Умные датчики для интеллектуальных систем безопасности — Как сделать самому?
Барсуков Вячеслав Сергеевич, кандидат технических наук
Рычков Сергей Алексеевич
Рассматривается состояние, возможности использования и перспективы развития современных датчиков (сенсоров) тревожной сигнализации, используемых в интеллектуальных системах обеспечения безопасности.
Основными тенденциями развития современных систем безопасности (СБ) являются процессы автоматизации, интеграции и информатизации на основе искусственного интеллекта [1]. Наиболее полно эти тенденции проявляются в развитии современных датчиков тревожной сигнализации (ДТС) для систем безопасности. Для большей наглядности при проведении анализа на рис. 1 приведены схемы обобщенных систем безопасности и жизнеобеспечения (СБЖ) объекта и человека.
Рис. 1. Схемы обобщенных систем безопасности и жизнеобеспечения человека и объекта
Обеспечение безопасности и жизнедеятельности включает в себя широкую сферу деятельности, направленную на защиту от различного вида угроз, источником которых (и объектом защиты) могут выступать три основные части: человек, природа и техногенная среда (все, что создано человеком).
Известно, что при организации системы физической защиты объекта используется классический принцип последовательных рубежей, при нарушении которых угрозы будут своевременно обнаружены и их распространению будут препятствовать надежные преграды. Такие рубежи (зоны безопасности) должны располагаться последовательно, например, от забора вокруг территории объекта до главного, особо важного помещения. Оптимальное расположение зон безопасности и размещение в них эффективных технических средств защиты (обнаружения и противодействия) и составляют основу концепции физической защиты любого объекта.
Как правило, при организации системы физической защиты объектов наиболее часто используется трехрубежная схема физической защиты (рис. 2).
Рис. 2. Типовая трехрубежная схема физической защиты объекта
Как известно, основным звеном системы физической защиты является подсистема обнаружения (охранной сигнализации), состоящая из датчиков (извещателей), средств передачи извещений, приемно-контрольных приборов и пультов централизованного наблюдения.
Важнейшим компонентом подсистемы обнаружения являются датчики тревожной сигнализации, характеристики которых определяют основные параметры всей системы защиты. Поскольку каждый рубеж защиты выполняет свои задачи и имеет свои особенности, дальнейший анализ датчиков тревожной сигнализации, используемых в системах физической защиты объектов, проведен с учетом этих особенностей.
Датчики тревожной сигнализации для обеспечения физической защиты объектов
При конструировании системы защиты одной из центральных задач является выбор оптимальных средств оповещения и, в первую очередь, датчиков тревожной сигнализации. В настоящее время разработано и используется большое количество самых разнообразных датчиков тревожной сигнализации. Рассмотрим кратко принципы действия, отличительные особенности и способы применения наиболее распространенных из них.
Классификация современных датчиков тревожной сигнализации для обеспечения физической защиты представлена на рис. 3.
Рис. 3. Классификация современных датчиков тревожной сигнализации
для обеспечения физической защиты помещений
Краткая характеристика и особенности использования датчиков тревожной сигнализации
По результатам анализа рынка технических средств обеспечения безопасности, в частности, датчиков тревожной сигнализации для систем физической защиты объектов, ниже приведены их основные возможности и особенности использования при организации системы защиты (табл. 1).
Таблица 1. Сравнительные характеристики датчиков тревожной сигнализации
Наименование датчиков Особенности и принцип действия
Датчики этого типа состоят из двух частей: излучателя и нескольких приемников. Обе части датчика выполнены из электрических кабелей, натянутых между столбами Во время прохождения нарушителя между излучателем и приемниками имеет место изменение электрического поля между ними, которое и является сигналом тревогиПериметральные вибрационные датчики Датчики 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 охраны Контактные выключатели вибрационных датчиков по принципу действия бывают ртутными, шариковыми, пьезоэлектрическими и маятниковымиПериметральные электретные датчики Изготавливаются 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 деревьев Периметральные вибрационные и электретные датчики могут быть обойдены путем подкопа или преодоления сверху без их касанияИнфракрасные датчики контроля пространства Принцип 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 высоты Для повышения надежности иногда используется частотная модуляция сигнала излучения. Датчики могут терять свою работоспособность при густом тумане и снегопадеМикроволновые датчики контроля пространства Состоят 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 приемником Для эффективной работы таких датчиков необходимо, чтобы высота неровностей почвы не превышала 5 – 7 см, а в зоне действия не было растительностиСейсмические датчики Изготавливается два вида датчиков этого типа. Первый вид – жидкостный, состоит из двух уложенных рядом в почву шлангов с жидкостью. Срабатывание таких датчиков 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 пьезоэлемент Оба 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 конструкцийМагнитные датчики Изготавливаются 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 тревоги Магнитные датчики неэффективны вблизи автомобильных и железных дорог. Возможны ложные срабатывания от грозовых разрядов, мощных электромоторов и релеСейсмомагнитные датчики Выполняются 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 оружия Причины ложных срабатываний те же, что и в случае магнитных датчиковЭлектромеханические выключатели Действие датчиков этого типа основано на регистрации разрыва электрической цепи при воздейс
