Материал: Груба - Системы охранной сигнализации (2012) 10mb

Задачи, решаемые с помощью средств охранной сигнализации, чрезвычайно многообразны. Если установить сигнализацию только непосредственно на охраняемый предмет внутри помещения, то после возникновения сигнала тревоги никто уже не успеет защитить его. Поэтому средства обнаружения устанавливаются и на входе в помещение и на входе в здание и вокруг зданий. Это позволяет заранее определить намерения нарушителя, наилучшим образом организовать противодействие и вовремя принять меры по защите охраняемой собственности. Система охранной сигнализации, в которой все датчики образуют несколько рубежей охраны, преодолеваемых нарушителем последовательно: рубеж периметра объекта, рубеж подхода к зданию, рубеж проникновения в здание, рубеж проникновения в помещение, рубеж передвижения внутри помещения,

– называется многорубежной (рис. 1.3.1). Некоторые из рубежей могут отсутствовать в связи с невозможностью или дороговизной их установки. Желательно, чтобы все рубежи охраны были замкнутыми и не оставляли нарушителю лазеек для их преодоления.

Средства обнаружения, устанавливаемые на различных рубежах охраны, отличаются друг от друга. Они

Рис. 1.3.1 Многорубежная система охранной сигнализации

решают разные задачи, работают в разных условиях, имеют разные по форме и размерам зоны обнаружения. Обычно каждая из задач обнаружения решается с помощью вполне определенных предназначенных только для этого средств. В таблице 1.3.1 приведены возможные варианты решения с помощью СО различных типов. Точечное внутреннее СО нельзя установить на наружный забор вместо емкостного СО и наоборот.

Говоря об условиях применения датчика, наиболее важно, является он наружным или внутренним. Наружное СО очень редко можно использовать для охра-

ны внутри помещений, прежде всего из-за различных способов установки и монтажа, а также из-за отличающихся алгоритмов обработки сигналов. Наружное СО всегда дороже внутреннего и существенно дороже комнатного. Внутреннее СО никогда нельзя использовать для охраны на улице, поскольку для внутренних СО из соображений дешевизны не предусматривается защита от дождя, снега, тумана и других погодных факторов, а также возможность работы при низких температурах. На улице на СО воздействуют гораздо более сильные помеховые возмущения, поэтому внутренние СО теряют здесь либо работоспособность либо помехоустойчивость. Наружные и внутренние СО часто используют различные физические принципы обнаружения и не являются взаимозаменяемыми.

Таблица 1.3.1 Основные задачи СО

Даже в пределах одной выбранной задачи обнаружения (табл. 1.3.1) различные СО могут отличаться размером и формой зоны обнаружения (ЗО). ИК пассивное СО с зоной 15×15 м подойдет для помещения размером 10×10 м, но его не удастся установить в узком коридоре длиной 30 м. Впрочем, установка СО со слишком большой ЗО в маленьком помещении также несет неприятности. Она может привести к повышенному уровню ложных срабатываний из-за повышенной чувствительности или от объектов, перемещающихся вне помещения. В этом случае необходимо наличие регулировки, позволяющей изменять дальность обнаружения в соответствии с условиями применения.

Столь же важен учет помеховых факторов, для работы в которых создано СО. Установив датчик, произведенный в одной из южных стран, можно оставить дачу без охраны на всю зиму, так как он теряет работоспособность после выпадения значительного слоя снега. Поэтому следует обращать внимание на возможность работы СО в условиях воздействия осадков, тумана, ветра, солнечной радиации и других факторов, характерных для места установки.

Итак, для эффективной работы СО необходимо учитывать его назначение, условия использования, форму и размеры ЗО, наличие помеховых факторов. Но это – неформальные параметры СО. Кроме них существуют формальные, которые можно оценивать численно. Формальных показателей много – их более пятидесяти. Наиболее важные среди них – вероятность обнаружения и время наработки на ложное срабатывание (или вероятность ложного срабатывания). Их смысл понятен без пояснений. Количественные характеристики хороши тем, что их значения удобно сравнивать между собой. И если никто не скажет, какое СО лучше – внутреннее или внешнее, работающее в тропическом климате или в тундре, то любому ясно, что с ростом вероятности обнаружения улучшается и качество СО.

Многообразие условий применения средств охранной сигнализации приводит к очевидной дилемме: либо производить дорогие СО, универсальные по условиям использования, либо дешевые узкоспециализированные СО. На настоящий момент предпочтение отдается последним.

Средства обнаружения – это отдельные кирпичики, которые лежат в фундаменте здания системы охранной сигнализации. Они представляют собой не единственную, но основную его составную часть. Чтобы все здание получилось прочным, кирпичи должны быть подогнаны друг к другу. Плотный контакт в местах соприкосновения обеспечивает надежную опору верхних этажей, где живут люди и по которым судят обо всей постройке. Необходимость замены одного элемента не

должна приводить к полной перестройке всей системы. Внешние грани любого СО – это те связи, по которым оно общается с остальными элементами. Три из них обязательны всегда (или почти всегда). Контакт с окружающей средой обеспечивает поступление информации о появлении человека-нарушителя, подсоединение к проводам питания дает аппаратуре электроэнергию, контакт с сигнальной линией позволяет передавать необходимые сигналы. Прежде всего – сигналы тревоги.

Идентичность и универсальность внешних связей и функционального назначения СО определяет то, что и внутреннее их устройство оказывается во многом схожим. Принцип построения всех пассивных СО один и тот же: преобразовать воздействие от обнаруживаемого объекта в сигнал тревоги. Наблюдается ряд общих принципов и в построении активных СО.

Можно изготовить сотню устройств, повторяя электронные схемы, приведенные в различных журналах, но так и не понять, каким образом сделать сто первое самостоятельно. Столкнувшись с наличием в схеме труднодоступной или дефицитной детали, часто приходится отказываться от повторения схемы, хотя любую деталь можно заменить на аналогичную с небольшими доработками схемы. Автор любого устройства изготавливает его из того, что доступно ему. Корректировка схемы не вызывает сложностей, если понимать назначение каждого элемента или узла. Попробуем определить внутреннее устройство СО, исходя из обязательных требований к его внешним связям. В дальнейшем изложении отдадим предпочтение ходу описания «от общего к частному», что способствует более глубокому пониманию устройства СО, круга его возможностей и методов улучшения любой заданной характеристики.

На входе любого пассивного СО находится ЧЭ, на выходе – элемент, формирующий сигнал тревоги. Объединив оба элемента в одно целое, получим блок-схему простейшего СО (рис. 1.4.1а). По данной схеме собрано подавляющее большинство электрообрывных, электроконтактных и магнитоконтактных датчиков. В результате воздействия, превышающего определенное значение, они просто размыкают (или замыкают) внешнюю электрическую сигнальную цепь. За их простоту приходится платить усложнением схем приемной пультовой аппаратуры. Сигнал тревоги в простейшем СО не имеет нормированных параметров. Сопротивление в сигнальной цепи определяется типом используемого ЧЭ. Прибор, принимающий сигнал тревоги, должен будет подстраиваться под параметры датчика. Дверь может быть открыта на доли секунды или на десятки минут. Такой же будет и длительность сигнала тревоги установленного на ней электроконтактного или магнитоконтактного СО. Окончательное решение ложится на пультовую аппаратуру, так как размыкание сигнальной цепи на время менее 0,1 с вряд ли следует считать действительным сигналом тревоги – скорее всего оно вызвано импульсной наводкой.

Рис. 1.4.1 Блок-схема простейшего пассивного СО

Блок-схему, изображенную на рис. 1.4.1а, можно упростить, исключив из нее ЧЭ. Подобные устройства широко известны, они есть в каждой квартире, но уже не являются средствами обнаружения. А может быть, это просто никому не приходило в голову? Зато они чу-

десно селектируют человека разумного от всех остальных объектов. Вы, конечно же, поняли, что речь идет об обычном дверном звонке. Нарушитель, жаль только не каждый, подойдя к двери, сам сообщает о своем появлении. Услышав звонок, можно не сомневаться, что пришла не собака и не кошка, и даже не обезъяна, а человек. Если установить два звонка различной тональности на разной высоте, то удастся определить и его рост. Нарушитель в силу своей разумности определенным образом реагирует на внешние раздражители. Увидев ключ от двери, он попробует вставить его в замочную скважину. У таблички с надписью – остановится и прочитает. Зафиксировав осмысленное действие на оставленную «ловушку», можно полностью исключить возможность ложного срабатывания. Психология поведения – это признак, по которому человек в наибольшей степени отличается от всех остальных объектов. Природное явление, воздействующее на ЧЭ, не перемещается в пространстве целенаправленно. Установив ряд ЧЭ в различных точках предполагаемой траектории движения, можно отстроиться от большинства помех естественного характера. Если передвигается животное

смассой человека, то эта хитрость уже не поможет. Собака может пройти по тому же маршруту. Конечно, животные ходят не на двух, а на четырех ногах. Но и человек может встать на четвереньки. И только когда объект движется к определенной цели, преодолевает препятствия, наблюдает за окружающими событиями, реагирует на них и меняет траекторию в связи с возникающими опасениями, тут уж точно можно сказать, что он не просто человек, а настоящий нарушитель. Достаточно немного пофантазировать, и реальность описанного психологического принципа построения системы охранной сигнализации становится почти очевидной. Расставить на пути нарушителя достаточное число знаков, понятных только ему. Под каждый знак поставить по датчику. И ждать. Правда, на ловушку не попадется человек, если он глухой, слепой, неграмотный, тупой или, наконец, он торопится. Последнее весьма вероятно. Если простота охранной сигнализации не является самоцелью, то нарушителя необходимо обнаружить при его появлении независимо ни от каких сопутствующих обстоятельств.

На одну ступеньку выше по лестнице сложности пассивных СО стоят приборы, выполненные по блоксхеме, изображенной на рис. 1.4.1б. Чувствительный эламент, как и прежде, преобразует излучение или воздействия от нарушителя или их изменения, связанные

споявлением нарушителя, в электрический сигнал u(t), поступающий на формирователь сигнала тревоги (ФСТ). Подобная схема реализуема, если величина полезного сигнала на выходе ЧЭ достаточна для того, чтобы надежно инициировать сигнал срабатывания, то есть составляет не менее одного вольта. Здесь сигнал тревоги имеет нормированные параметры сопротивления и длительности. Такое СО может быть подключено к любой стандартной пультовой аппаратуре.

Чувствительные элементы весьма разнообразны. В ответ на внешние воздействия они меняют свое сопротивление, емкость, индуктивность, заряд или значение

какого-либо другого параметра. Изменение этого параметра преобразуется в пропорциональное изменение напряжения с помощью так называемого согласующего устройства (СУ). Последнее удобно считать неотъемлемой составной частью самого ЧЭ. Сигнал с выхода СУ (или ЧЭ) в виде напряжения u(t), изменяющегося с течением времени t, может быть подвергнут обработке, преобразованию или дальнейшему серьезному анализу

спомощью различных электронных схем. Амплитуда сигнала на выходе ЧЭ несет основную долю информации о появлении ОО. Она чаще всего невелика и измеряется милливольтами, микровольтами и даже нановольтами. Привести в действие ФСТ сигналами такого уровня затруднительно. Поэтому, прежде всего сигнал

свыхода ЧЭ необходимо усилить до уровня нескольких вольт и отфильтровать в полосе полезных сигналов. Усиленный сигнал следует проверить на принадлежность множеству полезных сигналов, сравнив его параметры с пороговыми. Таким образом основную блок-схему пассивного СО можно представить в следующем виде (рис. 1.4.2). Она состоит из чувствительного элемента (ЧЭ), усилителя (У), фильтра (Ф), компаратора (К) и реле тревоги (РТ).

Рис. 1.4.2 Основная блок-схема пассивного СО

Чувствительный элемент

ЧЭ преобразует физическое воздействие P в выходное напряжение U. В качестве физического воздействия может выступать сила, смещение, уровень потока энергии, напряженность поля или мощность излучения. Обычно при отсутствии воздействия (P = 0) отсутствует и выходной сигнал (U = 0). Если это не так, всегда имеется возможность смещения начальной точки отсчета в нужное место. Наличие воздействия приводит к появлению напряжения на выходе ЧЭ. Основной характеристикой ЧЭ является зависимость U(P), примерный вид которой приведен на рис. 1.4.3. Она носит название передаточной или рабочей характеристики чувствительного элемента. Входное воздействие изменяется в пределах от 0 до Pmax. Обычно величина полезного воздействия превосходит величину помехового. Поэтому значение Pmax соотвотствует наибольшему из всех возможных воздействий от человека. По мере возрастания входного воздействия от 0 до Pmax напряжение на выходе ЧЭ также возрастает от 0 до Umax. Зависимость U(P) почти всегда носит линейный или близкий к линейному характер, поэтому для ее описания достаточно знать единственный показатель k = Umax / Pmax, называемый средней чувствительностью датчика. Единицей ее измерения является отношение единицы напряжения (вольт) к единице физического воздействия. На практике определить значение чувствительности проще из соотношения k = ΔU / ΔP, где ΔU – изменение выходного напряжения ЧЭ в ответ на изменение физического воздействия на ΔP. Это избавляет нас от необходимости установки исходной точки передаточной характеристики строго на начало коор-

динат. В верхней части графика (рис. 1.4.3) при больших значениях P часто наблюдается завал характеристики в виде участка, близкого к линии, параллельной оси 0P. Лучше избегать работы на этом участке в виду того, что на нем резко уменьшается чувствительность, и сигналы от различных воздействий становятся малоразличимыми. Величина воздействия меняется со временем. В результате на выходе ЧЭ формируется электрический сигнал u(t).

Рис. 1.4.3 Передаточная характеристика ЧЭ

СО не является точным измерительным прибором. Нам важно установить не рост или вес человека, а только лишь факт его появления. Поэтому отклонения передаточной характеристики от линейного закона или разброс значений чувствительности k не сильно влияют на показатели обнаружения прибора. По этой же причине удовлетворительное качество демонстрируют как самостоятельно изготовленные ЧЭ, так и ЧЭ, приспособленные для этой цели из элементов, имеющих другое назначение. Например, в роли датчиков вибрации успешно используются герконы, головки динамических громкоговорителей, отрезки коаксиального или оптоволоконного кабеля и даже аккумуляторные батареи мембранного типа. Можно смело допустить отклонения чувствительности k в пределах до нескольких десятков процентов, то есть в пределах отклонений, характерных для естественного разброса измеряемых параметров человека. Говоря о зависимости U(P) в целом на математическом языке, требуется, чтобы она была взаимно однозначной и монотонной. Смысл обоих понятий и их необходимость практически очевидны.

Усилитель В результате воздействия человека на ЧЭ почти лю-

бого типа величина сигнала на его выходе изменяется на доли вольта. Работа с малыми сигналами не позволяет добиваться высоких показателей СО во время их длительной автономной работы. Небольшие сигналы неразличимы на фоне медленно дрейфующего начального уровня. На выходе ЧЭ необходимо установить усилитель. Он нужен, чтобы поднять уровень сигнала до значений, достаточных для его последующей обработки, принятия решения о появлении ОО и активации сигнала тревоги. Уровень полезного сигнала после усиления должен быть не менее одного вольта. Естественное ограничение уровня сверху – напряжение питания.

Главным показателем усилителя является его коэффициент усиления КУС, равный отношению величины сигнала на его выходе UВЫХ к величине сигнала на входе UВХ, то есть КУС = UВЫХ / UВХ. Зная диапазон входных воздействий (0…Pmax) и чувствительность ЧЭ k, легко