Федеральное государственное общеобразовательное учреждение высшего профессионального образования.
УЛЬЯНОВСКОЕ ВЫСШЕЕ АВИАЦИОННОЕ УЧИЛИЩЕ ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ (ИНСТИТУТ)
ФАКУЛЬТЕТ «ПОДГОТОВКА АВИАЦИОННЫХ СПЕЦИАЛИСТОВ»
КАФЕДРА «ОБЕСПЕЧЕНИЕ АВИАЦИОННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ»
«УТВЕРЖДАЮ»
Заведующий кафедрой ОАБ
профессор В.М. Ильин
« » 2011г.
Доцент Вербицкий Ю А
ЛЕКЦИЯ
по учебной дисциплине
Технические средства обеспечения авиационной безопасности и их эксплуатация
Тема 3. Системы охраны периметров аэропорта.
Лекция 3.8. Вибрационно-сенсорные и сейсмические системы охраны периметров.
Обсуждена на заседании кафедры ОАБ
Протокол № от « « 2011г.
Ульяновск 2011
Введение.
Учебные вопросы.
1.Кабельные вибрационные системы охраны периметров.
2. Вибрационно-сейсмические системы
Заключение.
Литература.
Основная:
1.Авиационная безопасность: учеб. пособие: в 2 ч. Ч.1А.В. Дормидонтов, С.И. Краснов, Н.В. Павлов; под общей редакцией С.И. Краснова, - Ульяновск: УВАУ ГА(И), 2009. _ 192с.
2.
Учебно-материальное обеспечение.
1. Наглядные пособия.
2. Технические средства обучения.
3. Приложения.
Введение
1. Кабельные вибрационные системы охраны периметров.
Принцип действия таких систем основан на регистрации механических вибраций или перемещений ограды, возникающих при попытках нарушителя разрушить или преодолеть периметр. Чувствительным элементом таких систем обычно является сенсорный кабель, преобразующий механические вибрации в электрический сигнал. Кабель крепят либо непосредственно к ограде, либо к специальному легкому металлическому козырьку над ней. Сигналы кабеля обрабатываются анализатором, который в соответствии с заданным алгоритмом выдает сигнал тревоги. Ниже мы кратко рассмотрим некоторые отечественные и зарубежные системы с сенсорными виброчувствительными кабелями.
В таких системах используют сенсоры в форме кабелей . В некоторых системах используют приспособленные элементы (реальные кабели, выпускаемые промышленностью для иных целей). В других системах используют сенсорные кабели, специально разработанные для целей охранной сигнализации.
Разница между приспособленными и специально разработанными сенсорами очевидна. В приспособленных элементах для обнаружения вибраций используются, как правило, паразитные эффекты и явления, которые производители стремятся снизить при производстве продукции для ее основного назначения. Подобные эффекты не контролируются при производстве и не нормируются при выпуске продукции. Они слабы и практически всегда носят случайный характер. При использовании приспособленных изделий в качестве сенсоров трудно ожидать стабильности параметров хорошего отношения сигнала к шуму в системе. При производстве специально разработанных сенсоров их сенсорные свойства относят к основным свойствам продукции и следят за поддержанием высоких значений чувствительности и стабильности соответствующих параметров. Поэтому ожидаемая стабильность и надежность систем со специально разработанным сенсором всегда выше, чем у систем с приспособленным сенсором.
На рис.1. показано сечение многожильного телефонного кабеля. Под воздействием вибрации происходит микродеформация кабеля, и изолированные проводники трутся друг о друга. В результате на изоляции наводится объемный заряд, и на проводниках образуется разность потенциалов (трибоэффект). Дешевый телефонный многожильный кабель часто используют как сенсор для вибрационной системы сигнализации. Это типичный пример применения в качестве сенсора приспособленного кабеля. Несмотря на множество недостатков, присущих таким системам, они продолжают выпускаться в нашей стране (системы "Арал", "Дельфин-М", "Дельфин-МП", "Багульник" и др.) [1] и за рубежом ("FlexiguardTM" фирмы Advance Perimeter System [3], "Intelli Flex" фирмы Senstar-Stellar [7]).
Рис.1. Трибоэффект в многожильном кабеле
В широко известных российских периметральных системах Арал и Дельфин в качестве чувствительного элемента используется многопроводный телефонный кабель. При деформации кабеля в изолирующих оболочках наводятся электрические заряды (трибоэлектрический эффект), которые создают импульсные потенциалы между проводниками. Чувствительный элемент является своеобразным протяженным микрофоном, поэтому такой кабель иногда называют также микрофонным.
Система Арал (Рис.2.) предназначена для установки на сварных металлических сетках типа ССЦП. В качестве чувствительного элемента используется 10-парный телефонный кабель типа ТППэп 10х2х0,35, который на ограде высотой около 2-х метров рекомендуется монтировать в два прохода. На сетчатых козырьках, устанавливаемых по торцу бетонных или кирпичных оград, сенсорный кабель монтируют обычно в один проход. Кабель подключается к электронному блоку системы (анализатору), который обрабатывает сигналы сенсора и выдает сигнал тревоги, если нарушитель пытается перерезать ограду или перелезть через нее. Длина зоны обнаружения в благоприятных условиях может достигать 500 м, однако рекомендуемая длина реальной зоны обычно не превышает 250-300 м. Электронный блок системы Арал имеет габариты 95х225х320 мм; он питается от источника постоянного тока с напряжением 10 - 30 В, номинальная потребляемая мощность - 0,5 Вт, диапазон рабочих температур от -50О до +50ОС. Система снабжена элементами грозозащиты.
Рис.2.
Более совершенная система Дельфин-М по своим техническим характеристикам и тактике применения аналогична системе Арал, но отличается более современными схемными решениями. Дельфин-М также предназначен для защиты оград из сварных металлических сеток; рекомендуемая длина одной зоны охраны составляет 250 м (до 500 м для прямых однородных участков периметра). Система Дельфин-М обеспечивает возможность калибровки чувствительности под конкретную ограду и позволяет автоматически отстраиваться от индустриальных помех. Электронный блок Дельфин-М выполнен в пылевлагозащищенном корпусе с габаритами 90х220х330 мм (Фото 1.) потребляемая мощность составляет 0,1 Вт при напряжении питания 20-30 В, диапазон рабочих температур от -50О до +50ОС.
Фото 1. Электронный блок (анализатор сигналов сенсора) периметральной охранной системы Дельфин-М.
В комплект поставки систем Арал и Дельфин-М, кроме чувствительного кабеля и электронного блока входят также соединительные кабели, участковый шкаф для размещения одного или двух электронных блоков и набор принадлежностей для монтажа. В комплектную поставку, предусматривающую установку козырька, входят также сама сетка, специальные стойки и элементы крепления сетки.
За рубежом распространены системы с использованием специально разработанных коаксиальных сенсорных кабелей. Конструкция сенсорного кабеля IntrepidTM, выпускаемого фирмой SouthwestMicrowave, изображена на Рис.3. Два чувствительных проводника свободно размещаются в специальных углублениях в диэлектрике внутри коаксиального кабеля, в котором создается поле между центральным проводником и экраном. При смещении тела кабеля под воздействием вибрации чувствительные проводники, обладающие массой, остаются на месте. Они оказываются под воздействием изменяющегося электрического поля, связанного со смещением тела кабеля, и образуется разность потенциалов, которая воспринимается анализатором. Подобные сенсоры относятся к активным сенсорам, так как сами не генерируют сигнал, а требуют внешнего источника сигнала или поля. Отношение сигнала к шуму и стабильность параметров у подобных систем выше, чем у систем, основанных на трибоэффекте.
Рис.3. Электростатический сенсор вибраций
Интересен принцип, положенный в основу работы отечественной периметральной системы «Дрозд». Роль сенсорного кабеля выполняет обычный полевой провод П-274, который, перемещаясь в магнитном поле земли, генерирует электрический сигнал. Сигналы сенсора обрабатываются специальным электронным блоком. Система выпускается в нескольких вариантах. На бетонных, кирпичных и деревянных оградах (вариант системы под названием Дрозд-01) чувствительный элемент монтируется в несколько лучей на кронштейнах, устанавливаемых по верхнему торцу ограды. При монтаже на сетчатых оградах (вариант Дрозд-02) сенсор закрепляют непосредственно на ограде; при этом система регистрирует как перерезание ограды, так и перелезание через нее. При использовании на колючей проволоке (вариант Дрозд-03) кабель крепят на опорах параллельно основной ограде; для перекрытия зоны высотой 2.4 м требуется 12-13 лучей чувствительного кабеля. Варианты поставок отличаются комплектацией монтажных приспособлений. Максимальная протяженность участка периметра, защищаемого системой Дрозд, равна 500 м. Электронный блок системы питается напряжением 10 - 30 В и потребляет мощность всего 0,12 Вт. Габариты электронного блока - 220х330х90 мм, диапазон рабочих температур от -50О до +50ОС.
Обнаруживающая способность и вероятность ложных срабатываний периметральных систем определяется главным образом качеством чувствительного элемента (сенсорного кабеля или другого датчика).
наиболее совершенным виброчувствительным распределенным сенсорам можно отнести специально разработанные электромагнитные микрофонные кабели. При перемещении или вибрациях кабеля в его проводниках индуцируется напряжение подобно тому, как это происходит в обычных электромагнитных микрофонах. Для таких сенсоров характерна высокая верность воспроизведения вибраций ограды и высокое отношение сигнал/шум, обусловленное низкоомной природой самого датчика.
Примером электромагнитного микрофонного кабеля является сенсор GW400k серии Guardwire, разработанный и выпускаемый компанией Geoquip (Великобритания). Сенсорный кабель (рис.4.) содержит два неподвижных и два подвижных проводника, расположенных в зазоре между двумя полосками полукруглого сечения, выполненными из гибкого магнитного полимера. Сердечник кабеля покрыт изолирующим слоем майлара и экраном из алюминиевой фольги, к которому подключен провод заземления. Снаружи сенсорный кабель защищен прочной полиэтиленовой оболочкой.
Рис.4.
Сенсорный кабель Guardwire монтируется непосредственно на ограде и воспринимает вибрации, создаваемые нарушителем. Подвижные проводники при этом перемещаются в зазорах полимерных магнитов и в них наводится электрическое напряжение, которое регистрируется и обрабатывается анализатором.
Анализаторы системы Guardwire (фото 2.) обеспечивают двухканальную обработку сигналов, необходимую для регистрации двух основных типов вторжения: перелезания через ограду (продолжительное воздействие) или разрушения ограды (ударное воздействие). Чувствительность системы устанавливается независимо по каждому каналу. Сменные фильтры позволяют подавлять помехи (например, от ветра или дождя) и оптимизировать отклик системы для заданного типа ограды. В канале регистрации ударных воздействий (“перерезания ограды”) задается длительность “временного окна” и определенное количество “событий”, после которых анализатор включает сигнал тревоги. Габариты анализатора - 160х260х90 мм, напряжение питания - 12 В, потребляемый ток - 100 мА, диапазон рабочих температур сенсора и анализатора от -50О до +70ОС. Максимальная длина зоны охраны - 400 м.
Фото 2. Анализатор GW475 системы Guardwire
Аппаратура серии Guardwire предназначена для защиты периметральных оград из металлической сетки, тонкой сварной решетки, колючей проволоки или сравнительно легких оград из дерева. Для более массивных оград (тяжелых сварных или кованых решеток и т.п.) компания Geoquip выпускает систему Defensor с усовершенствованным сенсорным кабелем типа GDALPHA (рис.5.). Этот кабель содержит только два проводника, которые помещены в полиэтиленовые трубки с силиконовой смазкой, обеспечивающие повышение подвижности проводников и, соответственно, уровня сигнала. Для минимизации внешних наводок активные проводники сформированы в виде витой пары. Центральный многожильный провод выполняет роль упрочняющего элемента и ограничивает термические деформации сенсорного кабеля.
Рис. 5. Электромагнитный сенсор вибраций
Анализатор системы Defensor по своим техническим и эксплуатационным характеристикам близок к системе Guardwire. Он имеет размеры 140х220х75 мм; напряжение питания 10 - 24 В, потребляемый ток - 60 мА. Система работоспособна при температурах от -50О до +70ОС.
Оба анализатора имеют стандартные релейные выходы, конфигурируемые как нормально замкнутые или нормально разомкнутые. Кроме реле тревоги, анализатор содержит реле отказа, сигнализирующее о повреждении кабеля, вскрытии блоков системы или отключении питания в зоне. Анализаторы Guardwire и Defensor также имеют выходы звукового канала, что позволяет оператору прослушивать обстановку в каждой зоне и идентифицировать сигнал вторжения на слух.
Обе системы - Guardwire и Defensor - отличаются тем, что не нуждаются в адаптации к погодным условиям или сезонной подстройке параметров. Обе системы также не требуют программатора или компьютера со специальным программным обеспечением при настройке и эксплуатации.
Кабельные вибрационные сенсоры обычно крепят непосредственно к конструкциям ограды. Общие принципы монтажа кабельных систем приблизительно одинаковы. Они показаны на Рис. 6 и 7.
Рис. 6. Крепление анализатора к ограде
Рис. 7. Сопряжение зон охранной сигнализации периметра
Все линейные модули кабельной системы (анализаторы, концевые коробки, соединительные коробки и др.) крепят непосредственно к ограде с помощью винтов и планок. Сенсорный кабель крепят к ограде пластиковыми стяжками, устойчивыми к ультрафиолетовому излучению, через каждые 200 мм. Сигнальные кабели крепят к ограде такими же стяжками. К анализатору кабели подводятся снизу через герметичные вводы. Корпус анализатора заземляют, для чего используют заземлитель, который вбивают в землю. В районах с небольшой высотой снежного покрова сенсорный кабель обычно прокладывают по средней линии ограды. В северных районах рекомендуется прокладывать кабель на высоте до 1,5 м от уровня земли.
Одно из достоинств кабельных вибрационных систем состоит в том, что сенсорным кабелем могут быть защищены ворота и калитки, попадающие в зону охраны. Для этой цели используют комплект для подключения сенсора к воротам, а на створках ворот или калитки крепят петлю сенсора. Один конец петли сенсора на створке ворот с помощью этого комплекта электрически соединяется с сенсорным кабелем, прикрепленным к ограде. Другой конец петли подключается к фидерному кабелю, который пропускается под воротами по обводной трубе и с помощью второго комплекта подключается к петле сенсора на второй створке ворот. Петля сенсора на второй створке ворот, в свою очередь, подключается к сенсору, прикрепленному к ограде уже по другую сторону ворот. Так образуется непрерывная цепь охранной сигнализации в зоне.
Если требуется отключить ворота от зоны охраны, используют переключатель обхода ворот, который содержит дистанционно управляемые коммутационные цепи, позволяющие исключить петли сенсора на воротах из общей цепи охранной сигнализации. В дневное время, когда воротами пользуются часто, их отключают от системы охранной сигнализации периметра, перекладывая контроль ворот на систему контроля и управления доступом и систему телевизионного наблюдения. В ночное время ворота вновь включают в общую цепь охранной сигнализации периметра. Важно отметить, что система будет работать эффективно, если механические свойства ворот и ограды идентичны. Это происходит в случае, когда они изготовлены из одинакового материала и конструкции их схожи. Следует учесть, что во избежание ложных срабатываний системы от вибраций, которые могут происходить при открывании и закрытии ворот, подключение петель сенсора на воротах к сенсорам на ограде производят на некотором удалении от стоек ворот.
Рассмотренные кабельные вибрационные системы просты, не требуют зоны отчуждения и удобны в монтаже. Они широко используются для защиты периметра самых разнообразных объектов: особо охраняемых объектов, промышленных предприятий, электростанций, посольств, аэропортов. Большинство из них успешно действует в самых разных климатических условиях.
На
Рис.8. показан фрагмент охраняемой зоны
объекта..
Рис. 8. Фрагмент периметра охраняемого объекта.
Сенсорный кабель крепится к плетеной металлической сетке "рабица" ограды. Средой распространения вибраций, вызванных нарушителем при воздействии на ограду, служит сама ограда, и зона отчуждения для таких систем не требуется.
Надежная работа вибрационных систем с использованием сенсорных кабелей возможна лишь при выполнении нескольких обязательных условий: механические свойства ограды должны обеспечивать распространение механических колебаний; эти свойства должны быть однородны в пределах зоны охраны; свойства применяемой системы должны быть сопрягаемыми со свойствами ограды; ограда не должна служить источником случайных вибраций. Последнее условие означает, что ограда должна быть исправной; сетчатая ограда - туго натянутой; с ограды должны быть удалены все посторонние предметы, которые под действием ветра могут вызвать вибрации (в том числе и ветви деревьев и кустарника, которые могут касаться ограды). Очевидно, что высота ограды должна быть такой, чтобы ее невозможно было преодолеть без касания.