Тема 2 ОБЪЕКТОВЫЕ СРЕДСТВА ОБНАРУЖЕНИЯ

1.Акустические средства обнаружения………………………………..

1-1. Охранный поверхностный звуковой извещатель «Арфа»

1-2. Ультразвуковое, активное, однопозиционное, одноканальное средство обнаружения «Дуз-13»

1-3. Пульт охранной сигнализации «Сирена»

Инфразвуковые средства обнаружения

Звуковые средства обнаружения

Ультразвуковые средства обнаружения

2. Вибрационные средства обнаружения……………………………… 29

2-1. Виброчувствительное средство обнаружения «Годограф-СМ-В»

2-2. Извещатель «Грань-2М»

2-3. Извещатель охранный периметровый трибоэлектрический «Гюрза–035П»

2-4. Извещатель охранный поверхностный вибрационный

«Гюрза-048П»

2-5. Извещатель охранный поверхностный пьезоэлектрический

«Гюрза-050П»

2-6. Вибрационное средство обнаружения «Дрозд»

2-7. Средство обнаружения вибрационного принципа действия «Дельфин-М»

2-8. Техническое средство обнаружения «Преграда»

3. Емкостные средства обнаружения………………………………… 74

3-1. Средство обнаружения «Радиан-15МП».

3-2. Средство обнаружения «Ромб-12А» (ЦКДИ425121002).

3-3. Емкостное сигнализационное устройство «Сет-11М»

4. Электро-магнитомеханические средства обнаружения……………. 90

4-1. Средство обнаружения (СО) «Диамант»

4-2. Средство обнаружения (СО) «Агат»

4-3. Магнитно-контактный извещатель СМК-1

4-4. Автономная быстроразвертываемая система обнаружения «Трос»

Акустические средства обнаружения

Акустические средства обнаружения(АСО) используют изменения некоторых параметров акустических волн в зоне обнаружения, при различных воздействиях нарушителя.

Акустическими волнами называются колебания частиц среды во всех частотных диапазонах.

Поперечной волной называется волна, в которой колебания частиц перпендикулярны направлению распространения.

Продольной волной называется волна, в которой колебания частиц параллельны направлению распространения.

Звук является продольной волной, распространяющейся в среде, в виде чередующихся зон сжатия и разряжения среды и возникших в результате сил упругости, деформации сдвига с передачей энергии из одной точки среды в другую. Процесс характеризуется скоростью распространения и затуханием. Энергия звука может преобразовываться в другие виды энергии, например в тепловую.

Скорость распространения звуковых волн зависит от свойств среды. Скорость распространения звука в воздухе составляет около 340 м/с и зависит от температуры, давления и влажности.

Громкость звука представляет собой характеристику уровня энергии звуковой волны. Физической характеристикой, выражающей количественное значение энергии, является звуковое давление. Чем больше амплитуда звукового давления, тем громче звук, тем выше энергия звуковой волны.

Воздействие нарушителя (появление признаков опасности) может сопровождаться возникновением целого ряда процессов и сопутствующим им механических колебаний.

При возникновении таких воздействий могут формироваться следующие родственные явления, имеющие одну природу, но проявляющиеся при различных условиях:

- вибрация, представляющая собой колебания частиц с большой амплитудой, как правило, твердой, упругой среды (тела или его участков), распространяющиеся с определенной скоростью;

- звуки, представляющие собой продольные колебания частиц среды, распространяющиеся с определенной скоростью в достаточно широком частотном диапазоне;

- сейсмические колебания, представляющие собой продольные и поперечные колебания частиц грунта или другой поверхности, при перемещении по ним материальных объектов, распространяющиеся с определенной скоростью в относительно узком низкочастотном диапазоне (доли и десятки Гц);

- деформация объема и сдвига представляющие собой изменение геометрических размеров (деформация объема) без изменения формы, что является источником продольных волн или изменение формы (деформация сдвига) без изменения объема, что является источником поперечных волн

Разделение акустических волн на диапазоны обусловлены особенностями человеческого восприятия.

Волны с частотами в диапазоне 16 Гц 20 кГц называются акустическим.

Волны с частотами ниже 16 Гц называются инфразвуковыми и непосредственно органами слуха человека не воспринимаются.

Волны с частотами в диапазоне 20 кГц 1013Гц называются ультразвуковыми.

Волны с частотой выше 1013Гц называются гиперзвуковыми.

При распространении акустических волн могут наблюдаться: поглощение, отражение, преломление, дифракция, интерференция. Эти явления учитываются при создании СО и позволяют реализовать процесс обнаружения.

Поглощение представляет собой процесс преобразования энергии волны при встрече с поверхностью материального тела (при распространении в среде) в другие виды энергии (например, в тепловую энергию).

Процесс преобразования зависит от свойств материального тела или среды.

Отражение представляет собой процесс изменения направления распространения волн при встрече с границей раздела сред. Отраженные звуковые волны воспринимаются как эхо.

Множество отраженных звуковых волн заполняют все пространство помещения, что позволяет формировать объемную зону обнаружения.

Интерференция представляет собой явление сложения (наложения) когерентных волн.

Звуковые волны, распространяющиеся в пространстве, частично отражаются от стен и предметов помещения.

В каждой точке пространства будут сходиться несколько отраженных от участков помещения волн и падающая волна. Средство обнаружения формирует сигнал с постоянным значением частоты.

При отсутствии перемещающихся объектов в зоне обнаружения, амплитуда звукового давления в каждой точке пространства постоянна и зависит от расположения СО.

При появлении в зоне обнаружения нарушителя, амплитуда изменяется, что является сигналом тревоги.

Дифракция заключается в отклонении направления распространения волны при огибании волнами предметов, размеры которых соизмеримы или меньше длинны волны.

Чем больше длина волны (меньше частота), тем лучше проявляется это свойство. Благодаря этому свойству (наряду со свойством отражения), пространство заполняется акустическими волнами.

Звуки могут быть «чистыми» (колебания происходят с одной частотой) и «составными» (формируются из набора частот, каждая из которых может изменяться по определенному закону).

Электрический сигнал, возникающий в результате воздействий акустических колебаний на чувствительный элемент, может иметь вид гармонических колебаний и характеризоваться следующими параметрами:

- частота следования импульсов (частота возникновения звука, вибраций);

- частота гармонических колебаний (спектр);

- амплитуда колебаний;

- длительность импульса (длительность звука, вибраций);

- скорость изменения фронтов;

Изменения этих параметров может наступать как при воздействии нарушителя, так и при различного рода помеховых воздействиях: шумы, возникшие вне зоны обнаружения, перемещения насекомых, грызунов, работе бытовой технике, сквозняках и т.п. СО способно отличать изменения вызванные воздействием нарушителя от помеховых воздействий, так как первые обладают характерным диапазоном изменений параметров акустических колебаний.

Необходимыми для обнаружения нарушителя свойствами обладает только часть диапазона звуковых волн.

В зависимости от используемого диапазона частот акустические СО подразделяются на следующие виды:

- инфразвуковые (частота фиксируемых волн до 16 Гц);

- звуковые (частота фиксируемых волн от 16 Гц до 20 кГц);

- ультразвуковые (частота фиксируемых волн выше 20 кГц, обычно 20 40 кГц).

Акустические СО могут быть активными и пассивными.

Активные самостоятельно формируют акустические волны.

Пассивные контролируют параметры естественных акустических колебаний (в том числе и звуков) в зоне обнаружения.

Типовая функциональная схема акустического СО (АСО) (рисунок1) включает: преобразователь излучающий (ПИ), преобразователь приемный (ППр), модуль формирующий (МФ), модуль анализирующий (МА), формирователь сигнала тревоги (ФСТ).

Рисунок 1

Принципы действия этих средств идентичны и основаны на фиксации изменения частоты и/или амплитуды звуковых волн.

Общей особенностью работы таких СО является сложный анализ принятых звуков по большому количеству параметров. Существует большое количество помеховых воздействий в зоне обнаружения (например, различные звуки, формируемые как в зоне обнаружения, так и за ее пределами, но не являющимися признаками воздействия нарушителя или наличия опасности).

Преобразователь излучающий предназначен для преобразования электрического сигнала в акустические колебания. Он входит в состав активного СО.

Преобразователь приемный входит в состав пассивного СО. Он не формирует собственное звуковое поле, а контролирует естественные звуки, вибрации, возникающие в зоне обнаружения, в результате воздействия нарушителя.

Преобразователь приемный (микрофон) преобразовывает звуки, возникающие в зоне обнаружения, в электрический сигнал. Конструктивно, преобразователи излучающий и приемный использующиеся в акустических СО, могут быть очень похожи, так как в большинстве случаев процессы, происходящие в них обратимы.

Модуль анализирующий обрабатывает этот сигнал и принимает решение о наличии или отсутствии тревожной ситуации.

Схема электромагнитного микрофона представлена на рисунке 2.

Рисунок 2

Электромагнитный микрофон, работает следующим образом. Перед полюсами 2 магнита 3 располагают ферромагнитную диафрагму 1 или скрепленный с ней якорь. При колебаниях диафрагмы под воздействием на нее звукового давления меняется напряженность магнитного поля относительно витков катушки. В результате электромагнитной индукции возникает электрический сигнал на выводах катушки с частотой воздействующего звука и амплитудой пропорциональной громкости звука.

Процесс преобразования звука такой конструкцией обратим, поэтому возможно использование микрофона в качестве формирователя звука.

Схема электродинамического микрофона представлена на рисунке 3.

Рисунок 3

Электродинамический катушечный микрофон, работает следующим образом. В кольцевом зазоре 1 магнитной системы, имеющей постоянный магнит 2, находится подвижная катушка 3, скрепленная с диафрагмой 4. Воздействие звуковых волн приводит к колебаниям диафрагмы. Вследствие изменения напряженности магнитного поля относительно витков катушки возникает электромагнитная индукция. На выводах катушки возникает электрический сигнал. Процесс преобразования звука такой конструкцией так же обратим, возможно использование в качестве формирователя звука.

Схема электродинамическоголенточного микрофона представлена на рисунке 4.

Рисунок 4

Устройство ленточного электродинамического микрофона несколько отличается от устройства катушечной модификации. Здесь магнитная система микрофона состоит из постоянного магнита 1 и полюсных наконечников 2, между которыми натянута легкая, обычно алюминиевая, тонкая (порядка 2 мкм) ленточка 3. При воздействии на обе ее стороны звукового давления возникает сила, под действием которой ленточка начинает колебаться, приводя к изменению напряженности магнитного поля относительно себя.

Схема конденсаторного микрофона представлена на рисунке 5.

Рисунок 5

Конденсаторный микрофон работает следующим образом: жестко натянутая мембрана 1 под воздействием звукового давления может колебаться относительно неподвижного электрода 2, являясь вместе с ним обкладками электрического конденсатора. При колебаниях мембраны емкость конденсатора меняется с частотой воздействующего на мембрану звукового давления, следовательно, в электрической цепи появляется переменный ток той же частоты и на нагрузочном сопротивлении возникает падение напряжения, являющееся выходным сигналом микрофона. Конденсаторные микрофоны имеют самые высокие качественные показатели: широкий частотный диапазон, малую неравномерность частотной характеристики, низкие нелинейные и переходные искажения, высокую чувствительность и низкий уровень шумов. Могут использоваться в пассивных акустических СО. Схема пьезоэлектрического микрофона представлена на рисунке 6.

Рисунок 6

Пьезоэлектрические микрофоныполучили широкое распространение в активных акустических извещателях. Их действие основано на том, что звуковое давление воздействует непосредственно или через диафрагму 1 и скрепленный с ней стержень 2 на пьезоэлектрический элемент 3.

При деформации последнего на его обкладках вследствие пьезоэлектрического эффекта возникает напряжение, являющееся выходным сигналом микрофона. Технологически этот процесс преобразования обратим, что позволяет использовать такую конструкцию с некоторыми изменениями в качестве излучателя.

Как правило, в качестве приемного и передающего преобразователей в большинстве звуковых (ультразвуковых) СО используются конструкции с одинаковыми колеблющимися элементами, что позволяет достичь высокой согласованности характеристик.

Инфразвуковые средства обнаружения

Инфразвуковые СО (барометрические) позволяют контролировать звуковое давление волн инфразвукового диапазона. Являются пассивными, так как не создают собственного звукового поля, а регистрируют звуковые сигналы, возникающие в зоне обнаружения. В таком частотном диапазоне (до 16 Гц) формируются инфразвуковые волны при открывании или закрывании входной двери помещения, окон (изменяется атмосферное давление в помещении), что позволяет фиксировать случаи несанкционированного входа/выхода

Типовая функциональная схема инфразвукового акустического СО (ИАСО) аналогична схеме пассивного акустического СО.При работе контролируется изменение амплитуды звукового давления инфразвуковых волн. В качестве преобразователя приемного могут использоваться различные микрофоны. Модуль анализирующий может производить обработку сигнала, как в аналоговом, так и в цифровом виде (зависит от технической реализации).

Особенностью работы является отсутствие реакции на перемещающиеся в зоне обнаружения объекты (в том числе и людей), что позволяет контролировать вход в помещение (выход из помещения) при наличии в помещении людей. Срабатывание средства происходит при открывании/закрывании дверей.

Принцип действия основан на фиксации возникновения инфразвуковых волн (изменении атмосферного давления) при открытии/закрытии дверей, окон замкнутых помещений, при вторжении нарушителя.Порывы ветра в открытое окно так же могут вызывать срабатывание такого средства, что необходимо учитывать при установке.

Средство такого вида рекомендуется устанавливать внутри охраняемого помещения, напротив входной двери или поблизости.

Звуковые средства обнаружения

Звуковые СО (ЗСО) позволяют контролировать изменение звукового давления волн в диапазоне от 16 Гц до 20 кГц. Могут быть как пассивными, так и активными.

Типовая функциональная схема звуковых СО (ЗСО) аналогична схеме акустических СО

Пассивные звуковые СО анализируют спектр звуков, поступающих на чувствительный элемент.

Звуками, представляющими интерес в отношении возможности обнаружения нарушителя, будут являться:

- возникновение шума при проникновении в помещение;

- звук разрушения конструктивных элементов здания/помещения;

- звук разбиваемого стекла.

Наиболее часто используются СО регистрирующие звук разбития стекла. Этот звук характеризуется достаточно сложным спектром присущим практически всем видам разбиваемого стекла.

Принцип действия основан на фиксации возникновения звуков разрушения стекла, при вторжении нарушителя в охраняемое пространство.

Процесс формирования такого звука состоит из нескольких этапов:

стук ударяемого предмета о стекло, вибрация и формирование звуковых колебаний стеклом при этом (как правило, звук низкой частоты);

деформация и разрушение стекла, так же сопровождаемое характерными звуками (звон, характеризуемый колебаниями высокой частоты);

звуки формируемые осколками стекла при падении о поверхность и друг о друга (звук падающего стекла, характеризуемый низкочастотными колебаниями ударов о поверхность и высокочастотными колебаниями осколков).

Некоторые высокочастотные составляющие этого спектра могут выходить за пределы 20 кГц, поэтому такое средство регистрирует часть волн ультразвукового диапазона. Некоторые средства позволяют так же фиксировать и обрабатывать вибрации, возникающие при разбитии стекла.

Анализирующая схема такого средства по определенным алгоритмам обрабатывает все звуки, поступающие на чувствительный элемент, учитывая такие характеристики как уровень звукового давления, частоту (наличие характерного спектра), длительность. В настоящее время существуют разнообразные способы (алгоритмы) обработки сигналов, как аналоговых, так и цифровых:

Активные звуковые СО формируют звуковые волны с частотой от 500 до 1000 Гц.Этот сигнал воспринимается органами слуха человека. СО анализирует частоту и амплитуду принятого сигнала.

Принцип действиятаких средств основан на фиксации изменения частоты и амплитуды звукового сигнала, поступившего на вход приемной части, при вторжении нарушителя в зону обнаружения.

Звуковые волны формируются преобразователем излучающим и излучаются в пространство помещения. Они частично огибают предметы, находящиеся в помещении (вследствие дифракции, так как длина волны соизмерима с размерами большинства предметов), что позволяет звуковым волнам равномерно заполнить помещение. Часть звуковых волн отражается от конструктивных элементов помещения, что так же способствует равномерному заполнению пространства. В каждой точке пространства можно зафиксировать несколько волн пришедших с разных направлений: прямой (первичной, непосредственно излучаемой) и отраженных от участков помещения волн.

В помещении формируется «стоячая» волна, амплитуда звукового давления которой в каждой точке среды будет постоянна с течением времени, а ее значение будет зависеть от расположения точки формирования волны

Передвижение материальных объектов (в том числе и нарушителя) в зоне обнаружения приводит к изменению процесса распространения звуковых волн (нарушитель частично поглощает, частично отражает звук).Это приводит к изменению амплитуды звукового давления в каждой точке помещения.

В соответствии с эффектом Доплера, движущийся нарушитель отражает сигнал, отличный по частоте от излученного (опорного). Перемещение движущегося объекта относительно первоначального множества вторичных источников звука, разнесенных в пространстве, вызывает сигнал тревоги. Скорость движения относительно этих объектов будет различна, что приведет к отражению нарушителем сигнала не фиксированной частоты, а целого спектра частотных составляющих. Чем быстрее движется нарушитель, тем больше частотный сдвиг.

Анализирующая схема использует различные алгоритмы обработки, как амплитуды звукового давления, так и частоты принятого сигнала.

Некоторые события, например возникновение пожара, формируют воздушные потоки, способные оказывать воздействия на звуковое поле, что позволяет их обнаруживать.

Недостатком этих средств является наличие демаскирующего звука.