Электронные системы охраны - Филипп Уокер

Возможности и трудности

Если среда, в которой движется нарушитель, той же температуры, что и его тело, инфракрасные устройства пассивного действия никуда не годятся. В возможности их широкого применения есть оговорка - удастся или нет найти эффективный способ измерения разности температур или, по крайней мере, ее выявления. Я впервые понял важность подобного устройства для создания систем сигнализации, когда прочитал, что один из американских изобретателей декларирует возможность при помощи своего прибора обнаружить собаку на расстоянии в 100 ярдов. "Не приведи господь", - подумал я тогда. Ведь речь шла фактически о патентованном генераторе ложных тревог. Тем не менее, я написал ему письмо, но ответа не получил. В тот период мне стало ясно, что технологические компоненты удобной в практическом пользовании пассивной инфракрасной системы сигнализации еще не разработаны. Позже они появились. Особых успехов в их разработке достигли Германия, США и Великобритания. Трудно гарантировать, но, по-моему, 80-е годы войдут в историю как период, когда все три системы пространственного обнаружения - ультразвуковые, микроволновые и инфракрасные устройства пассивного действия - достигли возраста возмужания.

Чувствительные элементы ИК систем

Пользователя, конечно, больше волнует результат. Но все же интересно отметить, что на путях прогресса различные страны отдают предпочтение разным светочувствительным материалам инфракрасного диапазона. В Германии используется танталит лития, а в Великобритании - керамика на свинцово-циркониево-титановой основе. Сравнительно недавно американская фирма "Pennwalt Corporation" разработала пьезоэлектрическую пленку "Купаг". В пассивных инфракрасных детекторах этот материал используется, потому что он обладает не только пьезоэлектрическим, но и фотоэлектрическим качествами.

Чтобы прибор обладал достаточной различающей способностью, в его инфракрасный "глаз" должен поступать не постоянный, а переменный по мощности поток энергии. К счастью для создателей систем охраны, нарушитель достаточно быстро меняет характер этого потока теплом своего тела. Кроме того, для воздействия на чувствительный элемент энергию надо несколько сфокусировать. К сожалению, стекло - далеко не лучший проводник инфракрасных лучей, и обычные линзы для фокусировки не подойдут. Надо искать что-то иное.

Фокусирующие элементы

Чтобы преодолеть ограничения, налагаемые свойствами обычных оптических линз, используется два метода. Вопервых, применяются зеркала. Читатели наверняка помнят " комнаты смеха" в парках отдыха. Там были установлены искажающие или так называемые "кривые" зеркала. Одно такое зеркало может отразить высокого и худого нарушителя как маленького и толстого. А второе зеркало сожмет этот образ в точку, если зеркала установлены под верным углом друг к другу. Это значит, что он сфокусирован.

При всей своей эффективности зеркальная фокусировка - метод недостаточно гибкий и пригоден только лишь для создания очень малого числа конфигураций зон перекрытия. Потребность в гибкой методике привела к тому, что многие службы безопасности приняли на вооружение линзы Френеля. Вы, наверное, видели их в прожекторах и на маяках, а также в видоискателях зеркальных фотокамер.

Какой бы тип линз не использовался, при прохождении через них мощность пучка будет падать. Соответственно, снизится и чувствительность прибора. Пунктир на рисунке показывает, насколько толстой была бы обычная выпуклая линза. Использование ступенчатой френелевской линзы снижает толщину стекла и потери энергии во много раз. Кроме того, эффективность линзы и точность фокусирования могут быть достигнуты заменой стекла на пластмассу. Вот пример гибкости возможного конструирования: фирма "Chartland Electronics Ltd" выпускает пластмассовую линзу размером 50х40 мм, способную заменить индивидуальные линзы для 24 раздельных пучков ИК-излучения.

Одно-, двух- и четырехэлементные ИК-детекторы

Ранние модели инфракрасных детекторов пассивного действия, как правило, использовали один пироэлектрический чувствительный элемент в каждом детекторном комплексе. Вскоре практика дала ответ на двойной вопрос: "Работает ли система? Можно ли ее вывести из строя?" Оказалось, что при всех достоинствах прибора как детектора, он излишне склонен давать ложные срабатывания. Ответом на это затруднение стало создание двухэлементных детекторов. Один из элементов генерирует позитивное напряжение при воздействии тепла, другой - негативное, они включены в цепь параллельно, поодиночке или блоками, и при воздействии теплового излучения на оба элемента вырабатываемый ток взаимпогашается, не вызывая сигнала тревоги. Сочетание линз и детекторов должно быть таким, чтобы тепло от нарушителя воздействовало лишь на один чувствительный элемент, который, в свою очередь, выработает ток для подачи тревоги. А вот изменения в температуре окружающей среды, звуковой шум и солнечный свет должны действовать на оба элемента сразу и при этом взаимопогашаться.

Возможны одно-, двух- и четырехэлементные детекторы. Сравнивая их устойчивость к ложным срабатываниям, стоит отметить, что пассивные инфракрасные (ПИК) детекторы реагируют на движение "поперек шерсти", то есть прямых, сходящихся в точке приема, а ультразвуковые и микроволновые допплеровские датчики - на приближение и удаление от прибора.

Двухэлементный детектор хорош, но вероятность ложных тревог все же остается. Поэтому появились четырехэлементные приборы. Например, разработанный фирмой "Pulnix" прибор "Quad Element Detector" сочетает в себе две пары пироэлектрических элементов. Выходные сигналы обеих пар поступают в блок обработки сигналов, который подает тревогу лишь после превышения обоими некоторого порогового значения.

Фирма "Racal Guardall" также разработала четырехэлементную систему "Type DX20:20" на базе пироэлектрических элементов фирмы "Philips". За счет обработки последовательности сгенерированных, сигналов на детекторах, микропроцессор различает человека, пересекающего охраняемую зону, и источник тревоги. Однако все вышеперечисленные ухищрения не помогут, если у злоумышленника или его сообщника есть возможности вывести ПИК-детектор из строя в рабочее время. ПИК-устройства мало используются в зонах высокого риска из за мнения о том, что перекрытие зоны обзора слишком легко выводит их из строя. Существуют варианты установки детекторов, которые затрудняют завешивание их маскирующими материалами, и в этом плане очень выгодно их размещение на потолках. Тем не менее, даже там их можно опрыскать маскирующим веществом, при условии, что преступнику удастся сделать это незаметно.

Чтобы ПИК-системы могли достойно конкурировать с допплеровскими ультразвуковыми и микроволновыми детекторами, усилия разработчиков были сконцентрированы на решении проблемы борьбы с маскировкой. "Pulnix "встроил в приборы серии РА 5020/5045 (четырехэлементные) так называемые детекторы ослепления, которые и распознают маскировку.

Области применения ПИК-систем сигнализации

Наиболее подходящие области применения обусловлены природой различных зон перекрытия, получаемых с помощью френелевских линз. Если вытянуть руку ладонью вниз и развести пальцы, то можно наглядно представить себе наиболее распространенную форму такой зоны.

Угол охвата в принципе может быть любым - от нескольких градусов до 180 градусов при установке на стене и полного кругового обзора, доступного потолочному датчику. Другой вариант - пальцеобразная зона, ориентированную в вертикальной плоскости для слежения за полом. Некоторые модели имеют дополнительно зону обзора, расположенную вертикально вниз по стене, чтобы исключить проползание под ПИК-устройством сигнализации.

Области применения ИК-пассивных детекторов очень схожи с использованием допплеровских ультразвуковых и микроволновых датчиков.

Возможно, больший интерес представляет использование ПИК-датчиков для создания так называемой шторной или тонкослойной зоны. Двухэлементный прибор видит только один "палец", составленный из двух близко расположенных зон чувствительности. Хотя толщина их мала, электронное устройство способно обнаружить вход и выход из зоны слежения. 90 градусов перекрытия достигаются в другой плоскости. Такая защита используется в картинных галереях, на проходных или у окон служебных и торговых помещений. Поворот "шторки" в горизонтальную плоскость позволяет перекрыть такие уязвимые места в здании, как стеклянные крыши. Для жилых помещений особенно ценна установка детектора лучом вниз. Таким образом, создается "занавес" от потолка почти до пола. При правильной оценке просвета, необходимого для прохода мелких животных, снижается риск ложных срабатываний. Подобная схема обеспечивает слежение за дверьми и окнами, поэтому этот небольшой просвет у пола не опасен.