Карта сайта
Обратная связь

443086, Россия, г. Самара
ул. Ерошевского, дом 3а
+7 (846) 334-19-00, 334-19-20,
334-34-99, 334-47-71
info@kb-sb.ru
Полная контактная информация


ИК датчики

Извещатели охранные пассивные оптико-электронные


Пассивные оптико-электронные извещатели получили наиболее широкое распространение. Это связано с тем, что с помощью специально разработанных для них оптических систем можно достаточно просто и быстро получать зоны обнаружения различной формы и размеров и использовать их для охраны объектов практически любой конфигурации: жилых, производственных, торговых и административных помещений; строительных конструкций витрин, окон, дверей, стен, потолков; открытых площадок, внутренних и внешних периметров; отдельных предметов - музейных экспонатов, ЭВМ, оргтехники и т.п.


Зона обнаружения извещателя представляет собой пространственную дискретную систему, состоящую из элементарных чувствительных зон в виде лучей, расположенных в один или несколько ярусов или в виде тонких широких пластин, расположенных в вертикальной плоскости, (типа "занавес"). Условно зоны обнаружения извещателей можно разделить на 5 основных видов:

  • широкоугольная одноярусная типа "веер" (поверхностная);
  • широкоугольная, узконаправленная типа "занавес" (поверхностная);
  • узконаправленная типа "лучевой барьер" (линейная);
  •  панорамная одноярусная (поверхностная);
  •  панорамная многоярусная (объемная).

 
Принцип действия извещателей основан на регистрации разницы между интенсивностью инфракрасного излучения, исходящего от проникающего в контролируемую зону нарушителя, и фоновой температурой на охраняемом объекте.

 
Чувствительным элементом схемы является пироэлектрический преобразователь, на котором фокусируются инфракрасные лучи с помощью зеркальной или линзовой оптической системы (последние получили в настоящее время наиболее широкое распространение). Сигналы с пироприемника обрабатываются логическим блоком, который управляет выходным элементом схемы извещателя, выдающим тревожное извещения на приемно-контрольный прибор.

 
Ведущими фирмами в качестве чувствительных элементов используются пироприемники с двумя чувствительными площадками, что позволяет существенно снизить вероятность ложных срабатываний под воздействием внешних факторов, например, конвективных потоков воздуха, световых помех и т.п.

 
Для обеспечения устойчивой работы извещателя рекомендуется придерживаться следующих правил:

  • не устанавливать извещатель над отопительными приборами;
  • не направлять извещатель на вентиляторы тёплого воздуха, прожекторы, лампы накаливания и другие источники, вызывающие быстрые изменения температуры;
  • не допускать попадания на извещатель прямых солнечных лучей;
  • не допускать нахождения в зоне обнаружения предметов (штор, перегородок, шкафов и т.п.), способных создавать "мертвые" зоны, и животных.

 


 

В ИК-датчиках, предназначенных для профессионального использования, применяются так называемые схемы антимаскинга. Суть проблемы состоит в том, что обычные ИК-датчик могут быть выведены нарушителем из строя путем предварительного (когда система не поставлена на охрану) заклеивания или закрашивания входного окна датчика. Для борьбы с этим способом обхода ИК-датчиков и используются схемы антимаскинга. Метод основывается на использовании специального канала ИК-излучения, срабатывающего при появлении маски или отражающей преграды на небольшом расстоянии от датчика (от 3 до 30 см). Схема антимаскинга работает непрерывно, пока система снята с охраны. Когда факт маскирования обнаруживается специальным детектором, сигнал об этом подается с датчика на контрольную панель, которая, однако, не выдает сигнала тревоги до тех пор, пока не придет время постановки системы на охрану. Именно в этот момент оператору и будет выдана информация о маскировании. Причем, если это маскирование было случайным (крупное насекомое, появление крупного объекта на некоторое время вблизи датчика и т.п.) и к моменту постановки на сигнализацию самоустранилось, сигнал тревоги не выдается.

Еще одним защитным элементом, которым оборудованы практически все современные ИК-детекторы, является контактный датчик вскрытия, сигнализирующий о попытке открывания или взлома корпуса датчика. Реле датчиков вскрытия и маскирования подключаются к отдельному шлейфу охраны.

Для устранения срабатываний ИК-датчика от мелких животных используются либо специальные линзы с зоной нечувствительности (Pet Alley) от уровня пола до высоты порядка 1 м, либо специальные методы обработки сигналов (датчики серии IP фирмы SENTROL, датчик MC-550T фирмы C&K). Следует учитывать, что специальная обработка сигналов позволяет игнорировать животных только в том случае, если их общий вес не превышает 7...15 кг, и они могут приблизиться к датчику не ближе 2 м. Так что если в охраняемом помещении прыгучая кошка, то такая защита не поможет.

Для защиты от электромагнитных и радиопомех используется плотный поверхностный монтаж и металлическое экранирование.

Рассмотрим подробнее возможности и характеристики ИК-датчиков на примере продукции известных фирм.
Начнем с ИК-датчиков Российского производства, которые представлены серией ФОТОН. В датчиках используются линзы Френеля  и сдвоенные пироприемники. Конфигурация зон чувствительности имеет вид:

  • ФОТОН-6 - объемная трех ярусная зона длиной до 12 м, 90° в горизонтальной плоскости;
  • ФОТОН-6Б - сплошной занавес длиной 10 м, 5° в горизонтальной плоскости;
  • ФОТОН-6А - лучевой барьер длиной 20 м, 5° в горизонтальной плоскости;
  • ФОТОН-СК - объемная трех ярусная зона длиной до 10 м с двумя антисаботажными зонами или поверхностная одноярусная зона (защита от животных) длиной до 10 м.

 


 

Фирма CROW Electronic Engineering Ltd. (Израиль) выпускает широкую номенклатуру относительно дешевых, но надежных и хорошо зарекомендовавших себя моделей ИК-пассивных детекторов (например SWAN QUAD). Датчики фирмы CROW изготавливаются по ASIC-технологии - с использованием импульсных микросхем специального назначения. В датчиках используются как традиционные, так и уникальные решения.

В ИК-детекторах используются высококачественные пылезащищенные сменные линзы, формирующие зоны защиты типа вертикальный барьер длиной 22 м, многоярусная объемная зона 88° размером 18х22 м, коридорная зона 30х6 м, одноярусная зона 100° размером 15х18 м с проходом для животных. Применяются сдвоенные и счетверенные пироэлементы, обеспечивается высокая степень защиты от попадания прямого света, электромагнитного и радиочастотного излучения (до 30 В/м в диапазоне 10...1000 МГц). Предусмотрена автоматическая термокомпенсация, обеспечивающая постоянную чувствительность в рабочем диапазоне температур.

В ИК-датчике GENIUS используется двойная оптика, имитирующая трехмерное стереовидение, при обработке производится счет импульсов с возможностью переключения пределов подсчета до 2 или 4. Этот датчик позволяет игнорировать сигналы от мелких животных. ИК-детектор D&D является аналогом GENIUS в уличном исполнении - в нем обеспечены влагозащита и адаптация к изменеиям температуры, ветра и фонового шума. Датчики предназначены для сложных условий.
Для более простых условий предназначены ИК-датчики SWAN QUAD и SWAN PIR. В детекторе SWAN QUAD обеспечена возможность регулировки чувствительности и переключения режима обработки: счет до 2 или автоматический выбор пределы счета.
В новой серии SRP применяется комбинированная оптика на линзах Френеля и зеркалах для защиты зоны непосредственно под датчиком. При обработке используется спектральный анализ и фильтрация сигналов с пироприемника, а также "настоящая" двухсторонняя термокомпенсация. Предусмотрена также возможность счета до 1, 2, 3. Датчики SRP-600 и SRP-700 могут комплектоваться линзами черного цвета для повышения защиты от засветки.
Основные характеристики ИК-датчиков фирмы CROW приведены в таблице 1.
Таблица 1.

 

Характеристика GENIUS, D&D, LYNX SRP-200/300 SRP-600 SRP-700
Пироприемник DUAL DUAL DUAL QUAD
Регистрируемая скорость движения, м/с 0,15...1,8 0,3...1,5 0,3...1,5 0,5...1,5
Чувствительность, град.
при скорости движения, м/с
1,1
0,9
1,6
0,6 <
1,6
0,6 <
2,0
0,6
Время прогрева, с 3 30 20 20
Рабочая температура, град. -20...+70 -20...+60 -20...+60 -20...+60

 

 


 

Фирма PYRONIX Ltd. (Великобритания) производит ИК-пассивные датчики, в которых используется герметичная оптика, сдвоенные и счетверенные пироприемники, детекторы изготовлены по технологии поверхностного монтажа. Сменные линза Френеля обеспечивают различные конфигурации зоны чувствительности: трех ярусная объемная зона 90° (34 или 54 луча по 15 м), одноярусная поверхностная зона 142° (24 луча по 30 м), вертикальный лучевой барьер 10° (24 луча по 30 м). Для потолочных датчиков (серия OCTOPUS) зона чувствительности представляет собой 172 луча в четырех прлоскостях, угол охвата 360°. Регистрируемая датчиками скорость движения человека составляет 0,3...3 м/с. При обработке сигналов с пироприемников используются следующие запатентованные алгоритмы:

  • IFT (независимые плавающие пороги) - порог срабатывания устанавливается на низком уровне внутри частотного диапазона полезного сигнала (0,6...10 Гц) и на более высоком уровне вне этого частотного диапазона;
  • SPP (алгоритм чередующихся знаков) - подсчет импульсов ведется только для сигналов с чередующимися знаками (противоположной полярности);
  • SGP3 (счетчик групповых последовательностей) - подсчитываются только группы импульсов, имеющих противоположную полярность, и состояние тревоги возникает при появлении трех таких групп в течение установленного времени.

 В некоторых датчиках PYRONIX используется регистрация фонового теплового излучения окружающего пространства и индикация его уровня свечением светодиода. Эта функция помогает при установке датчика на объекте выбрать его рациональное размещение и оптимальный для конкретных условий метод обработки сигналов. Основные функции датчиков приведены в таблице 2.
Таблица 2.

Основные функции COLT MAGNUM ENFORCER OCTORUS
  XS ULTRA TQ SUPER QX EP SPP PLUS
IFT   + + + + + + +
SPP       + +   + +
SGP3       + +     +
Аналоговый подсчет импульсов + + +     +    
Цифровой подсчет импульсов       + +     +
Сдвоенный PIR + +   +        
Счетверенный PIR     +   + + + +
Регистрация фона         +     +
Герметичная оптика + + + + +      
Фильтр белого света + + + + +      

 

 


 

Фирма SENTROL (США), выпускающая широчайшую номенклатуру ИК-датчиков как под своей торговой маркой, так и под торговой маркой ARITECH Europe (последние имеют в своем названии префикс EV). Наиболее интересны следующие датчики.
Серия AP (у ARITECH - EV-200, EV-600) использует прецизионную зеркальную оптику со сменными зеркальными масками, формирующую зоны чувствительности типа одиночный или многовеерный занавес с равномерной чувствительностью по всей охраняемой зоне. Длина занавеса - до 25 м, рекордсменом является AP643 (у ARITECH - EV-635) с длиной луча до 60 м. Используется микропроцессорная "4D-обработка", учитывающая двухполярность, симметрию и длительность сигналов, а также адаптивный порог, дополненный 2-х или 4-х имульсным счетом. В датчиках AP950AM (EV-289) используется схема антимаскинга. Диапазон рабочих температур от -17°С до +50°С.
Серия датчиков Sharpshooter 6100 использует сменные линзы Френеля, формирующие разнообразные зоны чувствительности: одиночный длинный луч, лучевой барьер, трех-четырехярусные объемные зоны с количеством лучей до 25, углами раскрыва в горизонтальной плоскости от 6° до 140°, максимальной длиной луча от 6 м до 27 м. Используются сдвоенные и счетверенные пироприемники, цифровая обработка сигналов. Чувствительность по температуре 1°С...1,25°С. Диапазон рабочих температур от -40°С до +50°С. Имеются модификации в пылевлагозащитном исполнении, в том числе в высокопрочном алюминиевом корпусе. Допускается внутренняя и наружная установка. Рекомендуются производителем для любых применений - от школ до военных объектов. В серии датчиков PI используются специальные методы обработки сигналов, позволяющие подавлять срабатывания от мелких животных (весом до 14 кг для PI6000 и до 32 кг для PI735).

 


 

Фирма C&K Systems, Inc. (США) является одним из законодателей мод в разработке ИК-детекторов. Ее последними достижениями в этой области являются датчики нового поколения MC-550T и MC-760T. Датчики комплектуются сменными линзами Френеля, формирующими различные варианты зоны чувствительности: четырехярусную объемную (33 луча) и лучевой барьер с дополнительными антисаботажными зонами, поверхностную с аллеей для животных (максимальная дальность составляет 15 м для MC-550T и 18 м для MC-760T). В конструкции датчиков применяется специальная защита от проникновения насекомых к пироэлементу. В этих датчиках применены микроконтроллеры со встроенными аналогово-цифровыми преобразователями, позволяющими не только регистрировать наличие сигнала, но и анализировать такие его параметры, как амплитуду, длительность самих сигналов и интервалов между импульсами, неизменность величины сигнала от импульса к импульсу. Объем программы обработки сигналов, зашитой в памяти микроконтроллера, превышает 2000 байт. Цифровая обработка значительно увеличивает надежность обнаружения при одновременном снижении количества ложных срабатываний. В датчике MC-760T применяется усовершенствованный алгоритм, использующий элементы статистического обнаружения и распознавания. Особенностями этих ИК-детекторов являются:

  • игнорирование мелких животных на расстоянии более 1,9 м от датчика (масса животных не более 7 кг для MC-550T и не более 11 кг для MC-760T) за счет цифровой обработки;
  • использование прецизионной оптики (для MC-760T), обеспечивающей равномерную чувствительностью по всей диаграмме направленности;
  • "настоящая" двухсторонняя температурная компенсация;
  • широкий диапазон рабочих температур (0°С...+55°С для датчика MC-550T и -10°С...+55°С для MC-760T);
  • динамическая самодиагностика, которая автоматически проводится раз в сутки, при этом тестируются как цепи обработки информации (RAM, ROM, пороги, питание), так и сам канал обнаружения, включая пироэлемент; режим самодиагностики может быть также активирован с контрольной панели;
  • улучшенная помехозащищенность (по свету 6500 лк, по электромагнитным и радиопомехам 30 В/м для MC-550T и 40 В/м для MC-760T);
  • специальный режим поиска зон диаграммы направленности, позволяющий существенно упростить подключение и настройку датчика при установке;
  • наличие рэле вскрытия корпуса датчика.

 

 


 

Фирма PARADOX SECURITY SYSTEMS (Канада) выпускает две серии ИК-пассивных датчиков: аналоговую и микропроцессорную. Эти серии представлены как традиционными техническими решениями, так и новыми разработками фирмы. Линзы ИК-датчиков имеют сложную точную геометрию, что дает 30% увеличение собираемой энергии по сравнению со стандартными линзами. Использование 12 сменных линз позволяет выбрать требуемую конфигурацию зоны чувствительности. Применяются сдвоенные или счетверенные пироприемники с переплетенной геометрией. В ИК-датчиках используется автоматическая температурная компенсация, что обеспечивает постоянство характеристик датчиков в диапазоне температур от -25°С до +50°С. Регистрируемая скорость движения составляет 0,2...7 м/с.

В ИК-датчиках PARADOX используется запатентованный алгоритм обработки сигналов пироприемника APSP, обеспечивающий автоматическое переключение счета импульсов в зависимости от уровня сигналов: для сигналов высокого уровня детектор сразу вырабатывает тревогу, работая при этом как пороговый, а для сигналов низкого уровня автоматически переключается в режим подсчета импульсов (от 2 до 25 в зависимости от уровня), что заметно снижает вероятность ложных тревог. В своих последних разработках фирма PARADOX начала применять усовершенствованный алгоритм обработки, в который введен анализ симметричности сигнала с раздельным счетом по положительной и отрицательной полярности (Entry/Exit Analysis). Эти методы обработки реализованы в аналоговом ИК-датчике AVANTAGE, использующем счетверенный пироэлемент и до недавнего времени являвшемся наиболее эффективным из всей аналоговой серии PARADOX. В новом аналоговом датчике ParadoxPro дополнительно используются специальная линза, обеспечивающая отсутствие мертвых зон и повышенную защиту от белого света, а также металлическое экранирование и плотный поверхностный монтаж, обеспечивающие подавление электромагнитных и радиочастотных помех.

Детектор VISION-510, относящийся к микропроцессорной серии, имеет те же основные характеристики и практически идентичный алгоритм обработки (счетверенный пироэлемент, APSP, Entry/Exit Anaysis), что и AVANTAGE, отличие состоит только в технической реализации - в VISION-510 обработка производится с помощью RISC-процессора. Последней разработкой фирмы PARADOX является серия детекторов Digigard. Это полностью цифровые ИК-датчики, в которых отсутствуют аналоговые элементы. Сигнал с выхода пироприемника (сдвоенного у Digigard-50, счетверенного у Digigard-60) непосредственно поступает на АЦП с высоким динамическим диапазоном, и вся обрабока производится в цифровом виде. Использование полностью цифровой обработки позволяет избавиться от таких "аналоговых эффектов", как возможные искажения сигналов, фазовые сдвиги, избыточные шумы. В датчиках Digigard используется запатентованный алгоритм обработки сигналов SHIELD, включающий в себя APSP, а также анализ всех параметров сигналов: уровня, длительности, полярности, энергии, времени нарастания, формы, времени появления и порядка следования сигналов. Каждая последовательность сигналов сравнивается с образцами, соответствующими движению и помехам, причем опознается даже вид движения (от медленного до бега), и если не удовлетворяются критерии тревоги, то данные сохраняются в памяти для анализа следующей последовательности или вся последовательность подавляется. Совместное применение металлического экранирования и программного подавления помех позволило повысить устойчивость датчика Digigard-60 к электромагнитным и радиочастотным помехам до 30...60 В/м в диапазоне частот от 10 МГц до 1 ГГц (для сравнения без алгоритма SHIELD этот показатель в среднем составляет 20 В/м).

УСТАНОВКА И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ИК-ДАТЧИКОВ

При выборе типов и количества датчиков для обеспечения охраны конкретного объекта следует учитывать возможные пути и способы проникновения нарушителя, требуемый уровень надежности обнаружения; расходы на приобретение, монтаж и эксплуатацию датчиков; особенности объекта; тактико-технические характеристики датчиков. Особенностью ИК-пассивных датчиков является их универсальность - с их использованием возможно блокирование от подхода и проникновения самых разнообразных помещений, конструкций и предметов: окон, витрин, прилавков, дверей, стен, перекрытий, перегородок, сейфов и отдельных предметов, коридоров, объемов помещений. При этом в ряде случаев не потребуется большого количества датчиков для защиты каждой конструкции - может оказаться достаточным применения одного или нескольких датчиков с нужной конфигурацией зоны чувствительности. Остановимся на рассмотрении некоторых особенностей применения ИК-датчиков.

Общий принцип использования ИК-датчиков - лучи зоны чувствительности должны быть перпендикулярны предполагаемому направлению движения нарушителя. Место установки датчика следует выбирать так, чтобы минимизировать мертвые зоны, вызванные наличием в охраняемом помещении крупных предметов, перекрывающих лучи (например, мебель, комнатные растения). Если в помещении двери открываются внутрь, следует учитывать возможность маскировки нарушителя открытыми дверьми. При невозможности устранить мертвые зоны следует использовать несколько датчиков. При блокировке отдельных предметов датчик или датчики нужно устанавливать так, чтобы лучи зоны чувствительности блокировали все возможные подходы к защищаемым предметам.

Должен соблюдаться задаваемый в документации диапазон допустимых высот подвески (минимальная и максимальная высоты). В особенности это относится к диаграммам направленности с наклонными лучами: если высота подвески будет превышать максимально допустимую, то это приведет к уменьшению сигнала из дальней зоны и увеличению мертвой зоны перед датчиком, если же высота подвески будет меньше минимально допустимой, то это приведет к уменьшению дальности обнаружения с одновременным уменьшением мертвой зоны под датчиком.

К ложным срабатываниям ИК-датчиков могут привести помехи теплового, светового, электромагнитного, вибрационного характера. Несмотря на то, что современные ИК-датчики имеют высокую степень защиты от указанных воздействий, все же целесообразно придерживаться следующих рекомендаций:

  • для защиты от потоков воздуха и пыли не рекомендуется размещать датчик в непосредственной близости от источников воздушных потоков (вентиляция, открытое окно);
  • следует избегать прямого попадания на датчик солнечных лучей и яркого света; при выборе места установки должна учитывается возможность засветки в течение непродолжительного времени рано утром или на закате, когда солнце низко над горизонтом, или засветки фарами проезжающего снаружи транспорта;
  • на время постановки на охрану целесообразно отключать возможные источники мощных электромагнитных помех, в частности источники света не на основе ламп накаливания: люминесцентные, неоновые, ртутные, натриевые лампы;
  • для снижения влияния вибраций целесообразно устанавливать датчик на капитальных или несущих конструкциях;
  • не рекомендуется направлять датчик на источники тепла (радиатор, печь) и колеблющиеся предметы (растения, шторы), в сторону нахождения домашних животных.

Андреев Станислав Петрович
Журнал "Специальная Техника"

 


Комментари к статье:


 
Концепции безопасности