Вибрационные извещатели
Вибрационные средства обнаружения на сегодняшний день являются самым применяемым средством для защиты периметра и открытых площадок в ОАО «Газпром». При этом они сочетают целый ряд достоинств по сравнению с извещателями рассмотренными раннее. В связи с этим вопрос вибрационных извещателей будет рассмотрен более подробно, чем предыдущие.
Классификация вибрационных средств обнаружения (ВСО), показанная на схеме ниже, основана на их различении по применяемым ЧЭ, которые могут быть:
кабелями (связи или специализированными);
точечными преобразователями, объединенными кабелем связи;
проводного типа.
Кабельный чувствительный элемент (КЧЭ) - распределенный вибропреобразователь, имеющий относительно равномерную по длине чувствительность к деформации (растяжению, изгибу, кручению), которой он подвергается при воздействии на СЗ.
Точечные преобразователи относительно малых размеров регистрируют локальные вибрации заграждения в месте контакта; объединенные кабелем связи в «косу», обеспечивают распределенную, но неравномерную виброчувствительность. ЧЭ проводного типа представляет собой дифференциальный проводящий контур - петлю, механически связанный с заграждением, вибрации которого в магнитном поле Земли приводят к появлению индуцированных сигналов напряжения.
ВСО являются преимущественно пассивными, т.е. для их работы не требуется закачка дополнительной энергии в ЧЭ, а значит, таковые не могут быть обнаружены и идентифицированы средствами радиотехнической разведки, что дает им существенное тактическое преимущество по сравнению с активными (например, радиолучевыми). В квазипассивных ВСО используются излучения и электромагнитные волны, которые целиком сосредоточены внутри КЧЭ, также не обнаруживаемые извне.
Наиболее распространенным подклассом являются средства с распределенными «микрофонными» КЧЭ коаксиального типа, у которых изменения относительного положения проводников (внутренний / экран) под действием вибрации преобразуются под действием различных эффектов в электрические сигналы:
Трибоэффект – образование связанных зарядов (электризация) при контакте металлических проводников и изолятора-диэлектрика, и «стекание» свободных зарядов по цепи проводников кабеля (внутренний проводник – экран) при их трении или временном (чередующемся) контакте о разделяющий диэлектрик. Трибоэффект проявляется в обычных кабелях связи, может быть усилен в специальных КЧЭ.
Электретный эффект заключается в индуцировании (при изготовлении) в диэлектрике (например, тефлоне), разделяющем проводники коаксиального кабеля, связанных электрических зарядов, которые при изменении эффективного воздушного зазора между проводниками (внешний экран относительно подвижный) вызывают ток в цепи проводников.
Пьезоэффект - генерирование электрических зарядов на проводниках деформируемого коаксиального кабеля, разделенных гибким диэлектриком, который обладает пьезоэлектрическими свойствами (например, поливинилиденфторид, PVDT).
Специальный индуктивно связанный или «магнитный» кабель основан на принципе электромагнитной индукции: в подвижных проводниках, находящихся в зазорах эластичного полимерного магнитного сердечника, при вибрации образуются сигналы напряжения.
Подкласс квазипассивных ВСО начался с практически уже забытого «емкостного» кабеля, в настоящий момент успешно развивается благодаря появлению новых принципов регистрации сигналов и в связи с этим новых качеств сигнализации: идентификации места вторжения, возможности совмещения линий связи, питания и КЧЭ.
В «емкостном» коаксиальном кабеле между проводниками прикладывается относительно высокое постоянной напряжение; модуляция его емкости при механической деформации приводит к модуляции заряда, который регистрируется; его применение ограничено требованием крайне низких значений утечек (сотни ГОм).
В оптоволоконных замкнутых КЧЭ под действием вибрации происходит изменение параметров распространяющегося ИК-излучения, генерируемого лазером (диодом) и регистрируемого фотоприемником. В одномодовых КЧЭ, как правило, используется принцип двулучевой интерферометрии (с опорным плечом), позволяющий идентифицировать место нарушения по времени прихода отклика; в длину они достигают 50 км вследствие низкого затухания. В многомодовом оптоволокне (до 2 км) регистрируются, как правило, изменения в пространственной «спекл-структуре» излучения (распределения темных и светлых пятен).
Изменение волнового сопротивления кабеля (под действием вибрации) регистрируется с помощью метода времяимпульсной рефлектометрии в 2-х двухпроводных, согласованных и электромагнитно связанных длинных линиях – накачки и измерения, созданных в специальном кабеле коаксиальной конструкции. По-другому, данный принцип обнаружения можно называть проводной радиолокацией. Зондирующий импульс длительностью около 0,1 мкс распространяется с известной скоростью вдоль линии накачки (центральный неподвижный проводник – экран) и создает внутри электромагнитное поле (основная энергия в диапазоне 3…15 МГц). По цепи измерения (периферийный подвижный проводник – экран) поле регистрируется в виде амплитудно-модулированного сигнала, модуляция (профиль) которого отражает стационарные изменения волнового сопротивления по длине вследствие изгибов кабеля. Известная скорость распространения импульса дает возможность «привязки» профиля регистрируемого сигнала к длине кабеля, считая от БЭ. При отсутствии механического воздействия на кабель профиль регистрируемого сигнала практически не изменяется, что определяется посредством цифровой фильтрации. Значимая деформация кабеля приводит к значимому изменению профиля, которое обнаруживается и «привязывается» к длине КЧЭ до места вторжения нарушителя.
ЧЭ в виде множества точечных вибродатчиков, соединенных кабелем связи, появились более 50 лет назад. В качестве датчиков до сих пор используются геофоны и пьезоэлементы, реже – электромеханические датчики. Геофон представляет собой подвижную катушку, находящуюся в магнитном поле постоянного магнита, в которой посредством электромагнитной индукции (в ответ на вибрацию) вырабатывается Э.Д.С. Пьезоэлемент – кристаллическая пластина, которая вырабатывает заряд при деформации. Электромеханический датчик представляет собой «плавающий» контакт, осуществляемый в замкнутой капсуле инерциальным телом или каплей ртути.
ЧЭ проводного типа могут быть двух типов: 2-х проводные, свободно закрепляемые на заграждении, либо 3, 5…13 - проводные под натяжением, сами формирующие СЗ по верху заграждения (козырек) или вдоль него (полноростовые).
ЧЭ, основанные на различных физических эффектах, характеризуются линейностью и коэффициентом преобразования, равномерностью чувствительности по длине, порогом чувствительности (на уровне собственного шума), временной и температурной стабильностью, погонной стоимостью, восприимчивостью к внешним электромагнитным помехам. Их характеристики во многом определяют ТТХ ВСО. К примеру, высокая линейность вибропреобразования дает возможность аудио мониторинга шума с ЗО, позволяя оператору системы охранной сигнализации корректировать решения при сомнительных ситуациях. В табл. 4 сведены характеристики чувствительных элементов ВСО в относительном выражении: 3 – высокая (хорошая), 2 – средняя (удовлетворительная), 1 – низкая (плохая), 0 - отсутствует.
Таблица 4. Характеристики чувствительных элементов ВСО.
Характеристики ЧЭ
Тип ЧЭ
|
Коэффициент преобразования |
Линейность преобразования |
Равномерность чувствительности |
Собственный шум |
Стабильность характеристик |
Стоимость |
Восприимчивость к э/м помехам |
|
Распределенные пассивные |
Трибоэффект в кабеле связи |
1 |
1 |
1-2 |
3 |
1-2 |
1 |
3 |
Усиленный трибоэффект в спец. коаксиальном кабеле |
2 |
2 |
2 |
2 |
2 |
2 |
2 |
|
Усиленный трибоэффект в кабеле с трубкой |
2 |
1 |
1-2 |
2 |
1-2 |
2 |
2 |
|
Электретный кабель |
2-3 |
2-3 |
3 |
2 |
2-3 |
2-3 |
1-2 |
|
Пьезокабель |
2-3 |
2 |
3 |
1 |
3 |
2-3 |
1-2 |
|
Магнитный кабель |
3 |
3 |
3 |
1 |
3 |
3 |
1 |
|
Распределе-нные квазипассив.ные |
«Емкостной» кабель |
1-2 |
1 |
1-2 |
3 |
3 |
1 |
3 |
Одномодовый оптокабель |
1-2 |
2 |
2 |
2 |
2 |
2-3 |
0 |
|
Многомодовый оптокабель |
1-2 |
2 |
2 |
2 |
1 |
2-3 |
0 |
|
Intrepid – спец кабель |
2 |
2 |
2 |
2 |
3 |
2-3 |
1 |
|
Точе-чные |
Коса геофонов |
3 |
1-2 |
1 |
1 |
1-2 |
2 |
2 |
Коса из пьезодатчиков |
2 |
2 |
1 |
1-2 |
2 |
1 |
1-2 |
|
Прово-дные |
2 – проводные «8»- образные |
1-2 |
3 |
2 |
1 |
3 |
1 |
3 |
3…13 - проводные под натяжением |
1-2 |
3 |
3 |
1 |
3 |
2 |
2-3 |
|