Позже они появились. Особых успехов в их разработке достигли
Германия, США и Великобритания. Трудно гарантировать, но, по-моему, 80-е
годы войдут в историю как период, когда все три системы пространственно-
го обнаружения - ультразвуковые, микроволновые и инфракрасные устройства
пассивного действия - достигли возраста возмужания.
Чувствительные элементы ИК систем
Пользователя, конечно, больше волнует результат. Но все же интересно
отметить, что на путях прогресса различные страны отдают предпочтение
разным светочувствительным материалам инфракрасного диапазона. В Герма-
нии используется танталит лития, а в Великобритании - керамика на свин-
цово-циркониево-титановой основе. Сравнительно недавно американская фир-
ма "Pennwalt Corporation" разработала пьезоэлектрическую пленку "Купаг".
В пассивных инфракрасных детекторах этот материал используется, потому
что он обладает не только пьезоэлектрическим, но и фотоэлектрическим ка-
чествами.
Чтобы прибор обладал достаточной различающей способностью, в его инф-
ракрасный "глаз" должен поступать не постоянный, а переменный по мощнос-
ти поток энергии. К счастью для создателей систем охраны, нарушитель
достаточно быстро меняет характер этого потока теплом своего тела. Кроме
того, для воздействия на чувствительный элемент энергию надо несколько
сфокусировать. К сожалению, стекло - далеко не лучший проводник инфрак-
расных лучей, и обычные линзы для фокусировки не подойдут. Надо искать
что-то иное.
Фокусирующие элементы
Чтобы преодолеть ограничения, налагаемые свойствами обычных оптичес-
ких линз, используется два метода. Вопервых, применяются зеркала. Чита-
тели наверняка помнят " комнаты смеха" в парках отдыха. Там были уста-
новлены искажающие или так называемые "кривые" зеркала. Одно такое зер-
кало может отразить высокого и худого нарушителя как маленького и толс-
того. А второе зеркало сожмет этот образ в точку, если зеркала установ-
лены под верным углом друг к другу. Это значит, что он сфокусирован.
При всей своей эффективности зеркальная фокусировка - метод недоста-
точно гибкий и пригоден только лишь для создания очень малого числа кон-
фигураций зон перекрытия. Потребность в гибкой методике привела к тому,
что многие службы безопасности приняли на вооружение линзы Френеля. Вы,
наверное, видели их в прожекторах и на маяках, а также в видоискателях
зеркальных фотокамер.
Какой бы тип линз не использовался, при прохождении через них мощ-
ность пучка будет падать. Соответственно, снизится и чувствительность
прибора. Пунктир на рисунке показывает, насколько толстой была бы обыч-
ная выпуклая линза. Использование ступенчатой френелевской линзы снижает
толщину стекла и потери энергии во много раз. Кроме того, эффективность
линзы и точность фокусирования могут быть достигнуты заменой стекла на
пластмассу. Вот пример гибкости возможного конструирования: фирма
"Chartland Electronics Ltd" выпускает пластмассовую линзу размером 50х40
мм, способную заменить индивидуальные линзы для 24 раздельных пучков
ИК-излучения.
Одно-, двух- и четырехэлементные ИК-детекторы
Ранние модели инфракрасных детекторов пассивного действия, как прави-
ло, использовали один пироэлектрический чувствительный элемент в каждом
детекторном комплексе. Вскоре практика дала ответ на двойной вопрос:
"Работает ли система? Можно ли ее вывести из строя?" Оказалось, что при
всех достоинствах прибора как детектора, он излишне склонен давать лож-
ные срабатывания. Ответом на это затруднение стало создание двухэлемент-
ных детекторов. Один из элементов генерирует позитивное напряжение при
воздействии тепла, другой - негативное, они включены в цепь параллельно,
поодиночке или блоками, и при воздействии теплового излучения на оба
элемента вырабатываемый ток взаимпогашается, не вызывая сигнала тревоги.
Сочетание линз и детекторов должно быть таким, чтобы тепло от нарушителя
воздействовало лишь на один чувствительный элемент, который, в свою оче-
редь, выработает ток для подачи тревоги. А вот изменения в температуре
окружающей среды, звуковой шум и солнечный свет должны действовать на
оба элемента сразу и при этом взаимопогашаться.
Возможны одно-, двух- и четырехэлементные детекторы. Сравнивая их ус-
тойчивость к ложным срабатываниям, стоит отметить, что пассивные инфрак-
расные (ПИК) детекторы реагируют на движение "поперек шерсти", то есть
прямых, сходящихся в точке приема, а ультразвуковые и микроволновые
допплеровские датчики - на приближение и удаление от прибора.
Двухэлементный детектор хорош, но вероятность ложных тревог все же
остается. Поэтому появились четырехэлементные приборы. Например, разра-
ботанный фирмой "Pulnix" прибор "Quad Element Detector" сочетает в себе
две пары пироэлектрических элементов. Выходные сигналы обеих пар посту-
пают в блок обработки сигналов, который подает тревогу лишь после превы-
шения обоими некоторого порогового значения.
Фирма "Racal Guardall" также разработала четырехэлементную систему
"Type DX20:20" на базе пироэлектрических элементов фирмы "Philips". За
счет обработки последовательности сгенерированных, сигналов на детекто-
рах, микропроцессор различает человека, пересекающего охраняемую зону, и
источник тревоги. Однако все вышеперечисленные ухищрения не помогут, ес-
ли у злоумышленника или его сообщника есть возможности вывести ПИК-де-
тектор из строя в рабочее время. ПИК-устройства мало используются в зо-
нах высокого риска из за мнения о том, что перекрытие зоны обзора слиш-
ком легко выводит их из строя. Существуют варианты установки детекторов,
которые затрудняют завешивание их маскирующими материалами, и в этом
плане очень выгодно их размещение на потолках. Тем не менее, даже там их
можно опрыскать маскирующим веществом, при условии, что преступнику
удастся сделать это незаметно.
Чтобы ПИК-системы могли достойно конкурировать с допплеровскими
ультразвуковыми и микроволновыми детекторами, усилия разработчиков были
сконцентрированы на решении проблемы борьбы с маскировкой. "Pulnix
"встроил в приборы серии РА 5020/5045 (четырехэлементные) так называемые
детекторы ослепления, которые и распознают маскировку.
Области применения ПИК-систем сигнализации
Наиболее подходящие области применения обусловлены природой различных
зон перекрытия, получаемых с помощью френелевских линз. Если вытянуть
руку ладонью вниз и развести пальцы, то можно наглядно представить себе
наиболее распространенную форму такой зоны.
Угол охвата в принципе может быть любым - от нескольких градусов до
180 градусов при установке на стене и полного кругового обзора, доступ-
ного потолочному датчику. Другой вариант - пальцеобразная зона, ориенти-
рованную в вертикальной плоскости для слежения за полом. Некоторые моде-
ли имеют дополнительно зону обзора, расположенную вертикально вниз по
стене, чтобы исключить проползание под ПИК-устройством сигнализации.
Области применения ИК-пассивных детекторов очень схожи с использова-
нием допплеровских ультразвуковых и микроволновых датчиков.
Возможно, больший интерес представляет использование ПИК-датчиков для
создания так называемой шторной или тонкослойной зоны. Двухэлементный
прибор видит только один "палец", составленный из двух близко располо-
женных зон чувствительности. Хотя толщина их мала, электронное уст-
ройство способно обнаружить вход и выход из зоны слежения. 90 градусов
перекрытия достигаются в другой плоскости. Такая защита используется в
картинных галереях, на проходных или у окон служебных и торговых помеще-
ний. Поворот "шторки" в горизонтальную плоскость позволяет перекрыть та-
кие уязвимые места в здании, как стеклянные крыши. Для жилых помещений
особенно ценна установка детектора лучом вниз. Таким образом, создается
"занавес" от потолка почти до пола. При правильной оценке просвета, не-
обходимого для прохода мелких животных, снижается риск ложных срабатыва-
ний. Подобная схема обеспечивает слежение за дверьми и окнами, поэтому
этот небольшой просвет у пола не опасен.
Всегда хорошо, если прибор системы сигнализации годится еще для че-
го-нибудь. Наиболее часто ПИК используется при охране наружного перимет-
ра в сочетании с прожектором, включаемым при срабатывании прибора. Для
"своего" человека это - ориентир, для злоумышленника - сдерживающий фак-
тор.
Несколько фирм разрабатывают подобные системы, а компания "Linteck
Ltd"из Блэкберна специализируется только на их производстве. Вспыхнувший
прожектор может автоматически светить некоторое время и гаснуть, а спе-
циальный датчик отключает его в дневное время. В комбинации с прожекто-
ром чувствительность ПИК-детектора к движущимся объектам и способность
подавать сигнал тревоги остаются прежними. Пример - ПИК-устройство сиг-
нализации в сочетании с 500-ваттным прожектором. Оно используется для
охраны наружных периметров зон высокого риска, стройплощадок, жилых по-
мещений, а также для внесигнального освещения дорожек и рекламных щитов
при приближении к ним.
Что делать с ложными срабатываниями?
Опыт защиты от ложных срабатываний ультразвуковых и микроволновых
допплеровских датчиков помог разработчикам ПИК-детекторов. Они поза-
имствовали способы подавления таких общих для всех трех систем сигнали-
зации источников ложных срабатываний, как наведение и сетевые помехи,
вибрация, радиаторы центрального отопления и повышенная чувстви-
тельность. Специфическими для ПИК систем являются помехи от яркого сол-
нечного света и фар автомобилей, шумы в звуковом и инфразвуковом диапа-
зоне. На звуковые волны ПИК-детекторы реагируют подобно пьезоэлектричес-
ким приемникам. Электроника этих детекторов работает во всем диапазоне
частот. В иных системах сигнализации подобный разброс за ненадобностью
сведен до минимума. Почти все эти специфические трудности преодолеваются
двух- и четырехэлементными приборами. Чтобы решить, достаточно ли успеш-
но, применительно к конкретной ситуации, ПИК-система справляется с лож-
ными срабатываниями в одиночку, при помощи четырехэлементных датчиков,
или стоит застраховаться описанными в главе 19 комбинированными уст-
ройствами, вам следует ознакомиться с факторами, перечисленными в разде-
ле "Темы для обсуждения" этой главы.
Темы для обсуждения
Если соображения моды важны при выборе метода обнаружения нарушителя,
насколько высоко котируются ПИКсистемы? Если им отдается предпочтение,
то происходит ли это из-за низкой цены на прибор и его установку или
из-за эксплуатационных преимуществ? А может быть, соображения моды ныне
не играют никакой роли? Не приходится ли на самом деле пользователю ре-
шать вопрос о том, что же требуется от детектора - защитить зону обычно-
го или повышенного риска защитить зону обычного или повышенного риска?
ГЛАВА 18
МИКРОФОННЫЕ УСТРОЙСТВА
Приставка "микро" (от греческого "микрос" - маленький) слишком часто
и не всегда к месту используется в языке радиоэлектроники. Ее наличие в
названии прибора вполне может ничего не дать в понимании его функций.
Однако слово "микрофон" столь часто употребляется в разговорах о радио,
телевидении, телефонах и громкоговорительных системах, что вопросов о
его значении просто не возникает. В рабочих целях мы можем определить
термин "микрофон" так: это мембранное устройство, служащее для превраще-
ния акустической и механической энергии в электрические сигналы, которые
могут быть усилены и переданы по проводам в любое необходимое место.
Сейсмические датчики
Ни микрофоны, ни сейсмические датчики изначально не предназначались
для систем сигнализации. Последние, например, создавались как особый тип
микрофона для геологической разведки буровых скважин. Эти устройства
должны были иметь большую прочность в конструкции, чтобы выстоять против
ударной волны зондирующего взрыва на поверхности и большую чувстви-
тельность, чтобы улавливать легчайшее эхо взрыва в глубине земли и его
колебания под влиянием залежей ископаемых.
Впервые они были применены службами безопасности при охране наружных
периметров и пользовались большой популярностью. На оградах они хорошо
различали звуки сверху и снизу, но нечетко реагировали на боковые сигна-
лы, так как не обладали способностью подавлять шум ветра. По мере накоп-
ления практического опыта стало очевидно, что они слишком чувствительны
для использования в системах сигнализации и перегружают электронику оби-
лием правильных, но нежелательных сигналов. Это свело на нет такое по-
лезное качество сейсмических датчиков, как различающая способность.
Наиболее широко использовались ранние модели сейсмических датчиков,
выпускавшиеся французской фирмой "Sercel". Позже на рынке появились ва-
рианты приборов этого типа, различающая способность которых могла ме-
няться соответственно характеру окружающей среды. Кстати, подобная ситу-
ация достаточно часто встречается в мире систем сигнализации. Особеннос-
ти конструкции или сам базовый физический принцип дают чувствительность
детектора, слишком высокую для конкретной ситуации, и ее приходится
уменьшать, чтобы достигнуть приемлемого сочетания точного обнаружения и
процента ложных срабатываний.
Фирма "Sercel" разработала так же очень интересный способ подачи сиг-
нала об опасности на центральный пульт службы безопасности объекта. Каж-
дой зоне прослушивания соответствовала вертикальная "термометрическая"
шкала, светящийся столбик которой двигался в зависимости от интенсивнос-
ти сигнала. Это позволяло обнаружить направление приближения потенци-
ального злоумышленника еще до того, как мощность звука переходила за
критическую отметку.
Пьезоэлектрические датчики
Подарком природы стоило бы считать то, что некоторые минералы, напри-
мер, кварц, при сжатии вырабатывают электричество. Зримые аналогии помо-
гут нам понять использование пьезоэлектриков. Представьте, что на поли-
рованной поверхности стола лежит маленькая деревянная или пластиковая
игральная " кость". Если мы нажмем на одну из ее сторон, она сдвинется
без видимого сопротивления. Если нажать сверху, кость не сдвинется, но,
очевидно, слегка сплющится. Теперь мысленно прижмем ту же " кость" на
внутреннюю поверхность витрины магазина в любое место и с силой ударим
по окну снаружи. Стекло, может, и не сломается, но прогнется. На "
кость" это никак не подействует. Но если ее "зажать" между окном и чемто
твердым, препятствующим движению стекла, она сомнется.
Специально обработанный кусочек кварца на месте косточки выработает
при этом электрический ток. Этот сигнал уже может быть использован в
системе сигнализации.
Преимущество такой системы в том, что ток возникает только при сжатии
и отпускании кристалла, а напряжение растет пропорционально нажиму. Дру-
гими словами, оно будет зависеть от ускорения. В физике эта величина
обозначается буквой "а", отсюда и названия запатентованных приборов типа
"а-детектор".
На практике вместо кварца используются синтетические материалы типа
титанита бария. Этот тот же сплав, который упоминался в качестве излуча-
теля в ультразвуковых датчиках в главе 15.
Оконные пьезодатчики
В предыдущем разделе речь шла об ударе по стеклу витрины. Знать о по-
добных попытках полезно, но чаще всего это - ложные тревоги. Гораздо
важнее заметить уже разбитое стекло. Сделать это можно при помощи все
той же чувствительности пьезодетекторов к ускорению. Когда стекло бьет-
ся, оно издает сложную гамму звуков (в том числе и в ультразвуковом диа-
пазоне). Происходит это из-за быстрых и медленных изгибов стекла в мо-
мент удара. В таких условиях пьезоэлектрические устройства вырабатывают
ток максимального напряжения. Достижение этого пика однозначно сигнали-
зирует о реальной опасности.
Пьезодатчики для охраны стен и оград
Благодаря высокой способности чувствительных к ускорению пьезоэлект-
рических материалов различать высоко- и низкочастотные сигналы, они
весьма подходят для охраны. Большинство естественных колебаний этих
преград - низкочастотные, а вот вибрация при попытке проникновения имеет
высокую частоту.
Поскольку вырабатываемое напряжение прямо пропорционально ускорению,
то можно перевернуть формулу и полюбопытствовать, какое смещение необхо-
димо для каждой частоты колебаний, чтобы получить определенное напряже-
ние.
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