Ремонт дома

Датчики являются одним из главныхэлементов системы сигнализации и во многомопределяют ее эффективность. Анализноменклатуры датчиков, предлагаемых крупнейшимипроизводителями систем охранной сигнализации, показывает, что в классе датчиков для охраныпомещений наиболее популярными являютсяинфракрасные (ИК) пассивные, комбинированные (восновном ИК+микроволновые), различныемодификации контактных (в первую очередьмагнитоконтактные) и акустические датчикиразбития стекла. Реже применяются микроволновые, ультразвуковые активные и инерционные ударныедатчики.
Ниже рассматриваются принципы действия, номенклатура и особенности применения наиболеепопулярных датчиков охранной сигнализации — ИК-пассивных. Эти датчики предназначены в первуюочередь для защиты объема охраняемого помещения.

ИК-пассивные датчики, называемые такжеоптико-электронными, относятся к классудетекторов движения и реагируют на тепловоеизлучение движущегося человека. Принципдействия этих датчиков основан на регистрацииизменения во времени разницы междуинтенсивностью ИК излучения от человека ифонового теплового излучения. В настоящее времяИК-пассивные датчики являются самымипопулярными, они составляют неотъемлемыйэлемент охранной системы практически каждогообъекта.
Для того чтобы нарушитель был обнаруженИК-пассивным датчиком, необходимо выполнениеследующих условий:

• нарушитель должен пересечь в поперечном направлении луч зоны чувствительности датчика;
• движение нарушителя должно происходить в определенном интервале скоростей;
• чувствительность датчика должна быть достаточной для регистрации разницы температур поверхности тела нарушителя (с учетом влияния его одежды) и фона (стены, пол).
• ИК-пассивные датчики состоят из трех основных элементов:
• оптической системы, формирующей диаграмму направленности датчика и определяющей форму и вид пространственной зоны чувствительности;
• пироприемника, регистрирующего тепловое излучение человека;
• блока обработки сигналов пироприемника, выделяющего сигналы, обусловленные движущимся человеком, на фоне помех естественного и искусственного происхождения.

ОПТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА

Современные ИК-датчикихарактеризуются большим разнообразиемвозможных форм диаграмм направленности. Зоначувствительности ИК-датчиков представляет собойнабор лучей различной конфигурации, расходящихся от датчика по радиальнымнаправлениям в одной или нескольких плоскостях. В связи с тем, что в ИК-детекторах используютсясдвоенные пироприемники, каждый луч вгоризонтальной плоскости расщепляется на два(см. рис. 1).

Зона чувствительности детектора можетиметь вид:

• одного или нескольких, сосредоточенных в малом угле, узких лучей;
• нескольких узких лучей в вертикальной плоскости (лучевой барьер);
• одного широкого в вертикальной плоскости луча (сплошной занавес) или в виде многовеерного занавеса;
• нескольких узких лучей в горизонтальной или наклонной плоскости (поверхностная одноярусная зона);
• нескольких узких лучей в нескольких наклонных плоскостях (объемная многоярусная зона).
• При этом возможно изменение в широком диапазоне протяженности зоны чувствительности (от 1 м до 50 м), угла обзора (от 30° до 180°, для потолочных датчиков 360°), угла наклона каждого луча (от 0° до 90°), количества лучей (от 1 до нескольких десятков). Многообразие и сложная конфигурация форм зоны чувствительности обусловлены в первую очередь следующими факторами:
• стремлением разработчиков обеспечить универсальность при оборудовании различных по конфигурации помещений — небольшие комнаты, длинные коридоры, формирование зоны чувствительности специальной формы, например с зоной нечувствительности (аллеей) для домашних животных вблизи пола и т. п.;
• необходимостью обеспечения равномерной по охраняемому объему чувствительности ИК детектора.

На требовании равномернойчувствительности целесообразно остановитьсяподробнее. Сигнал на выходе пироприемника припрочих равных условиях тем больше, чем большестепень перекрытия нарушителем зонычувствительности детектора и чем меньше шириналуча и расстояние до детектора. Для обнаружениянарушителя на большом (10…20 м) расстояниижелательно, чтобы в вертикальной плоскостиширина луча не превышала 5°…10°, в этом случаечеловек практически полностью перекрывает луч, что обеспечивает максимальную чувствительность. На меньших расстояниях чувствительностьдетектора в этом луче существенно возрастает, что может привести к ложным срабатываниям, например, от мелких животных. Для уменьшениянеравномерной чувствительности используютсяоптические системы, формирующие нескольконаклонных лучей, ИК детектор при этомустанавливается на высоте выше человеческогороста. Общая длина зоны чувствительности темсамым разделяется на несколько зон, причем"ближние" к детектору лучи для снижениячувствительности делаются обычно болееширокими. За счет этого обеспечиваетсяпрактически постоянная чувствительность порасстоянию, что с одной стороны способствуетуменьшению ложных срабатываний, а с другойстороны повышает обнаружительную способность засчет устранения мертвых зон вблизи детектора.
При построении оптических систем ИК-датчиковмогут использоваться:

• линзы Френеля — фасеточные (сегментированные) линзы, представляющие собой пластиковую пластину с отштампованными на ней несколькими призматическими линзами-сегментами;
• зеркальная оптика — в датчике устанавливается несколько зеркал специальной формы, фокусирующих тепловое излучение на пироприемник;
• комбинированная оптика, использующая и зеркала, и линзы Френеля.
• В большинстве ИК-пассивных датчиков используются линзы Френеля. К достоинствам линз Френеля относятся:
• простота конструкции детектора на их основе;
• низкая цена;
• возможность использования одного датчика в различных приложениях при использовании сменных линз.

Обычно каждый сегмент линзы Френеляформирует свой луч диаграммы направленности. Использование современных технологийизготовления линз позволяет обеспечитьпрактически постоянную чувствительностьдетектора по всем лучам за счет подбора иоптимизации параметров каждой линзы-сегмента:площади сегмента, угла наклона и расстояния допироприемника, прозрачности, отражающейспособности, степени дефокусировки. В последнеевремя освоена технология изготовления линзФренеля со сложной точной геометрией, что дает 30%увеличение собираемой энергии по сравнению состандартными линзами и соответственноувеличение уровня полезного сигнала от человекана больших расстояниях. Материал, из которогоизготавливаются современные линзы, обеспечиваетзащиту пироприемника от белого света. Кнеудовлетворительной работе ИК-датчика могутпривести такие эффекты, как тепловые потоки, являющиеся результатом нагреванияэлектрических компонентов датчика, попаданиенасекомых на чувствительные пироприемники, возможные переотражения инфракрасногоизлучения от внутренних частей детектора. Дляустранения этих эффектов в ИК-датчикахпоследнего поколения применяется специальнаягерметичная камера между линзой ипироприемником (герметичная оптика), например вновых ИК-датчиках фирм PYRONIX и C&K. По оценкамспециалистов, современные высокотехнологичныелинзы Френеля по своим оптическимхарактеристикам практически не уступаютзеркальной оптике.
Зеркальная оптика как единственный элементоптической системы применяется достаточноредко. ИК-датчики с зеркальной оптикойвыпускаются, например, фирмами SENTROL и ARITECH. Преимуществами зеркальной оптики являютсявозможность более точной фокусировки и, какследствие, увеличение чувствительности, чтопозволяет обнаруживать нарушителя на большихрасстояниях. Использование нескольких зеркалспециальной формы, в том числе многосегментных, позволяет обеспечить практически постояннуючувствительность по расстоянию, причем этачувствительность на дальних расстоянияхприблизительно на 60% выше, чем для простых линзФренеля. С помощью зеркальной оптики прощеобеспечивается защита ближней зоны, расположенной непосредственно под местомустановки датчика (так называемаяантисаботажная зона). По аналогии со сменнымилинзами Френеля, ИК-датчики с зеркальной оптикойкомплектуются сменными отстегивающимисязеркальными масками, применение которыхпозволяет выбирать требуемую форму зонычувствительности и дает возможностьадаптировать датчик к различным конфигурациямзащищаемого помещения.

В современных высококачественныхИК-детекторах используется комбинация линзФренеля и зеркальной оптики. При этом линзыФренеля используются для формирования зонычувствительности на средних расстояниях, азеркальная оптика — для формированияантисаботажной зоны под датчиком и дляобеспечения очень большого расстоянияобнаружения.

ПИРОПРИЕМНИК

Оптическая система фокусирует ИКизлучение на пироприемнике, в качестве которогов ИК-датчиках используется сверхчувствительныйполупроводниковый пироэлектрическийпреобразователь, способный зарегистрироватьразницу в несколько десятых градуса междутемпературой тела человека и фона. Изменениетемпературы преобразуется в электрическийсигнал, который после соответствующей обработкивызывает сигнал тревоги. В ИК-датчиках обычноиспользуются сдвоенные (дифференциальные, DUAL)пироэлементы. Это связано с тем, что одиночныйпироэлемент одинаковым образом реагирует налюбое изменение температуры независимо от того, чем оно вызвано — человеческим телом или, например, обогревом помещения, что приводит кповышению частоты ложных срабатываний. Вдифференциальной схеме производится вычитаниесигнала одного пироэлемента из другого, чтопозволяет существенно подавить помехи, связанные с изменением температуры фона, а такжезаметно снизить влияние световых иэлектромагнитных помех. Сигнал от движущегосячеловека возникает на выходе сдвоенногопироэлемента только при пересечении человекомлуча зоны чувствительности и представляет собойпочти симметричный двухполярный сигнал, близкийпо форме к периоду синусоиды. Сам луч длясдвоенного пироэлемента по этой причинерасщепляется в горизонтальной плоскости на два. В последних моделях ИК-датчиков с цельюдополнительного снижения частоты ложныхсрабатываний используются счетверенныепироэлементы (QUAD или DOUBLE DUAL) — это два сдвоенныхпироприемника, расположенные в одном датчике(обычно размещаются один над другим). Радиусынаблюдения этих пироприемников делаютсяразличными, и поэтому локальный тепловойисточник ложных срабатываний не будетнаблюдаться в обоих пироприемникаходновременно. При этом геометрия размещенияпироприемников и схема их включения выбираетсятаким образом, чтобы сигналы от человека былипротивоположной полярности, а электромагнитныепомехи вызывали сигналы в двух каналаходинаковой полярности, что приводит к подавлениюи этого типа помех. Для счетверенныхпироэлементов каждый луч расщепляется на четыре(см. рис.2), в связи с чем максимальное расстояниеобнаружения при использовании одинаковой оптикиуменьшается приблизительно вдвое, так как длянадежного обнаружения человек должен своимростом перекрывать оба луча от двухпироприемников. Повысить расстояние обнаружениядля сч�