Охранный комбинированный извещатель, который состоит из пассивного инфракрасного (далее ПИК) и микроволнового (далее МВ) извещателей, предназначен для обнаружения нарушителя, движущегося в объеме охраняемого пространства. Другое название извещателей – детекторы двойной технологии. Ключевая особенность комбинированных устройств – работа двух каналов обнаружения с логикой «И», что является основным фактором снижения ложного срабатывания извещателя. Комбинация ПИК и МВ-каналов не единственная – существуют извещатели, которые сочетают в себе, например, пассивный инфракрасный и активный ультразвуковой детектор. Но всех их объединяет наличие двух каналов, базирующихся на абсолютно разных физических принципах. В настоящее время наибольшую популярность во всем мире завоевали именно ПИК + МВ извещатели. Ультразвуковой канал в комбинированных извещателях получил меньшее распространение, хотя его можно встретить в ассортименте некоторых российских и зарубежных производителей. Объяснением этому может быть повышенная чувствительность извещателей к перемещению воздушных потоков, что может ограничивать область их использования. Из-за наличия двух каналов обнаружения стоимость комбинированных извещателей как минимум в два раза выше. В развитых зарубежных странах это не столь критично, так как большинство охранных структур заинтересовано в снижении ложных срабатываний. Для крупных мониторинговых компаний, насчитывающих десятки и сотни тысяч абонентов, фактор снижения ложных срабатываний может привести к финансовому выигрышу по сравнению с использованием стандартных ПИК-извещателей. В России таких компаний пока не так много, что и определяет меньшее распространение подобных устройств. Но, на наш взгляд, это лишь временное явление и доля комбинированных извещателей будет постепенно увеличиваться.
Микроволновая (МВ) секция
Несколько слов о принципе работы микроволнового извещателя. Электромагнитная энергия СВЧ-диапазона, излучаемая антенной извещателя, отражается от движущегося объекта и поступает на вход приемника. При облучении движущегося объекта электромагнитными волнами возникает эффект Доплера, который лежит в основе обнаружения движущегося объекта на фоне неподвижного окружения, – изменение частоты отраженного сигнала от движущегося объекта. Если объект приближается к приемнику, частота отраженного сигнала возрастает, если удаляется – уменьшается. Разница частот пропорциональна скорости объекта. Амплитуда сигнала с выхода приемника зависит от отражательной способности объекта, эффективной площади поверхности, расстояния между извещателем и объектом, амплитуде излучаемого сигнала. Так как извещатель неподвижен, а ожидаемое значение скорости нарушителя лежит в интервале 0,3–6 м/с, то разница частот находится в диапазоне от 20 до 400 Гц. Решение о выдаче сигнала тревоги принимается логическим блоком извещателя. Простейший пороговый алгоритм основывается на формировании импульса обнаружения при превышении сигнала в указанном диапазоне некоторого порогового значения. Микроволновые доплеровские извещатели наиболее чувствительны к продольному движению нарушителя в зоне обнаружения, в то время как инфракрасные извещатели – к поперечному. В связи с этим ошибочно думать, что, перемещаясь перпендикулярно радиусу, можно легко миновать МВ-канал, не вызвав тревогу. В реальной жизни извещатель устанавливается не на открытом пространстве, а в замкнутом помещении. Поэтому в приемник поступают не только сигналы, прямо отразившиеся от объекта, но и те, которые являются результатом переотражений от стен помещения. В результате на приемник всегда будет поступать сигнал, который пропорционален скорости движения человека.
В настоящее время производители используют микрополосковую технологию для производства МВ-секций. Большинство компонентов блока изготавливают методом напыления на единую диэлектрическую подложку. В качестве линии передачи выступает несимметричная полосковая линия. Многие традиционные элементы, такие как конденсаторы и катушки, представляют собой небольшие утолщения микрополосковой линии. Фактически все компоненты блока – согласующие трансформаторы, ответвители, резонатор и антенна – помещаются в металлизированный по задней и боковым поверхностям модуль небольшого размера. Область обнаружения микроволнового извещателя – фигура вращения в виде кардиоиды. В отличие от ПИК-извещателя, чья область обнаружения искусственно разбита на чередующие зоны чувствительности/нечувствительности, область обнаружения МВ извещателя является сплошной зоной. Следует отметить, что из-за того, что МВ-секция является активным устройством – постоянно излучает радиоволны, – в одном помещении нельзя устанавливать более одного комбинированного извещателя, работающего на одной частоте с другими. Поэтому многие компании изготавливают несколько однотипных устройств с разными частотными литерами, которые разнесены по частоте на 50–100 МГц. Хотя некоторым производителям удалось снять ограничение по числу извещателей в одном помещении алгоритмическими методами.
ПИК-секция
Данный блок извещателя реализуется на базе традиционного ПИК-извещателя. Важнейшим элементом данного извещателя является оптическая система, которая имеет две разновидности: линза и зеркало. В большинстве извещателей, представленных на рынке безопасности, оптические системы относятся к первому типу, несмотря на то, что зеркало имеет ряд преимуществ перед линзой. Например, с помощью зеркала можно добиться получения на сенсоре более равномерного теплового сигнала, приходящего с ближнего и дальнего сектора области обнаружения. Единственное, что пока сдерживает повсеместное распространение зеркальной оптики, – это более сложная технология изготовления и, соответственно, более высокая стоимость. К основным параметрам оптических систем относятся: 1) количество уровней чувствительных секторов в вертикальной плоскости; 2) количество секторов в каждом уровне; 3) форма линзы, которая может быть плоская, цилиндрическая или сферическая; 4) общая площадь линзы. Другим важным компонентом извещателя является пироприемник. Различают 2- и 4-элементные (площадочные) сенсоры. Последние дают преимущество извещателю по уровню помехозащищенности (мелкие животные, электромагнитное излучение, помехи по цепям питания, конвекционные потоки), так как введение дополнительных площадок позволяет реализовать дополнительные алгоритмы обработки сигнала по вертикальной плоскости. Например, противофазное детектирование, которое приводит к взаимному вычитанию наведенных электромагнитным излучением сигналов в верхних и нижних элементах сенсора. Отдельно следует остановиться на невосприимчивых к движению животных ПИК-извещателях. Данное свойство извещателя достигается, главным образом, за счет модификации оптической системы. Используя тот факт, что кошка или собака меньше человека, передвигается вблизи поверхности пола, оптическая система строится таким образом, чтобы на сенсор поступало меньше теплового излучения с нижних секторов зоны обнаружения. Разные производители охранных извещателей делают это по-разному. Одни используют более толстый нижний слой линзы, который приводит к большему поглощению теплового излучения. Другие – меньшую плотность расположения чувствительных зон в нижней области в горизонтальной плоскости, но большее количество уровней в вертикальной. Последнее обстоятельство позволяет ать больше энергии на сенсоре при движении именно человека, так как он при своем движении будет пересекать несколько чувствительных зон на разных по высоте уровнях, а животное – только зоны одного нижнего уровня. В пределе такая линза в вертикальной плоскости образует сплошной вертикальный сектор «штору». Еще один способ – размещение сенсора не в фокусе относительно нижних секторов, что также приводит к уменьшению сигнала на выходе сенсора. Наконец, некоторые производители выпускают два совмещенных ПИК-извещателя, расположенные в одном корпусе один над другим. Каждый канал извещателя такого типа строится на базе отдельного сенсора и своей оптической системы, но блок обработки сигналов – общий для двух каналов.
Конструктивные особенности комбинированных извещателей
Корпус комбинированного извещателя несколько больше стандартного ПИК-детектора: в нижней части корпуса, как правило, размещается ИК-секция, а в верхней части – МВ-секция. В отличие от ПИК-извещателей, комбинированные устройства снабжены расширенной индикацией: один светодиод показывает состояние ИК-секции, второй отвечает за МВ-секцию, а третий светодиод включается в случае тревоги. Если число световых индикаторов меньше трех, то здесь надо быть внимательным. Дело в том, что иногда только благодаря наличию расширенной индикации инсталлятор может проверить работу СВЧ-секции, за которую заказчик платит немалые дополнительные деньги. Представьте себе ситуацию, когда производитель в погоне за удешевлением своего изделия сэкономил на качестве СВЧ-секции извещателя. Что он сделает в первую очередь, чтобы скрыть это от инсталлятора? Конечно же, он сделает так, чтобы проверяющий смог видеть только результат работы извещателя в целом, а не отдельных его каналов. Где тогда гарантия, что заявленная дальность МВ-секции соответствует паспортным значениям? Ведь можно сделать обнаружение в дальней зоне только по ПИК-секции, а в средней и ближней зоне по двум каналам по одному индикатору это не обнаружится. На самом деле даже наличие раздельной индикации в режиме тестирования не является 100%-ной гарантией того, что в рабочем режиме извещатель будет соответствовать заявленным характеристикам.
Функция антимаскирования
Важной особенностью некоторых моделей комбинированных извещателей является способность обнаруживать попытку их маскирования. Как известно, простой ПИК-извещатель можно сделать «слепым», если с помощью аэрозольных распылителей нанести на линзу прозрачное вещество в видимом свете, но экранирующее инфракрасное излучение. Такие случаи возможны, если система снята с охраны, а к извещателям можно беспрепятственно приблизиться, как, например, в помещениях музеев, библиотек или магазинов. Именно в таких местах предпочтительнее устанавливать извещатели с функцией антимаскирования. Существуют различные методы реализации данной функции в охранных извещателях, которые можно разделить на три группы.
Первый и самый простой метод основан на регистрации множественных срабатываний СВЧ-канала извещателя при полном отсутствии сигнала на выходе ИК-сенсора. Это пассивный способ, который не может выявить различие между неисправностью ИК-секции и маскированием.
Второй способ основан на анализе СВЧ-поля только в ближней зоне обнаружения (от 0 до 1 м) и анализе работы ИК-секции. Нахождение какого-либо препятствия внутри этой области в течение установленного интервала времени (не больше нескольких минут) вызывает размыкание выхода «Антимаскирование», который подключается к отдельному шлейфу сигнализации.
Третий метод является аналогом способа, который используется в пожарных дымовых извещателях. В извещатель помещают два (или более) диода: излучающий и принимающий. В норме на приемник излучение от диода не поступает, но если вблизи извещателя появляется отражающий объект, то приемник начинает принимать отраженное излучение, что является основанием для констатации факта маскирования. Именно этот метод часто используется в ПИК-извещателях, так как в них СВЧ-секции нет в принципе. Недостаток данного метода состоит в том, что, хотя с его помощью извещатель может обнаружить экранирование извещателя сторонним предметом, он может не зарегистрировать на линзе напыления аэрозоля (или лака), который хорошо поглощает ИК-излучение. Для решения этой проблемы ряд производителей усовершенствовали данный принцип. В оптическую систему стали добавлять специальные элементы (например, оптический волновод) таким образом, чтобы на вход фотодиода в нормальных условиях всегда поступал сигнал заданного уровня от излучающего светодиода, но при попадании на данные элементы аэрозоля сигнал уменьшался.
Причины ложных тревог для МВ-секции
Комбинированные извещатели специально разрабатывались для защиты тех помещений, в которых из-за сильных источников теплового излучения вероятность ложного срабатывания ПИК-извещателей достаточно высока. Поэтому если использовать комбинированный извещатель как панацею во всех сложных случаях, то конфликт с заказчиками вопрос времени. К сожалению, иногда можно услышать недоуменные вопросы монтажников по факту ложного срабатывания комбинированного извещателя. Они полагали, что этот класс извещателей не должен давать ложных срабатываний вообще, поскольку в них используются два разных физических принципа. Чтобы внести ясность в этот вопрос, необходимо определить, какие факторы внешнего окружения могут приводить к ложным срабатываниям МВ-секции извещателя.
1. Основной фактор определяется самим принципом работы доплеровского МВ-детектора. По этой причине детектор может принять за передвижение нарушителя движение разных предметов или их частей, таких как, например, лопасти вентилятора, незакрытые двери или форточки, занавески, шторы и жалюзи (при наличии сквозняка). Вода, текущая в пластиковых трубах или по поверхности оконного стекла, также может быть причиной ложного срабатывания.
2. Проникающая способность МВ-излучения. Проходя сквозь преграду, радиосигнал СВЧ-диапазона заметно ослабляется за счет отражения и поглощения. Причем ослабление зависит от материала преграды и частоты радиосигнала. В подавляющем большинстве извещателей используется два диапазона частот: S и X. Первый соответствует интервалу частот от 2,7 до 3,1 ГГц и характеризуется большей проникающей способностью, чем Х-диапазон (10 ГГц), который, в свою очередь, имеет еще большую проникающую способность, чем излучение К-диапазона (22–24 ГГц). Естественно, наибольшее ослабление сигнала за счет отражения происходит в металлических или содержащих метал заграждениях. Деревянные или стеклянные преграды хорошо пропускают микроволновое излучение. Таким образом, возможна ситуация, когда, пройдя сквозь стену охраняемого помещения, сигнал отразится от движущегося предмета и поступит в приемный тракт извещателя. А если в помещении в этот момент также произойдет изменение теплового фона, то комбинированный извещатель перейдет в режим тревоги. Данное обстоятельство послужило основанием для оснащения извещателя плавной регулировкой дальности зоны обнаружения. Еще одна важная особенность МВ-секции: СВЧ-антенна имеет задние лепестки диаграммы направленности, что может послужить аналогичной причиной для ложного срабатывания МВ-секции. Ведь предполагается, что извещатель должен защищать само помещение, а не прилегающий коридор, по которому могут проходить люди. Поэтому чем меньше у извещателя задние лепестки диаграммы направленности, тем лучше.
3. Домашние животные. Перемещения кошки, собаки или крысы по полу охраняемой территории могут являться факторами, приводящими к ложному срабатыванию извещателя.
4. Наличие люминесцентных ламп в непосредственной близости перед извещателем. Причина этого заключается в следующем. Люминесцентная лампа заполнена инертным газом, который в процессе работы периодически ионизируется. Ионизированный газ хорошо отражает микроволновое излучение. Циклы включения и выключения лампы происходят с частотой 50 Гц. Для СВЧ-секции извещателя колебания ионизированного газа могут восприниматься как перемещение человека. Если не принимать специальных мер, то СВЧ-часть извещателя будет выдавать ложный сигнал.
5. Воздействие радиочастотных сигналов. Как и для случая ПИК-извещателя, в МВ-секции происходит наведение сторонних сигналов, вызванных высокочастотными электромагнитными полями, которые излучаются бытовыми или промышленными электронными приборами. Простейший пример – сотовый телефон. В качестве противодействия таким помехам используются специальные фильтры и цифровые алгоритмы обработки сигналов.
Большинство отмеченных факторов никак не влияют на работу ПИК-секции извещателя, за исключением нахождения в области обнаружения движущихся предметов (например, занавесок), животных или наличия сильных радиочастотных сигналов. Но даже если не предпринимать никаких специальных мер, вероятность ложного срабатывания комбинированного детектора будет всегда меньше, чем для каждого канала по отдельности, поскольку для независимых событий вероятности перемножаются.
|
