частот за пределы
максимального воспринимаемого УЗ-детектором допплеровского сдвига.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39
технических средств методом исключения характерен для создания систем
сигнализации.
Физические свойства звуковых волн
Были разработаны два способа использования ультразвука в сигнализации
- система "стоячей волны" и позже - радарная система с использованием
эффекта Допплера. Чтобы понять их работу, необходимо поближе познако-
миться со свойствами звуковых волн и их распространением в воздухе. Если
вы пролистали, не читая, главу 4 об основных принципах обнаружения
объектов в пространстве, вернитесь к ней и потом продолжите читать.
Система "стоячей волны"
Хотя метод "стоячей волны" мало используется в ультразвуковых систе-
мах сигнализации, нам необходимы основные принципы этого физического яв-
ления, чтобы понять работу ультразвуковых радаров.
Пространственный контроль
Техника "стоячей волны" предусматривала закрепление излучателя
ультразвука высоко под потолком и приемника - также высоко на противопо-
ложной стене. Тип мембраны излучателя подбирался так, чтобы дать равно-
мерное по мощности излучение по всему доступному сечению - примерно 180
градусов в горизонтальной плоскости и около 45 градусов в вертикальной.
Угол приема подбирался точно такой же.
Размещение блоков прибора под потолком гарантировало, что их не будут
затенять препятствия, и при этом достигалась почти идеальная по мощности
прямая передача звука. Тем не менее, кроме прямого излучения, приемник
воспринимал энергию волн, отраженных от стен, пола, потолка и всей обс-
тановки комнаты. Он переводил эту энергию в электрический сигнал для
электронной системе слежения. Если в комнате все оставалось на месте, на
выходе приемника получался электрический сигнал с неизменными параметра-
ми, так как не изменялась энергия ультразвука.
Пока воздух и обстановка в помещении были неподвижны, ультразвуковые
волны "путешествовали" по одному и тому же маршруту. Рисунок волны "сто-
ял".
Эта неподвижность нарушалась, когда, к примеру, нарушитель пытался
проникнуть в помещение через дыру в двери, ультразвук отражался уже не
от двери, а от нарушителя и по-другому. Изменение энергетического потен-
циала совокупной волны воспринималось приемником и переводилось в скачок
электрического сигнала, который и активизировал сигнализацию.
Какие наиболее важные моменты следует помнить о методе "стоячей вол-
ны"?
Мембраны передатчика и приемника всесторонне ориентированы для прост-
ранственного контроля за проникновением.
Сигнал на входе приемника - это сумма мощностей всех отраженных и
прямых ультразвуковых волн.
Воздух и обстановка помещений неподвижны. Перемещается лишь наруши-
тель.
Прекрасно. Мы получили систему, которая сработает, даже если наруши-
тель обошел все системы сигнализации на периметре. И было время, когда
система "стоячей волны" применялась очень широко.
Проблемы конструкторов и пользователей
К сожалению, эта система использовалась и в тех условиях, когда хотя
бы одно из этих условий не выполнялось. В таком случае система устраива-
ла такое количество ложных, а главное, пустяковых тревог, что начались
поиски новых решений. Практика применения метода "стоячей волны" вскоре
показала его слабости.
Изменения в обстановке помещения
Уже говорилось, что не всегда возможно заново включить систему "стоя-
чей волны" после изменений или перестановок в помещении. Казалось, что
эту проблему решить просто. Для типичной системы с одним приемником она
практически аналогична по характеру трудностям радиолюбителей с уходящей
с диапазона станцией и "мертвыми зонами" приема. Прослушав передачи на
KB или СВ с большого расстояния, вы можете тоже составить себе представ-
ление, как это выглядит. Чтобы избежать затухания, опытные связисты ста-
вят рядом одну или несколько добавочных антенн и подключают их к одному
приемнику так, что они компенсируют друг друга.
Если перенести эту аналогию на ультразвуковые детекторы "стоячей вол-
ны", можно представить, что некоторые отраженные пакеты волн попадут
друг другу в противофазу на мембрану приемника после изменения обстанов-
ки. Они погасятся, сигнал будет слабее, и вместо того, чтобы встать в
положение "готовность", сигнализация забьет тревогу. Совершенно очевид-
но, что эту проблему можно решить усреднением мощности сигнала с нес-
кольких приемников. Но беды системы "стоячей волны" на этом не кончи-
лись.
Движение воздуха
Еще одна слабость систем "стоячей волны" - это постоянные ложные сра-
батывания из-за сквозняков и работающего отопления в помещениях.
Чтобы представить, от чего это происходило, давайте упростим - пусть
даже до предела - ситуацию перемещения воздуха. Сначала представьте, как
излучатель "стоячей волны" посылает на приемник энергию в виде дробинок.
В спокойном воздухе все дробинки будут перемещаться с одной скоростью -
напрямую или рикошетом. А вот если в комнате появился сквозняк и дует от
передатчика к приемнику, дробинки будут летать напрямую быстрее, чем ри-
кошетом. Рисунок волны нарушится, и система забьет тревогу.
Эту проблему решить было невозможно. "Я бы отсюда не шел" - как гово-
рят в Корнуэле, когда их просят показать дорогу.
Альтернатива - радарный принцип
Особенностью и достоинством ультразвукового детектора, работающего на
радарном принципе, является то, что приемник и передатчик стоят рядом,
смотрят в одном направлении, а не висят на противоположных стенах.
Снова воспользовавшись образом дробинок, можно представить, как
действует радар. Передатчик выстреливает шарик по комнате. Тот отражает-
ся от противоположной стены и летит к приемнику. Если в комнате сквоз-
няк, то по пути к стене дробь летит быстрее, а вот зато обратно - мед-
леннее. Ускорение и торможение погашают друг друга, а общее время движе-
ния в спокойном и неспокойном воздухе совпадает. Разброс данных на при-
емнике настолько мал, что сквозняк на такую систему ультразвуковой сиг-
нализации не влияет.
Поэтому появляется возможность за счет наложения избежать ложных тре-
вог от колебания воздуха.
Подобная перспектива была достаточно привлекательной, чтобы радарный
принцип был взят на вооружение системами безопасности. Оставалось дать
ему конкретное воплощение.
Свойства ультразвуковых детекторов, использующих радарный принцип
Поскольку радарный принцип позволял резко снизить процент ложных тре-
вог из-за колебаний воздуха, оставалось посмотреть, какими еще досто-
инствами и недостатками он обладает.
Отраженная энергия
В первую очередь, стоит обратить внимание на то, что работа ультраз-
вукового детектора, основанного на радарном принципе, не зависит от ри-
сунка отраженной волны и не замыкается на рисунок "стоячей волны".
Линия видимости
Однако его работа зависит от наличия отраженного от нарушителя сигна-
ла-эха. Чтобы он появился, необходимо, чтобы в зоне работы ультразвуко-
вого детектора не было какихлибо преград.
Допплеровский сдвиг частоты
Работа ультразвукового детектора основана на допплеровском сдвиге
частот, возникающем при отражении волн от движущегося по помещению нару-
шителя. Механизм этого процесса описан в главе 4.
Неблагоприятные отраженные волны
За исключением случаев, когда просматриваемый объем пространства
очень велик, возможно возникновение многочисленных неблагоприятных отра-
женных волн точно также, как и у систем "стоячей волны". Следовательно,
при создании радарного устройства необходимо экранировать прибор от сра-
батывания при взаимопогашении или, напротив, резонансе приходящих сигна-
лов. Он должен реагировать лишь на допплеровское смещение частот.
Фокусировка
Поскольку необходимости в рисунке "стоячей волны" нет, то можно вос-
пользоваться описанными ниже свойствами ультразвуковых мембран. Ультраз-
вук, как и свет, можно фокусировать и, следовательно, при хорошем
конструировании при подборе мембран добиться любой необходимой ширины
луча.
Направленное пространственное обнаружение
Фокусировка пучка дает возможность направить его именно на те участ-
ки, которые желательно защитить. Кроме того, с помощью фокусировки можно
увести излучение от потенциальных источников ложных срабатываний. Именно
поэтому в практике служб безопасности за радарами укрепилось наименова-
ние "направленные" объемные детекторы, отличающиеся от ненаправленных
детекторов "стоячей волны".
Пределы надежного обнаружения
Если луч поддается фокусировке, то его обнаруживающая сила и
дальность зависят от границ эффективного действия. Дальность эффективно-
го действия есть функция мощности выходного сигнала и способности прием-
ника еще выделять эхо. Дальность эффективного действия также определяет-
ся условиями распространения волн. Ультразвуковой луч не способен про-
никнуть через твердую преграду - стену, дверь, окно, ящик, пол или пото-
лок. На таких поверхностях часть энергии пучка поглощается, часть - рас-
сеивается, часть - отражается назад на приемник. Если между барьером и
УЗ-детектором движения не происходит, то система сигнализации не сраба-
тывает из-за отсутствия допплеровского сигнала. Какие-либо перемещения
по ту сторону барьера на детектор не влияют.
Перемещения вблизи детектора
В главе 4 содержится, как вы помните, указание на быстрый рост
чувствительности УЗ-детектора по мере сокращения дистанции между объек-
том и приемником. Конкретная кривая этого роста зависит от размеров
объекта. Понимание такого затруднения дало инженерам возможность снаб-
дить детектор устройствами, резко снизившими риск ложного срабатывания
от близко пролетающих мелких объектов. В разделе "возможности снижения
потенциальных тревог" об этом говорится подробнее.
Естественные и искусственные шумы в ультразвуковом диапазоне
Ультразвуковой приемник может сработать под действием постороннего
сигнала. С этой сложностью можно справиться правильным выбором частоты,
формы пучка и расположения прибора. В итоге подобный риск может быть
сведен на нет.
Лицензирование
На установку ультразвукового детектора обнаружения нет необходимости
брать правительственную лицензию.
Таковы основные свойства ультразвуковых датчиков. К счастью, большая
их часть - позитивна, а недостатки можно превратить в достоинства.
Недостатки становятся достоинствами
Теперь стоит детально рассмотреть, как недостатки УЗ-детекторов можно
обратить в их достоинства и наилучшим способом их использовать.
Физические свойства нарушителя
Если мы пользуемся для обнаружения УЗ-детектором, то нас интересует
больше допплеровский сдвиг частоты, возникающий при перемещении наруши-
теля по помещению. Если это - опытный взломщик, то он наверняка знает,
что прибор слабо реагирует на очень медленное передвижение. Это происхо-
дит оттого, что конструкторы вынуждены устанавливать в датчике некоторую
минимальную разность частот в сдвиге, защищая таким образом прибор от
случайного срабатывания при постороннем сигнале. Достаточно жестким кри-
терием для этого является требование засекать нарушителя, проходящего
метр за 3 минуты (10 метров за полчаса). Именно 10 метров принимаются за
базовое расстояние, которое мы можем позволить нарушителю пройти в зоне
обнаружения детектора. Учитывая, что взломщику еще необходимо войти и
выйти из здания, его пребывание в помещении затягивается минимум на час.
Это очень серьезная нагрузка на нервы. Чем она выше, тем больше вероят-
ность невольного движения головы, руки или ноги преступника, которое
способен засечь радар.
Менее квалифицированный нарушитель попробует взять скоростью. При оп-
ределении верхней границы чувствительности ультразвукового детектора к
допплеровскому сдвигу от движения конечностей следует исходить из того,
что олимпийский рекорд в скорости - бега порядка 10 метров в секунду.
Нарушитель вряд ли способен на такой стремительный бросок в закрытом по-
мещении. Верхняя граница чувствительности устранит срабатывание прибора
от движений, скажем, насекомых.
Возможность избежать обнаружения
Вот вопрос, который иногда задают о допплеровском принципе ультразву-
кового обнаружения: "что, если нарушитель будет двигаться под прямым уг-
лом ко всем лучам?" Правомерность этого вопроса основана на том факте,
что для возникновения сдвига частят объект должен приближаться или уда-
ляться по сечению пучка. Да, физическая теория признает возможность дви-
жения объекта в луче ультразвука без создания сдвига частот. Однако, к
счастью, на практике это невозможно. Преступник должен двигаться по кру-
гу на одном и том же удалении от радара. Достигнет ли он желаемой цели,
все время ходя вокруг нее? Более того, его руки и ноги тоже должны со-
вершать движение по периметру, и каждое передвижение должно вписываться
в одинаковый радиус. Подобные упражнения фантазии убеждают нас и еще
меньшей вероятности избежать обнаружения.
Контрольное время срабатывания системы
Гораздо более разумным способом избежать обнаружения является движе-
ние рывками. Преступник может резко перемещаться и застывать на время.
Его физическое, а также психологическое напряжение будет меньше, но если
конструктор системы защиты представляет подобный образ действий, он мо-
жет варьировать контрольное время срабатывания системы.
Обширные данные измерений того, как движутся различные люди, показы-
вают, что человек не способен двигаться быстрее некоторой скорости.
Настроив на нее контрольное время срабатывания, можно с уверенностью ут-
верждать, что сигнал о сдвиге частот, длящийся меньше установленного
срока, не имеет отношения к преступнику. Система способна игнорировать
короткие пульсации силы тока и напряжения в цепи своего электропитания.
Длительный сигнал система однозначно опознает как принадлежащий наруши-
телю, и поднимает тревогу.
Эта методика носит название "сортировка входного сигнала по времени",
и ее нельзя смешивать с растягиванием сигнала в кнопках тревоги. Систе-
ма, как это очевидно, может быть настроена на возможную квалификацию
преступника. Экспериментальным путем можно добиться срабатывания системы
без задержки через десятую долю секунды после начала движения или после
2-3 шагов, то есть - через секунду.
Используемые частоты
Чем выше частота ультразвукового излучения, тем менее чувствителен
ультразвуковой детектор к естественным и искусственным источникам ложных
тревог. Нижняя граница допустимых частот пролегает в районе 20000 герц,
а наиболее часто используется частота 40000 герц. Насколько удобно ис-
пользовать, скажем, частоту в 80000 герц? В принципе, выбор частоты
конструктором определяется следующими обстоятельствами:
Затухание
В главе 4 уже говорилось, что затухание волны в воздухе обратно про-
порционально квадрату частоты. Если быть более предметным, то удвоение
частоты с 20 килогерц до 40 килогерц при сохранении того же угла излуче-
ния и дистанцию вчетверо снижает относительную мощность эха. Новое удво-
ения частоты - до 80 килогерц - снизит исходную мощность эха в 261 раз.
Дальнейшее наращивание частоты потребует или сверхмощного передатчика,
или особо чувствительного приемника.
Форма пучка
Как известно из четвертой главы, способность к фокусированию ультраз-
вука, света и микроволнового излучения описывается близкими физическими
законами. Наиболее часто используемые параметры УЗ-излучения приводятся
ниже, в разделе, посвященном излучателям. Здесь можно отметить, что при
слишком высокой рабочей частоте пучок становится слишком узким и острым
и не подходит даже для направленного пространственного обнаружения.
Взаимные помехи
Допустим, что частота работы детектора выбрана удачно, однако требу-
ется защитить довольно большое помещение, i В этом случае невыгодно по-
лагаться только на одно устройство. Однако, если несколько УЗ-детекторов
будут работать в одной комнате и с одной частотой, то из-за наложения
полей возможно появление сдвигов в частоте принимаемых сигналов. Система
будет постоянно принимать их за допплеровский эффект и бить тревогу. На-
илучший способ избавиться от этой неприятности - выделить каждому уст-
ройству свою рабочую частоту и развести диапазоны этих частот за пределы
максимального воспринимаемого УЗ-детектором допплеровского сдвига.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39