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

Рис. 2.26.11 Включение модуля ИК приемника

Физическая модель фотолучевого СО, а также анализ ИК излучающих диодов и фотодиодов позволяют синтезировать обобщенный алгоритм работы СО. И постоянно генерирует короткие импульсы электромагнитной энергии длительностью 10…100 мкс с периодом повторения 0,5…10 мс. П контролирует поступление импульсов в ослабленном виде. Импульсы усиливаются в полосе, соответствующей их длительности. Коэффициент усиления импульсов устанавливается согласно их ослаблению на заданной дальности и чувствительности приемного элемента. В помещениях запас мощности излучателя должен составлять около 4 (2 – на пыль и загрязнения, 2 – на разброс, температурную нестабильность и старение излучателя); на улице – 10000 (2500 – на туман, 2 – на загрязнения и 2 – на излучатель). Если принимаемый уровень импульсов излучения ослабевает более чем на 90% в течение промежутка времени 70 мс, то формируется срабатывание. Величина времени может быть и несколько выше, если в данных условиях (вблизи от забора, двери, лифта) человек не в состоянии двигаться с максимальной скоростью.

Уровень электрических сигналов, снимаемых с фотодиода, крайне низок, поэтому сам фотодиод и первые каскады усиления должны размещаться внутри металлического экрана с небольшим окошком для принимаемого ИК излучения. На улице уровень принимаемого излучения может медленно изменяться во время дождя, снега, тумана, поэтому в цепи усиления необходима схема АРУ, способная изменять коэффициент усиления (или излучаемой мощности) примерно в 10000 раз.

Рис. 2.26.12 16-лучевое СО

Впрочем, размещение излучателей и приемников может быть и другим (рис. 2.26.13). Установив часть из них на полу или на потолке, получим те же 16 лучей, но в другой конфигурации, более равномерно и плотно заполняющих те или иные части окна или коридора в зависимости от размеров и соотношения сторон перекрываемого прохода.

Рис. 2.26.13 Варианты размещения излучателей и приемников 16-лучевого СО

Схема 16-лучевого СО реализуется на одиннадцати цировых микросхемах серии 561 (рис. 2.26.14). Схема питается напряжением UПИТ = 10 В. Преобразователь на элементах DA1, C4, C5, C6, C7 обеспечивает стабильное напряжение +5 В для приемных модулей.

Основу схемы составляет генератор периодических импульсов с частотой 300 кГц, выполненный на элементах DD1.1, DD1.2, DD1.3, ZQ1, R1, R2. Выходная последовательность импульсов снимается с вывода 10 инверотора DD1.3. Использование кварцевого резонатора ZQ1 обеспечивает стабильность генерируемой частоты. Можно установить резонатор из серий РГ02, РК89, РК201, РК240 на частоту 300 кГц или

10 м, то желательно иметь регулировку для уменьшения тока во избежание попадания на приемные модули излучения, отраженного от окружающих предметов и стен помещения.

Приемные модули Б1…Б4 также одинаковы (рис. 2.26.16). Они питаются напряжением +5 В и формируют выходной сигнал UВЫХ низкого уровня в случае приема ИК излучения (с частотой около 38 кГц). Стабилитроны VD1, VD2 служат для защиты приемника от импульсных наводок. Они необходимы в случае удаленного размещения модулей, когда подводящие провода имеют большую длину. Стабилитрон VD1 – любой на напряжение 7,5…10 В, VD2 – на 15…20 В. Приемный элемент TSOP4038 чувствителен в диапазоне длин волн λ = 830…1070 нм, он полностью перекрывает диапазон излучения TSAL4400 во всем интервале температур. Угол ДН приемника составляет θ = 90°, что соответствует выбранному варианту их использования, и не требует тщательной юстировки модулей. Конденсатор C1 сглаживает напряжение питания.

Рис. 2.26.16 Приемный модуль Бn

Основные достоинства фотолучевых СО:

—высокая вероятность обнаружения, особенно при наличии множества лучей;

—узкая ЗО, не превышающая нескольких сантиметров; для установки СО не требуется удалять деревья, кустарники или траву в полосе нескольких метров;

—возможность оборудования непрямолинейных участков с помощью зеркал небольших размеров;

—отсутствие ложных срабатываний от многих воздействий, характерных для СО других типов, в частности, от источников теплового излучения, ламп дневного света или людей, передвигаю-

щихся вдоль луча в непосредственной близости от него; фотолучевой принцип действия нечувствителен к электроматнитным помехам;

—простота конструкции; низкая стоимость и доступность используемых элементов;

—высокая степень маскируемости; ИК луч невидим;

—возможность проведения полного контроля работоспособности всех составных частей СО.

Основные недостатки фотолучевых СО:

—работоспособность только на прямолинейных участках; необходимость тщательного выравнивания участка в вертикальной и горизонтальной плоскостях;

—снижение помехоустойчивости при сильном дожде или мокром снегопаде, сопровождаемым порывистом ветром, или во время густого тумана; ложные срабатывания при резком освещении ЗЧ фарами проезжающих автомобилей или при резком выходе солнца из-за туч; возможность срабатывания от крупного животного или стаи птиц;

—необходимость юстировки, исключающей появление ложных лучей, особенно тщательной при большой длине участка и вблизи от отражающих поверхностей;

—необходимость периодического обслуживания СО: очистки и протирки оптических элементов от пыли и загрязнений, уборки снега, травы, мусора вдоль луча, что не позволяет расслабляться

ни летом, ни зимой.

Фотолучевые СО характеризуются следующими средними показателями: длина участка – 30…150 м (максимум до 300 м); если одно и то же СО используется и как внутреннее, и как внешнее, то дальность действия на улице меньше примерно в три раза; внешнее СО обычно оборудовано обогревом оптической системы; длина волны излучения 0,8...1,0 мкм; угол ДН излучателя – до 2…6°; напряжение питания – 10…30 В; потребляемый ток – 40…100 мА (при максимальной дальности – до 500 мА); диапазон рабочих темпетратур – от минус 30…50°C до плюс 50…60°C; стоимость – 6000…30000 рублей (200…1000 $); погонная стоимость – 90…900 руб/м (3…30 $/м).

По своему устройству ИК активное СО с отражением имеет большое сходство с фотолучевым СО. В его состав входят излучатель (И) и приемник (П) диапазона ИК (рис. 2.27.1). Они обладают узкими диаграммами направленности (ДН) в виде лучей, которые нацелены на одну и ту же ограниченную область пространства. И работает в импульсном режиме. При отсутствии ОО его излучение не доходит до П. После появления ОО отраженное излучение поступает на П и после анализа

в блоке обработки (БО) вызывает срабатывание СО. В отличие от фотолучевого данное СО срабатывает не на прерывание луча, а на его появление.

Рис. 2.27.1 ИК активное СО с отражением

ИК активное СО с отражением относится к активным. Оно может быть однопозиционным в случае размещения всех составных частей в одном корпусе, что удобно при монтаже СО, или двухпозиционным, что обеспечивает лучшие характеристики за счет пространственного разнесения обоих лучей и их ориентации на поглотители излучения. ИК активное СО с отражением – точечное или линейное (если лучи И и П почти параллельны друг другу). Оно используется преимущественно внутри помещений, так как на улице слишком много источников ложных срабатываний: посторонних излучателей, птиц, животных, переносимого ветром легкого мусора. Внутреннее ИК активное СО с отражением при работе в помещении почти полностью лишено ложных срабатываний и пропусков нарушителя. Однако из-за ограниченной ЗО данное СО находит малое распространение.

Оно может эффективно использоваться для ораны отдельных особо ценных предметов (сейфов, драгоценностей, предметов искусства), узких проходов, люков, вентиляционных отверстий, муляжей датчиков или видеокамер. Каждый новый принцип обнаружения создает новые преграды на пути нарушителя.

ИК активное СО с отражением использует те же технические решения, что и фотолучевое СО. В его составе применяются ИК светодиоды и ИК фотодиоды в качестве излучающих и приемных элементов. И здесь и там энергия от И распространяется к ОО в виде узкого луча с углом θ. В фотолучевом СО она так и достигает приемника в концентрированном виде, чем определяется высокая дальность. Здесь же после отражения от ОО излучение рассеивается по всем возможным направлениям (в телесный угол 4π), поэтому на обратном пути от ОО к П плотность потока энергии оказывается ослабленной в KОБР = 4π/θ2 раз. Для значений угла θ = 0,1 влияние рассеяния дает ослабление в KОБР = 4π/(0,1)2 ≈ 1000 раз. Кроме этого, ОО может перекрывать лишь часть луча и рассеивать не всю излучаемую мощность. В этом случае дополнительное ослабление определяется отношением площади сечения луча к площади ОО. Лучшим решением проблемы является использование узкого луча, площадь которого в точке появления нарушителя не превышает его размеров. В связи с этим и ЗО оказывается меньше размеров ОО. Еще один фактор, снижающий принимаемую мощность, – это потери при отражении от ОО. Их характеризует коэффициент отражения KОТР, показывающий какая доля мощности отражается от поверхности по отношению к падающей. Для различных объектов коэффициент отражения находится в пределах KОТР = 0,1…0,8 (табл. 2.27.1). С учетом всех трех факторов дальность обнаружения не превышает нескольких метров, а размеры ЗО – нескольких дециметров. Размеры небольшие, но если надо охранять единственный люк, то не имеет значения, использовать ли ИК активное СО с отражением или другое СО с гораздо большими потенциальными возможностями.

Таблица 2.27.1 Значения коэффициентов отражения для различных объектов на длине волны λ = 0,8…0,9 мкм

ИК излучение почти не рассеивается в воздухе, в связи с чем в дежурном режиме излучение от И не достигает П. Если ОО появляется в пределах заданной ЗО, отраженный сигнал поступает на ЧЭ. Появление или исчезновение сигнала фиксируется с гораздо большей степенью надежности, чем его ослабление или изменение на определенное число процентов, как в фотолучевых или радиолучевых СО. Поэтому и вероятность обнаружения ИК активных СО с отражением оказывается гораздо выше. Если сверх того излучение представляет собой не просто последовательность прямоугольных импульсов, а кодовую посылку из сменяющих друг друга единиц и нулей, то появление сигнала от И невозможно спутать с сигналами от различных помеховых источников: солнца, осветительных ламп, нагревательных приборов. За счет этого достигается низкая частота ложных срабатываний СО.

Оценим максимальную дальность ИК активного СО с отражением. Будем считать, что И и П расположены в одной точке, а излучаемая мощность составляет около WПРД = 1 Вт. Энергия распространяется в пределах телесного угла Ω. Примем соответствующий плоский угол ДН примерно равным θ ≈ 0,1. Тогда на расстояниях между излучателем и ОО до L = 3…4 м ширина луча не превышает величины θL = 0,3…0,4 м, то есть она меньше размеров ОО, поэтому вся энергия достигает поверхности ОО, а отраженная волна распространяется в полупространство. Отраженная от человека мощность будет примерно равна (KОТР × WПРД), где KОТР ≈ 0,2. Тогда облученность в точке приема EПРМ = KОТРWПРД / (2πL2). Принимаемая мощность отраженного излучения составит WПРМ = EПРМSПРМ = KОТРWПРДSПРМ / (2πL2), где SПРМ – площадь приемного элемента, SПРМ ≈ 2 мм2. Принимаемая мощность должна быть выше пороговой WПРМ > WПОР ≈ 10 нВт. Отсюда получаем ограничение на дальность обнаружения L < (KОТРWПРДSПРМ / (2πWПОР))1/2 = 2,5 м. Если учесть необходимый запас излучателя по мощности и тот факт, что в пределах ДН распространяется не более половины мощности излучения, то максимальная дальность сокращается до 1…2 м. На больших расстояниях, где величина θL превышает размеры ОО, зависимость WПРМ от L становится обратно пропорциональной не второй, а четвертой степени L, поэтому увеличение