Умные датчики движения для охраны — немного теории


...интересное...

Умные датчики движения для охраны - немного теорииВ данном материале рассматривается состояние, возможности использования и перспективы развития современных датчиков (сенсоров) тревожной сигнализации, используемых в интеллектуальных системах обеспечения безопасности.

Если проще, то поговорим про умные датчики, такие как датчики движения для охраны периметра, датчиках объёма для контроля внутри помещений, датчики разбития стёкол, датчики дыма и т.д.
Главными направлениями развития современных систем безопасности являются процессы автоматизации, интеграции и информатизации. В первую очередь это касается современных датчиков тревожной сигнализации (ДТС) для охранных систем.

Самым первым рубежом защиты и обороны является внешний периметр. Как правило, это будет внешний периметр объекта охраны, но под охрану в каждом частном случае берётся не вся территория. И часто это может быть только часть внутренней территории объекта. Поэтому правильнее говорить об внешнем рубеже охраняемого периметра, а не о внешнем периметре объекта охраны.

Важнейшим компонентом любой охранной подсистемы обнаружения являются охранные датчики. Причём для каждого рубежа защиты используются свои датчики. Например, есть уличные датчики движения для охраны периметра для внешнего рубежа защиты. Или есть датчики охраны помещения для защиты внутри помещений. И это если говорить об охранных системах. А можно вспомнить про сферы применения датчиков, не связанные с охраной — военная отрасль, медицина, бытовая техника… Датчики теперь действительно повсюду, где только есть электроника. И это делает их всё сложнее и всё умнее. Но вернёмся к охранным системам.

Датчики тревожной сигнализации для обеспечения физической защиты объектов
Разнообразных датчиков тревожной сигнализации сейчас немало. Точнее, довольно таки много. Рассмотрим основные принципы работы, отличия и способы применения.

Сравнительные характеристики «умных» датчиков охраны помещения

Наименование датчиковОсобенности и принцип действияПримечание
Периметральные датчики натяжного действияОхранные датчики движения этого типа состоят из нескольких рядов натянутой проволоки, подсоединенной к механическим выключателям. Малейший изгиб проволоки вызывает срабатывание сигнализации. Для монтажа датчиков натяжного действия используется, как правило, колючая проволокаВыключатели устанавливаются на специальных стойках, которые отстоят друг от друга на 60 см. Проволока натягивается с усилием до 45 кг, механизм выключателя срабатывает при изгибе проволоки свыше 2 мм
Периметральные инфраакустические датчикиУстанавливаются на металлических ограждениях и улавливают низкочастотные звуковые колебания ограждений во время их преодоленияУличный охранный датчик движения может ложно срабатывать на уличные шумы от близко расположенных дорог
Периметральные датчики электрическогополя

Датчики этого типа состоят из двух частей: излучателя и нескольких приемников. Обе части датчика выполнены из электрических кабелей, натянутых между столбамиВо время прохождения нарушителя между излучателем и приемниками имеет место изменение электрического поля между ними, которое и является сигналом тревоги
Периметральные вибрационные датчикиДатчики этого типа представляют собой контактные выключатели различных видов, соединенные последовательно или параллельно. Датчики крепятся на столбах или сетках ограждений и срабатывают от качаний, сотрясений или вибраций. Такие датчики оборудуются, как правило, микропроцессорами для обработки сигналов от контактных выключателей, формирования и посылки команды тревоги на центральный пост охраныКонтактные выключатели вибрационных датчиков по принципу действия бывают ртутными, шариковыми, пьезоэлектрическими и маятниковыми
Периметральные электретные датчикиИзготавливаются из коаксиального кабеля с радиально поляризованным диэлектриком. Такой кабель протягивается через ограждения периметра объекта. В момент преодоления ограждения происходит сотрясение кабеля и, соответственно, изменение электрического сигнала, проходящего через кабель. Как и вибрационные, электретные датчики оснащаются микропроцессорами для контроля порогового уровня срабатывания и могут быть отрегулированы на распознавание воздействий, вызываемых ветром, брошенными камнями или другими предметами, животными, птицами, вибрациями почвы от движущихся транспортных средств, градом или снегом, землетрясением, движением веток деревьевПериметральные вибрационные и электретные датчики могут быть обойдены путем подкопа или преодоления сверху без их касания
Инфракрасные датчики контроля пространстваПринцип действия датчиков основан на изменении сигнала от излучателя к приемнику при попадании нарушителя между ними. В качестве излучателей используются инфракрасные светодиоды или небольшие лазерные установки. Расстояние между излучателем и приемником не более 100 метров. На специальные столбы обычно устанавливают несколько таких устройств для создания вертикальной полосы обнаружения необходимой высотыДля повышения надежности иногда используется частотная модуляция сигнала излучения. Датчики могут терять свою работоспособность при густом тумане и снегопаде
Микроволновые датчики контроля пространстваСостоят из двух частей: сверхвысокочастотных передатчика и приемника, которые устанавливаются на расстоянии до 150 метров друг от друга. В этом пространстве между ними создается электромагнитное поле, изменение которого при попытке прохода регистрируется приемникомДля эффективной работы таких датчиков необходимо, чтобы высота неровностей почвы не превышала 5 – 7 см, а в зоне действия не было растительности
Сейсмические датчикиИзготавливается два вида датчиков этого типа. Первый вид – жидкостный, состоит из двух уложенных рядом в почву шлангов с жидкостью. Срабатывание охранных датчиков движения происходит при изменении давления в одном из шлангов при прохождении нарушителя. Принцип действия датчиков второго вида основан на пьезоэлектрическом эффекте, при котором происходит изменение электрического сигнала при давлении на пьезоэлементОба вида сейсмических датчиков чувствительны к посторонним вибрациям, вызываемым, например, проезжающим транспортом или сильным ветром. Сейсмические датчики используются для охраны периметров территорий и зданий, устанавливаются скрытно в почву или ее покрытие, под поверхности стен и строительных конструкций
Магнитные датчикиИзготавливаются из проволочной сетки, которая укладывается в почву. Датчики этого типа реагируют на прохождение человека с металлическим предметом достаточно большой массы. Наличие металла вызывает индукционные изменения электрического поля проволочной сетки, что и возбуждает сигнал тревогиМагнитные датчики неэффективны вблизи автомобильных и железных дорог. Возможны ложные срабатывания от грозовых разрядов, мощных электромоторов и реле
Сейсмомагнитные датчикиВыполняются в виде электрического кабеля, уложеннного в почву. Электрический сигнал изменяется под воздействием как сейсмических, так и магнитных возмущений, например, при проходе человека и проносе им оружияПричины ложных срабатываний те же, что и в случае магнитных датчиков
Электромеханические выключателиДействие датчиков этого типа основано на регистрации разрыва электрической цепи при воздействии нарушителя. Они применяются для контроля периметров зданий и помещенийИзготавливается два вида датчиков: как с неразрушающимися элементами (типа кнопок), так и с разрушающимися контактами при использовании, например, токопроводящего стекла или сетки из фольги
Магнитные выключателиДатчики этого типа состоят из выключателя (так называемого геркона), контакты которого размыкаются или замыкаются под воздействием магнитаДатчик состоит из двух частей: подвижной и неподвижной. На подвижной части, например, двери или оконной раме, устанавливается магнит, а на неподвижной – геркон, который при открывании подвижной части размыкает электрическую цепь и вызывает появление сигнала тревоги
Проволочные сеткиИспользуются для обнаружения проникновения в помещение через стены, полы, потолки, двери, окна и другие конструкции. Охраняемая поверхность покрывается сеткой из электрического провода с размерами ячеек 10 – 15 см. Механическое разрушение ячеек сетки приводит к разрыву проводников и, соответственно, к разрыву электрической цепиДля маскировки сетка датчика может покрываться обоями или облицовочными материалами
Периметральные ультразвуковые датчикиДействие основано на регистрации ультразвуковых волн от нарушителя при его воздействии на элементы конструкций периметра здания или помещения. Используются как пассивные, так и активные ультразвуковые датчики.Пассивные датчики регистрируют ультразвуковые колебания воздуха или другой среды на частотах 18 – 60 кГц, возникающие при попытке разрушения металлических конструкций механическим или термическим способомВыпускаются две разновидности активных ультразвуковых датчиков. В первой используются элементы конструкций периметра охраняемых помещений. При таком воздействии как, например, разбивание оконного стекла, нарушается связь передатчика и приемника через стекло и происходит срабатывание датчика. Активные ультразвуковые датчики второго вида регистрируют изменение частоты (излучаемого датчиком сигнала) в охраняемой среде, например, при открывании замка или отпиливании металлической решетки
Емкостные датчикиПрименяются для охраны защитных металлических решеток инженерных коммуникаций. Действие датчиков основано на регистрации изменения электрической емкости между полом помещения и решетчатым внутренним ограждением
Ультразвуковые датчики для контроля помещенийДатчики этого типа с излучающей и приемной частями регистрируют изменение сигнала излучения, отраженного от нарушителя. Для помещений площадью до 50 кв. м могут применяться однокорпусные датчики. Большие по размерам помещения охраняются двухкорпусными датчиками: излучатель, находящийся в отдельном корпусе, крепится на одной стене, а приемник (или несколько приемников) – на противоположной стене. Действие датчика основано на интерференции ультразвуковых колебаний и эффекте ДоплераНаходящиеся в помещении крупногабаритные предметы ограничивают действие такого датчика, создавая области экранировки (“мертвые зоны”), в которых датчик не реагирует на движение нарушителя
Микроволновые датчикиРаботают в СВЧ-диапазоне на частотах порядка 10,5 ГГц. Излучение и прием осуществляется одной антенной. Датчики обнаруживают движение внутри помещения. Их действие основано на интерференции радиоволн сантиметрового диапазона, излучаемых датчиком. Они очень эффективны, но требуют тщательной регулировкиДлительное воздействие излучения датчика является вредным для здоровья
Фотоэлектрические датчикиУникальные возможности этих датчиков делают их безальтернативными во многих областях науки, промышленности и бытовой техники. В области безопасности они активно используются в системах физической защиты объектов. Малые размеры и вес, высокая чувствительность в широком спектральном диапазоне, возможность анализа изображения на аппаратном уровне – вот что обеспечивают современные фотоэлектрические датчики на приборах с зарядовой связьюЭти датчики при построении систем физической защиты объектов позволяют полностью интегрировать охранную сигнализацию с системами охранного телевидения
ФотовыключателиРабота этого вида датчиков основана на прерывании нарушителем луча света любого диапазона, сформированного соответствующим фильтром
Акустические датчикиВ состав этих датчиков входят микрофон и блок обработки сигналов. Они служат для обнаружения вторжений преступников и реагируют на звуки, которые неизбежно возникают при попытке проникнуть в охраняемое помещение
Барометрические датчики

Весьма перспективный тип датчиков, который активно используется в последнее время в системах охранной сигнализации. Он предназначен для охраны закрытых объемов помещений. Датчик реагирует на флуктуации давления воздуха в охраняемом помещении, устойчив к воздействию шумов, вибрации, перемещению людей и животных, не оказывает вредного влияния, срабатывает в момент открывания дверей, окон, форточек или при разрушении стен, потолка, дверей и оконОчень экономичен (ток потребления – не более 1 мА) и не оказывает вредного воздействия на людей
Биометрические датчики

Принцип действия этого типа датчиков основан на анализе биометрических параметров человека. Биометрические датчики (БД) могут быть как контактного, так и бесконтактного действия. По принципу действия БД разделяются на статические, динамические и комбинированные. Наиболее часто используются такие биопризнаки как форма лица и кисти руки, рисунок сетчатки глаза, кожи пальца, росписи, радужной оболочки глаза, особенности голоса, походки и др. По технологии изготовления БД можно классифицировать как телевизионные, тепловизионные, полупроводниковые, ультразвуковые, пироэлектрические, электрооптические и др.Наиболее часто биометрические датчики используются для идентификации людей, поскольку они обеспечивают наиболее высокий уровень идентификации
Совмещенные датчикиТакие датчики представляют собой единый конструктив, в котором расположены два датчика различного вида, например, звуковой и инфракрасный, причем, работают они независимо друг от друга. Объединенные в одном корпусе, они позволяют снизить цену по сравнению с тем случаем, когда используются два отдельных датчика
Комбинированные датчикиНаиболее эффективными и универсальными в настоящее время являются так называемые комбинированные датчики, в которых для большей эффективности используется одновременно несколько физических явлений, взаимно дополняющих друг другаПроизводя соответствующую настройку, можно получить датчик с требуемыми конкретными характеристиками. Например, получить заданную чувствительность при допустимой вероятности ложной тревоги

Физика современных датчиков движения для охраны помещения

Эффект или явлениеПреобразованиеСущность
Пироэлектрический эффектТемпература – электричествоВозникновение электрозарядов на гранях кристаллов при повышении температуры
Термоэлектрический эффектТепловая энергия – электроныИспускание электронов при нагревании металла в вакууме
Электротермический эффект ПельтьеЭлектричество – тепловая энергияПоглощение (генерация) тепловой энергии при электротоке в цепи с биметаллическими соединениями
Электротермический эффект ТомсонаТемпература и электричество – тепловая энергияПоглощение (генерация) тепловой энергии при разных температурах участков в однородной цепи
ТеплопроводностьТепловая энергия – изменение физических свойствПереход тепла внутри объекта в область с более низкой температурой
Тепловое излучениеТепловая энергия – инфракрасные лучиОптическое излучение при повышении температуры объекта
Эффект ЗеебекаТемпература – электричествоВозникновение ЭДС в цепи с биметаллическими соединениями при разной температуре слоев
Фотогальванический эффектСвет – электричествоВозникновение ЭДС в облучаемом светом p-n переходе
Эффект фотопроводимостиСвет – электросопротивлениеИзменение электросопротивления полупроводника при его облучении светом
Эффект ЗееманаСвет, магнетизм – спектрРасщепление спектральных линий при прохождении света в магнитном поле
Эффект Рамана (комбинационное рассеяние света)Свет – светВозникновение в веществе светового излучения, отличного по спектру от исходного монохроматического
Эффект ПоккельсаСвет и электричество – светРасщепление светового луча на обыкновенный и необыкновенный при прохождении через пьезокристалл с приложенным к нему электронапряжением
Эффект КерраСвет и электричество – светРасщепление светового луча на обыкновенный и необыкновенный в изотопном веществе с приложенным к нему электронапряжением
Эффект ФарадеяСвет и магнетизм – светПоворот плоскости поляризации светового луча при прохождении через парамагнитное вещество
Эффект ХоллаМагнетизм и электричество – электричествоВозникновение разности потенциалов на гранях твердого тела при пропускании через него электротока и приложении магнитного поля
Эффект ДоплераЗвук, свет – частотаИзменение частоты при взаимном перемещении объектов
МагнитосопротивлениеМагнетизм и электричество – электросопротивлениеУвеличение электрического сопротивления твердого тела в магнитном поле
МагнитострикцияМагнетизм – деформацияДеформация ферромагнитного тела в магнитном поле
Пьезоэлектрический эффектДавление – электричествоВозникновение разности потенциалов на гранях сегнетоэлектрика, находящегося под давлением

Если проследить за техническими характеристиками современных датчиков охранных систем, то они не просто наращивают возможности, а становятся всё более «интеллектуальными». Взять хотя бы датчики с двойной технологией, т.е. комбинированные. Например, микропроцессорный охранный датчик двойной технологии DS970 фирмы Detection Systems. В нём соединяются пассивный инфракрасный детектор с линзой Френеля и микроволновый детектор на эффекте Доплера. Датчик имеет два типа диаграммы направленности: стандартную (21х21 м) и “Луч” – 30х3 м. Хорошо адаптируется к различным внешним условиям за счет независимой регулировки чувствительности каждого из детекторов. Сигнал тревоги формируется при условии, что инфракрасный и микроволновый детекторы одновременно зарегистрировали нарушение.

Такой анализатор движения не дает ложных срабатываний на горячие и холодные потоки возду. Он не реагирует на работу нагревательных приборов или кондиционеров. Безразличен к воздействию помех от солнечного света, молний или фар автомобиля. И отсутствия ложных срабатываний у подобных датчиков это только одна из новых современных возможностей. Если такой датчик для вас не достаточно умный, то добавьте сюда самообучение на ложные срабатывания, потенциальные (а возможно уже и реальные) датчики идентификации запахов, и скоро ваша охранная сигнализация будет звонить вам на телефон и сообщать, кто именно пробрался в ваш дом. Возможно, даже назвав его имя и высказав вам своё к нему отношение…

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

*