Современные системы охраны периметров. Часть вторая.

1. Инфракрасные системы

1.1. Активные лучевые ИК системы

Лучевые инфракрасные системы (их часто называют также линейными активными оптико-электронными извещателями) состоят из передатчика и приемника, располагаемых в зоне прямой взаимной видимости. Такой датчик формимует сигнал тревоги при прерывании луча, попадающего на фотоприемный блок. Отличительная особенность активных лучевых систем — возможность создания очень узкой зоны обнаружения. На практике сечение чувствительной зоны определяется размером используемых в оптических блоках линз. Это особенно важно для объектов, вокруг которых невозможно создать зону отчуждения. Однако, как и радиолучевые, ИК-лучевые системы могут применяться только на прямолинейных участках периметров или оград.

Основная проблема лучевых ИК-охранных приборов — ложные срабатывания при неблагоприятных атмосферных условиях (дождь, снегопад, туман), уменьшающих прозрачность среды. Надежность в таких случаях обеспечивают за счет многократного превышения энергиии луча над минимальным пороговым значением, необходимым для срабатывания датчика.

Источником помех может быть также прямая засветка приемника солнечными лучами. Чаще сего это случается на закате или рассвете, когда солнце стоит низко над горизонтом. Согласно рссийским стандартам датчик должен сохранять работоспособность при естественной освещенности не менее 10000 лк и не менее 500 лк —от электрических осветительных приборов. Большинство современных отечественных и зарубежных лучевых датчиков имеют специальные средства фильтрации фонового излучения и отвечают указанным выше требованиям. Однако для обеспечения высокой помехозащищенности от засветки очень важно правильно юстировать датчик при его настройке и выполнять все рекомендации изготовителя по монтажу.

Кроме того, ИК системы могут срабатывать при попадании в луч птиц, листьев и веток деревьев или др. Для повышения устойчивости и надежности ИК-лучевых систем их делают многолучевыми (обычно используют 2 или 4 независимых луча), а также применяют схемы автоматической обработки сигналов, минимизирующие влияние внешней среды.

Специальные меры принимают для согхранения работоспособности датчиков в зимних условиях, при возможности обмерзания или налипания снега на оптические поверхности блоков. Достаточно надежными методами борьбы с указанными явлениями служат специальные козырьки на оптических фильтрах и внутренние обогреватели оптико-электронных блоков.

Одними из самых распространенных отечественных ИК-лучевых охранных приборов являются извещатели серии СПЭК. Комплект СПЭК-75 содержит блок излучателя, блок фотоприемника и комплект для монтажа. Система обеспечивает угол расходимости оптического пучка 3 градуса и позволяет организовать однолучевой рубеж охраны длиной до 75 м (на улице). Излучатель генерирует в диапазоне ближнего ИК-спектра на длине волны 0,8...0,9 мкм, сигнал тревоги включается при прерывании луча на заданный промежуток времени. Для обеспечения работы в неблагоприятных условиях (дождь, снегопад, туман) излучатель имеет 100-кратный запас по мощности излучения. Приняты меры для исключения ложных срабатываний от солнечной засветки (10000 лк).

Электронные блоки идентичны по конструкции, они имеют размеры 140 х 145 х 65 мм. Для юстировки системы можно использовать специально подключаемый для этой цели вольтметр. Номинальное напряжение питания -12 В, потребляемый ток — не более 60 мА. Диапазон рабочих температур от -40О до +50ОС. Для организации двухлучевого барьера используют второй комплект извещателя.

Выпускаются также модификации серии СПЭК для зон охраны до 175 метров.

Более совершенным и мощным является отечественный ИК-лучевой извещатель “Рубеж-3М”. Комплект включает две пары приемо-передающих блоков, управляемых общим блоком контроля. В приборе применена импульсная модуляция ИК-излучения и синхронный прием, что позволило повысить дальность действия и реализовать параллельную работу нескольких излучателей в многолучевых барьерах. Комплект позволяет организовать двухлучевой контур охраны на длине участка 300 м или два отдельных однолучевых рубежа на длине до 600 м. С помощью двух комплектов Рубеж-3М можно также создать 4-лучевой барьер с повышенной помехозащищенностью. Система работоспособна даже при густом тумане, когда “метеорологическая дальность видимости” уменьшается до 180 м. Аппаратура выдает сигнал тревоги, если луч перекрывается на время не менее 100 миллисекунд, что соответствует движению человека со скоростью до 5 метров в секунду (18 км/час).

Блоки излучателя и фотоприемника системы Рубеж-3М помещены в идентичные металлические корпуса, укрепляемые на поворотных кронштейнах. Габаритные размеры блока (с кронштейном) — 275 х 190 х 120 мм. Внутри блоков имеются устройства подогрева, что обеспечивает работоспособность при температуре до -45ОС. На неогороженных территориях блоки устанавливают на специальных стойках. Минимальная рекомендуемая высота луча над землей — 0,3 м, что позволяет обнаружить ползущего нарушителя. При наличии оград блоки обычно укрепляют вдоль верхнего края ограды.

Практически все зарубежные ИК-лучевые охранные приборы объединяют в общем корпусе двухлучевую или четырехлучевую синхронную систему. На российском рынке широко представлены ИК-лучевые датчки фирм C&K, Atsumi, Visonic, Optex, Alarmcom и др.

На фото 1 показана конструкция одного из блоков двухлучевого ИК датчика серии АХ-100/АХ-200 фирмы Optex (Япония). По конструкции блоки передатчика и приемника аналогичны. Лицевая крышка выполнена из ударопрочного пластика, прозрачного только для ИК-излучения. Крышка имеет специальный выступающий козырек, препятствующий осаждению инея на наружной поверхности. Под крышкой находится электронно-оптический блок с двумя линзами, смонтированными на поворотной платформе. Угловое положение платформы регулируется при юстировке в пределах (+/-90О) по горизонтали и (+/- 5О) по вертикали винтами. Для облегчения юстировки в поворотную платформу встроен специальный миниатюрный видоискатель, позволяющий точно навести линзы на второй блок системы. Для точной юстировки системы по уровню принимаемого сигнала в блоке приемника имеются гнезда для подключения вольтметра. Здесь же расположены регулятор времени срабатывания датчика и светодиодные индикаторы (“грубая настройка” и “тревога”), используемые при настройке прибора. Оптико-электронный блок фиксируется на монтажной плате, которую обычно крепят к вертикальной штанге с помощью хомута.

Регулятор допустимого времени перекрытия лучей, установленный в блоке приемника, позволяет изменять время срабатывания от 500 миллисекунд (сравнительно медленное перелезание через ограду) до 50 миллисекунд (очень быстро бегущий человек). Обычно рекомендуется устанавливать время пересечения луча не более 70-100 мс, чтобы обеспечить достаточную чувствительность системы. Датчики серии АХ фирмы OPTEX обеспечивают дальность обнаружения от 22 до 150 метров на улице и от 40 до 300 метров в помещении. Для питания используется источник постоянного тока с напряжением 10,5...28 В, потребляемый ток — не более 46 мА, диапазон рабочих температур от -35О до +55ОС при влажности до 95%.

Фото 1. Лучевой ИК-датчик серии АХ фирмы Optex.

Для объектов с высокой степенью защиты иногда применяют ИК-лучевые системы с числом лучей от 4-х до 8-ми. Среди таких многолучевых систем можно упомянуть датчик IPS 600 фирмы GPS (Италия), датчики серии IS 400 фирмы Alarmcom (Швейцария) или датчики серии IPID фирмы ECSI (США). Конструктивно многолучевые ИК датчики обычно выполняют в виде вертикальных штанг высотой примерно до 3,5 метров. Многолучевые системы используют чаще всего для охраны военных объектов, объектов атомной энергетики, крупных промышленных предприятий.

1.2. Пассивные ИК системы

Такие “однопозиционные” системы представляют собой пассивные ИК-детекторы с пространственной диаграммой чувствительности в виде луча. Они проще в монтаже и настройке, чем двухпозционные ИК-лучевые системы и используются в основном там, где нужно перекрыть короткие участки периметра — зоны въезда транспорта, разрывы в ограждениях, ворота, оконные проемы и т.п. Для таких датчиков характерно большее поперечное сечение чувствительной зоны, чем для лучевых оптических датчиков.

Пассивные ИК барьеры IS 402 и IS 412 фирмы Alarmcom (Швейцария) предназначены для уличной эксплуатации в сложных атмосферных условиях. Датчик IS 402 (фото 2) выполнен в прочном алюминиевом корпусе с козырьком, защищающим от солнечной засветки. Датчик IS 402 формирует зону чувствительности в виде “занавеса” длиной 100 м и высотой до 4 м. Датчик IS 412 имеет повышенную чувствительность и обеспечивает зону длиной 150 м.

Фото 2. Пассивный ИК-датчик IS 402 фирмы Alarmcom

Однопозиционные пассивные ИК-датчики для охраны периметров выпускает английская компания Security Enclosures Ltd (SEL). В открытом пространстве датчик Redwall-100Q, использующий технологию “квадруплексного” (четырехканального) детектирования, обеспечивает зону чувствительности длиной 100 м и поперечным сечением 3 м. Усовершенствованный двухсекционный датчик Megared-180Q (фото 3а) позволяет защищать зону длиной до 180 м. Одна из секций датчика предназначена для детектирования в “ближней” зоне, а другая — в “дальней”. Сигналы от секций датчика можно использовать, например, для управления поворотной видеокамерой. Одна из модификаций детектора фирмы SEL — комбинированный датчик Redwatch-100Q — объединяет в себе пассивный ИК-датчик и встроенную миниатюрную видеокамеру, поле зрения которой совпадает с чувствительной зоной ИК-датчика (фото 3б). Возможность оперативной визуальной проверки ситуации в “тревожной” зоне сильно повышает общую эффективность охраны.

Для повышения устойчивости к внешним факторам и снижения частоты ложных срабатываний периметральные ИК-детекторы иногда конструктивно объединяют с СВЧ-датчиками. Примером такого комбинированного прибора (иногда их назывют датчиками двойной технологии) является детектор серии DT-900 фирмы C&K (фото 4). Два канала обнаружения — пассивный инфракрасный и радиоволновой — позволяют обеспечить высокую обнаруживающую способность при хорошей устойчивости к помехам. Датчик снабжен тройной системой самодиагностики; он имеет специальный активный оптический датчик, сигнализирующей о попытке умышленной блокировки прибора путем перекрытия чувствительной зоны. Микропрцессор с памятью событий позволяет выбирать оптимальный аглгоритм обнаружения вторжения в различных окружающих условиях. В зависимости от используемой фокусирующей оптики дальность действия датчика составляет 37 м (сечение зоны 3 м) или 61 м (сечение 5 м).

Фото 4. Датчик двойной технологии (ИК+СВЧ) серии DT-900 фирмы C&K

2. Оптоволоконные системы

Оптоволоконные кабели, используемые обычно для передачи информации, можно использовать также и в качестве датчиков для периметральных охранных систем. Деформация оптоволоконного кабеля изменяет его оптические параметры (показатель преломления и др.) и, как следствие, характеристики прошедшего через волокно лазерного излучения. В силу специфики используемых физических принципов оптоволоконные системы отличаются очень малой восприимчивостью к любым электромагнитным помехам, что позволяет использовать их в неблагоприятной электрофизической обстановке.

Оптоволоконные кабели проявляют несколько физических эффектов, позволяющих применять их в качестве периметральных датчиков. Во всех случаях к одному концу кабеля подключен миниатюрный полупроводниковый лазер, генерирующий когерентное излучение. Противоположный конец кабеля состыкован с фотодиодом (приемником), преобразущим оптический сигнал в электрический. Анализатор сравнивает принимаемый сигнал с эталонным, который соответствует невозмущенному состоянию сенсора, и детектирует внешние воздействия на периметр (смещения, вибрации или сжатия кабеля).

В охранной системе Model M106E фирмы Fiber SenSys (США) используется метод регистрации межмодовой интерференции. Лазер излучает несколько десятков близких по частоте мод (спектральных линий) с определенным распределением энергии по спектру. Если оптоволоконный кабель подвергается механическим воздействиям, то на его выходе регистрируемый приемником спектр излучения меняется, что позволяет детектировать деформации кабеля.

В оптоволоконной системе фирмы Sabreline (США) используется эффект изменения распределения излучения по поперечному сечению при деформации волокна. На выходе многомодового оптоволокна наблюдается так называемая “спекл-структура” (speckle-structure), представляющая собой нерегулярную систему светлых и темных пятен. Для детектирования деформаций кабеля здесь применяют пространственно-чувствительные фотоприемники.

Оптоволоконные системы серии FOIDS (изготовитель фирма Mason & Hanger, США) используют принцип двухлучевой интерферометрии. Луч лазера расщепляется на два и направляется в два идентичных одномодовых оптических кабеля, один из которых является детектирующим, а другой — опорным. На приемном конце оба луча образуют интерференционную картину. Механические воздействия на детектирующий кабель приводят к изменениям интерференционной картины, которые регистриуются фотоприемником.

Интересной особенностью оптоволоконных систем является возможность их применения для защиты не только оград, но и неогражденных территорий. В последнем случае волокно располагают под поверхностью земли, в канавке, заполненной гравием. При этом, как показали испытания в Sandia National Laboratories (США), система способна регистрировать шаги идущего или бегущего человека.

Среди отечественных разработок оптоволоконных периметральных систем можно отметить систему “Ворон”. Основой системы являются серийно выпускаемые извещатели, состоящие из двух герметичных блоков — лазерного передатчика и фотоприемника. Между этими блоками располагается чувствительный элемент — специальный оптоволоконный кабель. Обработка сигналов осуществляется с помощью анализатора или с помощью специального обучаемого процессора, использующего принципы искусственного интеллекта. Обучение процессора происходит после монтажа на конкретном объекте с имитацией реальных сигналов вторжения.

К ограничениям применения оптоволоконных систем можно отнести сложность процедуры сращивания и ремонта кабелей в полевых условиях (требуется применение микроскопа и дорогостоящего устройства для сварки волокон). Опыт практического применения оптоволоконных периметральных систем сравнительно невелик, но потенциальные тактико-технические характеристики таких приборов в части невосприимчивости к электромагнитным помехам вызывают серьезный интерес.

3. Емкостные системы охраны периметров

Датчик емкостной системы представляет собой один или несколько металлических электродов, укрепленных на изоляторах вдоль ограды, и является, по сути дела, антенной системой. Такая система часто выполняется в виде металлического козырька и устанавливается с помощью специальных стоек и изоляторов на уже существующем ограждении. Наиболее эффективны на объектах, оборудованных прочными жесткими оградами (железобетонные плиты, кирпичные стены, сварные металлические панели и т.п.).

На рис. 1 показана конструкция антенной системы емкостного датчика в виде декоративной металлической решетки, укрепленной на бетонной стене. Все секции решетки соединены в общий электрический контур и изолированы от основной ограды.

Антенная система подключается к электронному блоку, генерирующему электрический сигнал и измеряющему емкость антенной системы. Когда человек приближается к электродам или касается их, емкость антенной системы изменяется, что регистрируется электронным блоком, выдающим сигнал тревоги.

Рис. 1. Антенная система емкостного датчика — декоративный козырек на бетонной стене.

Конфигурация зоны обнаружения определяется методом крепления электродов. При установке основного электрода вдоль верхнего торца ограды система эффективно регистрирует лишь попытки перелезания. Если электроды смонтированы вдоль средней линии ограды, то система срабатывает уже при приближении нарушителя к периметру.

Наиболее широко применяемыми отечественными средствами охраны периметров, использующими емкостный метод обнаружения, являются приборы серии “Радиан”. Системы “Радиан-М” и “Радиан-13” предназначены для защиты металлических оград и козырьков, имеющих вид сетчатого, решетчатого или проволочного барьера. Протяженность зоны обнаружения составляет от 10 до 500 м; в комплект поставки входят электронный блок и специальные изоляторы для крепления козырька. Электронный блок имеет размеры 326 х 207 х 540 мм; он питается от источника постоянного тока напряжением 20 — 31 В, потребляемый ток — 70 мА, диапазон рабочих температур — от -50О до +50ОС. Система обеспечена мерами грозозащиты.

Усовершенствованная модификация приборов этой серии — система “Радиан-14”. Она отличается использованием двухканального алгорима обработки сигналов с анализом “активной” и “реактивной” составляющих сигнала. Это позволяет отстроиться от помех, создаваемых атмосферными осадками и снизить вероятность ложных срабатываний от импульсных радиопомех. Кроме этого, в системе предусмотрено более простое крепление чувствительных электродов на ограде. Конструкторы отказались от специальных изоляторов-переходников и проводники антенной системы крепятся на пластмассовых кронштейнах, монтируемых непосредственно на ограде. Типичный чувствительный элемент состоит из трех параллельных проводников, образующих над основной оградой барьер высотой около 0,8 м. В комплект поставки системы “Радиан-14” входят электронный блок, пластмассовые кронштейны, провод антенной системы и крепежный комплект. Длина охраняемого участка — до 500 м, диапазон рабочих температур — от -50О до +50ОС. Электронный блок имеет размеры 320 х 223 х 95 мм; напряжение питания 20 — 30 В, потребляемая мощность 0,5 Вт.

Одним из наиболее известных у нас зарубежных охранных устройств емкостного типа является система “E-Field” фирмы Senstar-Stellar (США). Сенсор такой системы представляет собой конструкцию из 3-х проводников, устанавливаемых на кронштейнах, которые крепятся к ограде (крыше) или устанавливаются вокруг открытых неогражденных территорий. Центральный передающий электрод антенной системы подключен к источнику сигнала, а два боковых — анализатору (однозонному или двухзонному). Как генератор, так и анализатор смонтированы в общем корпусе.

При попадании нарушителя в зону обнаружения анализатор отслеживает изменения сигналов и при превышении заданного порога активности выдает сигнал тревоги.

Анализатор системы “E-Field” оценивает сигнал по трем характеристикам:

1. Амплитуда изменения сигнала — она пропорциональна массе нарушителя
2. Скорость изменения сигнала — она характеризует скорость движения нарушителя
3. Продолжительность возмущения — т.е. время нахождения нарушителя в зоне охраны.

Сигнал тревоги выдается при одновременном наличии всех трех факторов, что обеспечивает весьма низкую вероятность ложных срабатываний. На рис. 2 показана типовая конфигурация трехпроводной антенной системы “E-Field” и поперечное сечение чувствительной зоны. Система “E-Field” может эффективно применяться для обнаружения разрушения ограды или перелезания через нее, а также для обнаружения подкопов или приближения нарушителя к линии периметра.

Рис. 2. Конфигурация трехпроводной антенны емкостной системы “E-Field” и сечение чувствительной зоны.

Емкостные периметральные системы весьма универсальны и привлекательны своей нечувствительностью к неровностям профиля почвы или линии ограды. Отечественные емкостные охранные системы в целом отличаются достаточно высокой надежностью и широко используются на различных объектах в течение последних 20 — 30 лет.

Заключение

Большое разнообразие периметральных охранных систем не позволяет охватить их в одной статье. В третьем, заключительном разделе данной публикации мы рассмотрим различные вибрационно-чувствительные системы на сенсорных кабелях и дискретных сейсмических датчиках. Также будут кратко описаны некоторые контактно-обрывные периметральные детекторы и системы “активной” охраны территорий.

Предоставлено журналом "Специальная техника"