Лекция № 13

3.2.3. Способы и средства обнаружения злоумышленников и пожара. (окончание)

Микроволновые (радиоволновые) извещатели используют для обнаружения злоумышленников электромагнитные волны в СВЧ диапазоне (9-30 ГГц). Они содержат СВЧ генератор, приемник и передающие и приемные антенны. Так как на электромагнитное поле в СВЧ диапазоне не влияют акустические помехи, свет и в существенно меньшей степени атмосферные осадки, то эти извещатели все более широко применяются для охраны помещений,открытых пространств и периметров.

В зависимости от вида электромагнитного поля микроволно­вые излучатели делятся нарадиолучевые ирадиотехнические.

В радиолучевых извещателях для блокирования периметров («Радий-1», «Пион-Т (ТМ)», «Риф-РЛ», «Гарус», «Лена-2», «Протва», «Витим») антенна излучателя формирует узкую диаграмму направленности в виде вытянутого эллипсоида с высотой и шириной в середине зоны обнаружения 2-10 м. Длина одного участка обнаружения достигает 300 м. При пересечении человеком электромагнитного луча, излучаемого передающим устройством в сторону приемника, уменьшается из-за экранирующих свойств человека напряженность поля в точке приема, в результате чего возникает сигнал тревоги.

Радиоволновые объемные извещатели формируют объемную зону обнаружения, заполняющую электромагнитным полем весь объем помещения. Для снижения мощности излучения, что важно для безопасности обслуживающего персонала и повышения помехоустойчивости, в современных извещателях предусматривается импульсный режим работы. Кроме того, для уменьшения ложных тревог в схеме объемных извещателей реализуется принцип селекции на основе эффекта Допплера.

Радиотехнические извещатели обнаруживают злоумышленника по изменениям им характеристик СВЧ поля. Электромагнитное поле создается одним или несколькими СВЧ передатчиками. В качестве передающий антенны применяется специальный радиочастотный кабель, прокладываемый вдоль периметра охраняемой территории. Антенна приемника размещается в центре территории или в виде кабеля, параллельного передающему. При вторжении злоумышленника в чувствительную зону извещателя характеристики сигнала на входе приемника изменяются, что вызывает сигнал тревоги.

Способ обнаружения злоумышленника с помощью размещаемой в центре охраняемой территории антенны приемника реализован в быстро развертываемой радиотехнической системе «Виадук»», предназначенной для обнаружения вторжения в охраняемую зону злоумышленников, двигающихся ползком, согнувшись или в полный рост со скоростью 0,5-6 м/с. Передающий радиочастотный кабель располагается по периметру на расстоянии 150-300 м от антенны приемника.

В извещателе «Бином» (Россия) и «S-Trax» электромагнитное поле создается между двумя параллельно проложенными коаксиальными кабелями с отверстиями. Кабели укладываются по периметру блокируемой территории в землю на глубине 10-15 см и на расстоянии 2-3 метров друг от друга. Из отверстий кабеля, подключенного к генератору, «вытекает» электромагнитное поле и «втекает» в отверстия кабеля, подключенного к приемнику. Кабели этих извещателей создают зону обнаружения шириной до 10 м и высотой и глубиной около 70 см. Закапывание кабелей в землю позволяет применять этот извещатель для обнаружения подкопа, обеспечивает его хорошую маскировку, высокую помехоустойчивость от транспорта, однако на чувствительность этого извещателя влияет электропроводность грунта.

К вибрационным относятся извещатели, обнаруживающиезлоумышленника по создаваемой им вибрации в грунте при движении, в легком заборе (типа сетки «рабица») при попытке преодоления его нарушителем, при открывании дверей, окон, люков и др. конструкций. Вибрационные извещатели отличаются от акустических инфразвуковым диапазоном воспринимаемых ими частот колебаний блокируемой поверхности. В зависимости от физической природы преобразования механического давления в электрический сигнал вибрационные извещатели бывают электретные, магнитные, волоконно-оптические, трибоэлектрические. Если датчики извещателя размещаются в грунте, то вибрационные извещатели называют также сейсмическими.

В вибрационных извещателях чувствительные элементы выполняются в виде отдельных (пьезо- и электромагнитных) датчиков, кабелей и шлангов с жидкостью. В электретных и трибоэлектрических кабелях создается электрическое поле, в кабелях типа «Guardwire400» — магнитное поле, в световодах — световой луч.Датчики укрепляются на защищаемой поверхности, кабели навешиваются на проволочные заборы, ими опутываются ручки дверей, люков, краны трубопроводов, шланги закапываются в грунт. В результате механических воздействий нарушителя на чувствительные элементы вибрационных извещателей в них возникают электрические сигналы (в электромагнитных, магнитных, пьезоэлектрических, трибоэлектрических, электретных) или изменяются характеристики светового сигнала. Изменение давления в любой точке шланга жидкостного извещателя, вызванное вибрацией,передается к гидрофону, преобразуется в электрический сигнал, который при превышении заданного уровня вызывает сигнал тревоги. Сигнал тревоги возникает также при попытках разрушения злоумышленником кабелей.

Для надежной селекции сигналов, вызванных злоумышленником, от помех производится постоянно усложняемая в новых типах извещателей обработка сигналов от чувствительных элементов. Например, в периметровом волоконно-оптическом извещателе «Ворон» (Московский технический университет связи и информатики, АО «Рефлектор») повышение помехоустойчивости достигается применением 4 канального процессора, обучаемого послемонтажа на конкретном объекте с имитацией пересечения нарушителем заграждения.

Емкостные извещатели («Ромб-К4», «Пик», «Барьер-М», «Риф», «Градиент» и др.) создают сигналы тревоги при приближении злоумышленника к объекту охраны. С точки зрения радиотехники движение злоумышленника можно представить как приближение токопроводящей поверхности достаточно большой площади, являющейся моделью злоумышленника, к токопроводящей поверхности антенны емкостного извещателя, размещенной на объекте охраны. В качестве антенны может быть использована токопроводящая поверхность охраняемого объекта (например, сейфа) или электрический провод, укрепляемый в оконных или дверных проемах, шкафах, на стенах складов и т. д. Между человеком и антенной существует распределенная емкость, величина которой обратно пропорциональна расстоянию между ними. Принцип работы емкостных извещателей состоит в изменении эквивалентной (собственно контура и распределенной) емкости контура генератора сигналов извещателя, вызванной увеличением распределеннойемкости между приближающимся нарушителем и антенной извещателя. Изменение емкости приводит к изменению частоты генератора и уменьшению амплитуды связанного с ним контура, настроенного на частоту генератора при отсутствии вблизи антенны человека. Несовпадение частот в контурах приводит к снижению амплитуды колебаний во втором контуре, уменьшение которой менее порога вызывает сигнал тревоги. Чувствительность емкостных датчиков оценивается максимальным расстоянием приближения к антенне, которое составляет 10-30 см.

Для обнаружения пожара применяются извещатели, реагирующие на демаскирующие признаки пожара — повышенную концентрацию дыма в воздухе, высокую температуру и излучения открытого пламени. В различных условиях эти демаскирующие признаки имеют разную информативность.

На повышение температуры в помещении реагируют тепловые извещатели. Тепловые извещатели применяют в помещениях, в которых при возгорании быстро повышается температура воздуха. Тепловые извещатели делят на максимальные и дифференциальные. Максимальные подают сигнал тревоги при превышении значения температуры воздуха температуры срабатывания извещателя.

В качестве чувствительных к температуре элементов в них применяются:

• терморезисторы, уменьшающие свое сопротивление при повышении температуры;

• термобиметаллические пластины с разными коэффициентами теплового расширения, изгибаемые и размыкающие электрические контакты при повышении температуры;

• легкоплавкие сплавы (Вуда с температурой плавления 60,5°С, д^'Арсе — 79°С), замыкающие при нормальной температуре контакты извещателя;

• термоферриты с уменьшающейся с повышением температуры магнитной проницаемостью и используемые в качестве сердечников электромагнитных реле, которые размыкают контакты при снижении магнитного поля менее уровня срабатывания реле.

В извещателях с терморезисторами уменьшение сопротивления приводит к увеличению силы протекающего через них тока. При превышении его значения заданного (эталонного) возникает сигнал тревоги. Изменяя эталонное значение силы тока, можно настроить извещатель на требуемую максимально допустимую температуру.

Максимальные тепловые извещатели имеют достаточно большую инерционность (30-90 с), обусловленную временем нагревания чувствительного элемента до температуры срабатывания.

Меньшую инерционность и большую устойчивость к изменениям внешней среды имеют дифференциальные тепловые извещатели. Дифференциальный извещатель содержит два чувствительных элемента, один из которых (внешний) контактирует с воздухом среды, а другой — внутренний, размещен внутри корпуса извещателя и непосредственного контакта с окружающей средой не имеет. Сигналы с каждого из чувствительных элементов подаются на входы дифференциального усилителя. Сигнал на выходе этогоусилителя пропорционален разности входных сигналов. Когда температура обоих чувствительных элементов одинакова, то сигнал на выходе усилителя близок к нулю. Медленное повышение температуры воздуха в помещении из-за, например, жаркой погоды не изменяет уровень сигнала на выходе дифференциального усилителя. При быстром изменении температуры воздуха нагреваниечувствительных элементов происходит с разной скоростью. В результате этого входные сигналы отличаются по величине, уровеньсигнала на выходе усилителя увеличивается, что приводит к формированию сигнала тревоги.

Так как дым является наиболее информативным признаком пожара и, что особенно важно, на начальном этапе возгорания, когда нет еще открытого пламени, то наиболее широко применяются пожарные извещатели, реагирующие на дым. По принципам работы различают оптические и ионизационные извещатели. В оптическом извещателе измерительная камера с отверстиями для поступления воздуха содержит ИК-излучатель (светодиод) и фотоприемник (фотодиод), расположенные друг против друга. При отсутствии в воздухе дыма свет от излучателя попадает на фотоприемник почти без затухания. При задымленности воздуха световой поток на элементе фотоприемника уменьшается, сигнал на его выходе снижается до порогового значения.

В ионизационных извещателях вместо света используетсяпоток радиоактивного слабого излучения частиц плутония-239 со сверхнизкой излучающей активностью 10 мкКю и америций-241 с активностью 0,8-0,9 мкКю. Поток радиоактивных излучений направляется в 2 камеры. В измерительную камеру проходит окружающий воздух, а контрольная камера изолирована от воздуха. При отсутствии дыма в измерительной камере разность сигналов на выходах детекторов мала. В случае появления дыма в ней интенсивность потока снижается, разность уровней сигналов детекторов возрастает, возникает сигнал тревоги. Ионизационные извещателиотносятся к наиболее надежным пожарным датчикам, их конструкция обеспечивает полную радиационную безопасность. Но их не рекомендуется устанавливать в детских учреждения, школах, жилых помещениях и других местах, где они могут быть изъяты и разобраны детьми или чрезмерно любопытными взрослыми. Кроме того, после окончания срока эксплуатации (более 5 лет) ионизационных извещателей необходимо захоронение содержащихся в них радиоактивных веществ. Качественное сравнение ионизационных и оптических извещателей при различных видах горения приведены в табл. 3.6.

Таблица 3.6

Вид горения	Способ обнаружения
	Ионизационный	Оптический
Открытое горение древесины	+	-
Тление древесины	-	+
Тление хлопка	+	+
Открытое горение пластмассы	+	+
Горение жидкости с выделением сажи	-	+
Горение керосина	+	-

Указанные извещатели являются точечными и используются в основном для помещений типовой конфигурации. Для обнаружения возгораний в длинных и узких помещениях или конструкциях (кабельных каналах, транспортных депо, химических реакторах и др.) применяют линейные тепловые извещатели и традиционные периметровые инфракрасные извещатели.

Линейный тепловой извещатель представляет собой кабель, содержащий 4 медных проводника, каждый из которых покрытоболочкой из материала с отрицательным температурным коэффициентом. Оболочки проводников в кабеле плотно прижаты друг к другу. Концы проводников попарно соединены друг с другом, образуя две петли. Сопротивление между, петлями зависит от сопротивления оболочек, значение которой изменяется при изменении их температуры. Блок обработки линейного теплового извещателя формирует сигнал тревоги при снижении этого сопротивления менее заданного значения.

Периметровые инфракрасные извещатели реагируют на повышение величины затухания среды за счет ее задымленности так же, как реагируют они на пересечение луча злоумышленником.

Однако не все виды возгораний, особенно на начальном этапе, сопровождаются интенсивным выделением дыма. Для обнаружения пламени используются ультрафиолетовые и инфракрасныеизвещатели пламени. Ультрафиолетовый извещатель представляет собой высоковольтный газоразрядный датчик с чувствительностью в области ультрафиолетового диапазона (220-280 мкм).Ультрафиолетовые лучи от открытого пламени ионизируют газ между электродами датчика и увеличивают ток разряда, что используется в устройстве обработки для формирования сигнала тревоги. Оптические инфракрасные извещатели реагируют на излучение открытым пламенем пожара инфракрасных лучей, аналогичных инфракрасному излучению человеком.

Многообразие видов пожара и их демаскирующих признаков вынуждает разработчиков пожарных извещателей к созданию комбинированных извещателей, срабатывающих на различные признаки разных видов пожара.

Основной проблемой при создании и применении извещателей остается обеспечение высокой вероятности обнаружения злоумышленника (для охранных извещателей) и пожара (для охранно-пожарных и пожарных извещателей) и малой вероятности ложных срабатывания. Для исключения психологического привыкания охранников к ложным тревогам, которое негативно отражается на их отношении к службе, ложное срабатывание не должно происходить чаще одного раза в течение 1-2 тысяч часов.

Повысить надежность обнаружения злоумышленника или пожара можно путем дублирования извещателей с разными принципами обнаружения. Но при простом дублировании одновременно возрастает вероятность ложных тревог, так как приемно-контрольный пункт реагирует на сигнал тревоги, в том числе ложный, от каждого извещателя. Для повышения вероятности обнаружения злоумышленника и пожара при малых значениях вероятности ложной тревоги в комбинированных извещателях усложняется алгоритм обработки сигналов от разных датчиков.

В периметровых комбинированных извещателях «Протва-3,4» вибрационный извещатель навешивается на забор, под ним зону обнаружения формирует радиолучевой извещатель, а в грунт укладывается радиотехнический извещатель типа «Бином». В комбинированном извещателе для охраны особо протяженных периметров «Гоби» предусмотрена возможность комплектации различными видами датчиков: контактными, вибрационными, радиолучевыми, емкостными и др.