Главная · Ремонт, обслуживание и т.п · Принцип работы датчиков охранной сигнализации. Бесконтактные датчики Минусы СВЧ ДД

Принцип работы датчиков охранной сигнализации. Бесконтактные датчики Минусы СВЧ ДД

– это такие датчики, которые работают без физического и механического контакта. Они работают через электрическое и магнитное поле, а также широко используются и оптические датчики. В этой статье мы с вами разберем все три типа датчиков: оптические, емкостные и индуктивные, а также в конце проделаем опыт с индуктивным датчиком. Кстати, в народе бесконтактные датчики называют также и бесконтактными выключателями , так что не бойтесь, если увидите такое название;-).

Оптический датчик

Итак, пару слов об оптических датчиках… Принцип срабатывания оптических датчиков показан на рисунке ниже

Барьерный

Помните какие-нибудь кадры из фильмов, где главным героям приходилось пройти через оптические лучи и не задеть ни один из них? Если луч задевался какой-либо частью тела, срабатывала сигнализация.


Луч излучается посредством какого-либо источника. А также есть “лучеприемник”, то есть та штучка, которая принимает луч. Как только луча не будет на лучепримнике, то сразу же в нем включится или выключится контакт, который будет уже непосредственно управлять сигнализацией или еще чем-нибудь по вашему усмотрению. В основном источник луча и лучеприемник, называется лучеприемник правильно “фотоприемник”, идут в паре.

Очень большой популярностью в России пользуются оптические датчики перемещений фирмы СКБ ИС



В этих типах датчиков есть и источник света и фотоприемник. Они находятся прямо в корпусе этих датчиков. Каждый тип датчиков представляет из себя законченную конструкцию и используется в ряде станков, где нужна повышенная точность обработки, вплоть до 1 микрометра. В основном это станки с системой Ч ислового П рограммного У правления (ЧПУ ), которые работают по программе и требуют минимального вмешательства человека. Эти бесконтактные датчики построены по такому принципу

Такие типы датчиков обозначаются буквой “T ” и называются барьерными . Как только оптический луч прервался, датчик сработал.

Плюсы:

  • дальность действия может достигать до 150 метров
  • высокая надежность и помехозащищенность

Минусы:

  • при больших расстояниях срабатывания требуется точная настройка фотоприемника на оптический луч.

Рефлекторный

Рефлекторный тип датчиков обозначается буквой R . В этих типах датчиков излучатель и приемник расположены в одном корпусе.


Принцип действия можно увидеть на рисунке ниже

Свет от излучателя отражается от какого-либо светоотражателя (рефлектора) и попадает в приемник. Как только луч прерывается каким-либо объектом, то датчик срабатывает. Очень удобен этот датчик на конвейерных линиях при подсчете продукции.

Диффузионный

И последний тип оптических датчиков – диффузионные – обозначаются буквой D . Выглядеть могут по разному:



Принцип работы такой же, как и у рефлекторного, но здесь свет уже отражается от предметов. Такие датчики рассчитаны на маленькое расстояние срабатывания и неприхотливы в своей работе.

Емкостные и индуктивные датчики

Оптика оптикой, но самые неприхотливые в своей работе и очень надежные считаются индуктивные и емкостные датчики. Примерно вот так они выглядят


Они очень похожи друг на друга. Принцип их работы связан с изменением магнитного и электрического поля. Индуктивные датчики срабатывают при поднесении к ним какого-либо металла. На другие материалы они не “клюют”. Емкостные же срабатывают почти на любые вещества.

Как работает индуктивный датчик

Как говорится, лучше один раз увидеть, чем сто раз услышать, поэтому проведем небольшой опыт с индуктивным датчиком.

Итак, у нас в гостях индуктивный датчик российского производства


Читаем, что на нем написано


Марка датчика ВБИ бла бла бла бла, S – расстояние срабатывания , здесь оно составляет 2 мм, У1 – исполнение для умеренного климата, IP – 67 – уровень защиты (короче уровень защиты здесь очень крутой), U b – напряжение, при котором работает датчик , здесь напряжение может быть в диапазоне от 10 и до 30 Вольт, I нагр – ток нагрузки , этот датчик может выдать в нагрузку силу тока до 200 миллиампер, думаю, это прилично.

На развороте бирки схема подключения этого датчика.


Ну что, заценим работу датчика? Для этого цепляем нагрузку. Нагрузкой у нас будет светодиод, соединенный последовательно с резистором с номиналом в 1 кОм. Зачем нам резистор? Светодиод в момент включения начинает бешено жрать ток и сгорает. Для того чтобы это предотвратить, в цепь ставится последовательно со светодиодом резистор.


На коричневый провод датчика подаем плюс от Блок питания , а на синий – минус. Напряжение я взял 15 Вольт.

Наступает момент истины… Подносим к рабочей зоне датчика металлический предмет, и датчик у нас тут же срабатывает, о чем говорит нам светодиод, встроенный в датчик, а также наш подопытный светодиод.


На другие материалы, кроме металлов, датчик не реагирует. Баночка канифоли для него ничего не значит:-).


Вместо светодиода может использоваться вход логической схемы, то есть датчик при срабатывании выдает сигнал логической единицы, которая может использоваться в цифровых устройствах.

Заключение

В мире электроники эти три типа датчиков находят все более широкое применение. С каждым годом производство этих датчиков растет и растет. Они используются абсолютно в разных областях промышленности. Автоматизация и роботизация без этих датчиков была бы невозможна. В этой статье я разобрал только простейшие датчики, которые выдают нам только сигнал “включен-выключен” или, если сказать на профессиональном языке, один бит информации. Более навороченные типы датчиков могут выдавать различные параметры и даже могут соединяться с компьютерами и другими устройствами напрямую.

Купить индуктивный датчик

В нашем радиомагазине индуктивные датчики стоят в 5 раз дороже, чем если бы их заказывать с Китая с Алиэкспресса.


Вот можете глянуть разнообразие индуктивных датчиков.

Датчиком движения именуют маленькую составную часть приспособлений, относящихся к разряду датчиков обнаружения.

Главная цель подобных аппаратов, в охранной сфере – сообщение о действиях, указанных в программе, на специальный пульт.

Датчики движения подлежат классификации по месту их размещения:

  • размещенные внутри объекта;
  • расположенные по всему периметру на улице;
  • установленные по периферии;

Типичные действия, которые входят в программу датчиков:

  • реагирование на телодвижения людей, на обозначенной территории;
  • сообщение о повреждениях форточек, стекол, оконных и балконных конструкций;
  • уведомление о попытках вторжения через стены и крышу;

Устройство и принцип работы


Принцип работы и само устройство ДД достаточно просты:

  1. В прибор установлен датчик, замечающий излучение тепла людей, после чего, срабатывает система, например, осветительных устройств.
  2. На подконтрольной территории ДД, при возникновении движения, которое спровоцировал человек, осуществляется замыкание силовой цепочки.
  3. Осуществление контрольных функций без перерыва, в установленном месте, за инфракрасным излучением – главный принцип срабатывания ДД.
  4. В месте наблюдения, тепловое поле изменяется, при появлении достаточного по весу, объекта в движении.
  5. В контролируемой зоне, ДД может подать сигнал, если телодвижения человека не существенные, например, он просто размахивает рукой. Это возникает из-за чередования зон общего инфракрасного поля в шахматной последовательности.
  6. Для срабатывания датчиков важно, чтобы объект двигался.
  7. С помощью ДД можно производить управление электронными аппаратами – освещением, работой кондиционеров, мероприятий охраны.

Во всех ДД возможно поменять настройки:

  1. Промежуток времени отключения. Можно задавать любое время с момента обнаружения движения.
  2. Предел освещенности. Это нужно для того, чтобы контролировать работу аппарата в разный период суток.
  3. Порог чувствительности. Чем больше чувствительность, тем быстрее прибор среагирует.

Область применения

Наиболее распространенные ситуации, при которых использование ДД будет полезным:

  • регулировка процессов запуска фонтана;
  • управление функцией подсветки плавательного бассейна, искусственных водоемов;
  • регулировка процесса деятельности световых приборов при входе в помещения;
  • охранные объекты;

Все категории этих приборов можно использовать в работе совместно с таймерами и сенсорными устройствами, которые осуществляют слежение и управление периодичностью осветительных приборов. Подобные конфигурации датчиков называют сумрачными выключателями. Они запускают работу самих датчиков только в темное время суток.

Виды датчиков движения

На сегодня, наибольшим спросом пользуются виды ДД:

  • ультразвуковые (УЗ);
  • инфракрасные (ИК);
  • микроволновые (СВЧ);
  • комбинированные;

Каждый вид имеет достоинства и недостатки, применяется в разных условиях.

Рассмотрим по отдельности обозначенные типы ДД:

Ультразвуковой

Осуществляет слежку за объектами ультразвуком. При передвижении людей, датчик срабатывает. Их часто устанавливают в патронниках автомашин, в системах осуществления контроля за слепыми зонами. В жилых комплексах отменно показали себя на лестничных площадках.

Недостатки УЗ ДД:

  1. У животных вызывает дискомфорт, поскольку они чувствуют ультразвуковые частоты.
  2. Дальность действия не далека.
  3. Начинает работать только при резких движениях, их можно обмануть плавными действиями.

Плюсы УЗ ДД:

  1. Невысокая ценовая категория.
  2. Не подвержены воздействиям природной среды.
  3. Фиксируют движения при любых материалах объекта.
  4. Не теряют рабочие функции при возникновении влажности, пыли.
  5. Не реагируют на перепады температурного режима окружающей среды.

Инфракрасный ДД


Обнаруживает изменения теплового излучающего действия окружающих объектов. При передвижении людей, излучение по очереди фокусируется линзами прибора на сенсоре, что служит посылом для выполнения установленной в датчике функции. При повышении количества установленных линз, увеличивается чувствительность аппарата. Зона охвата у ДД зависит от площади поверхности линз.

Недостатки ИК ДД:

  1. Они могут ложно срабатывать на теплый ветер.
  2. При работе в уличных условиях, снижается достоверность из-за попадания дождя, солнечных лучей.
  3. Не видит людей, искусственным образом не излучающих ИК излучения (накрытых специальными материалами).

Плюсы ИК ДД:

  1. Точность регулирования расстояния нахождения объектов при их движении.
  2. Удобство применения вне зданий, поскольку реагирует только на объекты с собственной температурой.
  3. Полная безвредность для людей, животных, поскольку вредных компонентов не выделяет.

Микроволновый ДД

Выпускает магнитные волны высокой частоты, которые, отражаясь, замечаются сенсором. При их изменении, прибором приводится в действие, обозначенная у него функция.

Минусы СВЧ ДД:

  1. Наиболее высокая цена на него.
  2. Возможны ложные срабатывания, при появлении признаков движения за установленным диапазоном наблюдения, например, за окном.
  3. Могут представлять опасность здоровью людей, следует отдавать предпочтение ДД с минимальной мощностью производимого излучения. Безвредным считается непрерывное излучение с потоком мощности до 1 мВт.

Плюсы СВЧ ДД:

  1. В охранных целях, может устанавливать объекты за хрупкими стенами, стеклами.
  2. Режим его работы не влияет от температуры среды.
  3. Реагирует даже на малозначительные движения.
  4. Сам по себе имеет небольшие размеры,

Комбинированные ДД

Как выбрать датчик движения?

Если устройство приобретается для установки в условиях улицы, то необходимо знать:

  1. Температуры, при которых возможна эксплуатация прибора: от -35 до +50 градусов, влажность – до 100 %.
  2. Класс, к которому отнесена защита устройства.
  3. Качество и удобство настройки параметров прибора.
  4. Присутствие антисаботажной функции, которая дает уведомления, если кто-то пожелает сломать аппарат.

Если ДД приобретается для внутреннего пользования, то он может иметь небольшой температурный режим работы, но для него важен имеющийся угол обнаружения: от 180 до 360 градусов.

Перед тем, как приступить к выбору ДД, следует выделить основные параметры:

  1. Сфера использования: дома, на улице, в организации.
  2. Наличие энергосберегающей функции.
  3. Дальность режима срабатывания.
  4. Точная настройка параметров включения и выключения датчика.

Советы по выбору:

  1. Для квартир, домов лучше всего приобретать инфракрасный датчик обнаружения движения, он не представит опасности для людей, от него не исходят излучения, он экономично расходует электроэнергию.
  2. Не рекомендуют использовать ДД с люминесцентными лампочками, предпочтение лучше отдавать светодиодным или обычным.
  3. Класс защиты, для уличных вариантов ДД, охранного наклона, должен составлять 65 или 55.

Лучшие модели

Самыми популярными вариантами датчиков движения признаны:

Flash-SRP600, LC 100 (цена – 403,1 руб.)


Модель Flash не срабатывает на появление животных, если вес их меньше 25 кг.

Crow LC 102 (цена – 1 397,96 руб.)

Приборы Crow LC102, SWAN 1000 являются комбинированными, они очень точные.

SWAN 1000 (цена-1410 руб.)


Страж П-314 (цена -2 913,03 руб.)


Их применяют в сфере охраны. Он не дает реакцию на телодвижения животных. Работа распространяется на определение ИК излучения людей. При обнаружении ИК излучения, датчик выясняет вес объекта и сигнализирует на пульт, когда он больше 20 кг.

Преимущества:

  • простота в процессе установки;
  • имеет модный дизайн;
  • его можно устанавливать на улице;

PIR-3SP (цена – 2890 руб.)


Среди беспроводных ДД, большим спросом пользуется PIR-3SP. Он, так же не реагирует на движения животных, применяется в сфере охраны объектов.

Обработка поступающего сигнала происходит микропроцессором, который производит дополнительную проверку информации.

Преимуществами прибора являются:

  • подача сигналов тестирования на центральный блок;
  • при разряде батареи подается сигнал;
  • применение протокола шифрования данных с кодом;

Установка датчика

Процесс установки датчиков движения технически не сложен и не составит труда для профессионала в этом деле. Без специальных познаний, лучше этим не заниматься.

Кабель ДД соединяется с общей проводкой целого дома или помещения, через стандартную коробку распределения.

Совместно с датчиком движения, как правило, сразу происходит установка таймера, сенсорных устройств, реагирующих на изменения интенсивности внешнего освещения. Это делается для того, что бы ДД включался только при наступлении темноты на улице.

В процессе установки датчиков, нужно учитывать габариты помещения, расположение оконных и дверных проемов, наличие козырьков, поскольку все это оказывает влияние на правильную и достоверную работу приборов.

Подробные инструкции по установке ДД и мер безопасности, которые следует при этом соблюдать, указаны в паспортах купленных приборов.

Выводы

  1. Датчики движения – довольно распространенные приборы во многих сферах: от осветительных приборов, до охранных комплексов.
  2. От типов ДД зависят их функциональные особенности и сфера применения.
  3. Оптимальными вариантами являются комбинированные ДД, которые не имеют недостатков.
  4. При выборе ДД внимание следует уделять температурным режимам их работы, безопасности для людей и животных, наличию функции энергосбережения и антисаботажной системы.
  5. Установку ДД лучше доверить профессионалам, а вот выбрать его – под силу каждому.

Современный автомобиль состоит из множества механических, электромеханических и электронных компонентов. Оптимальная работа двигателя должна обеспечиваться независимо от внешних условий. При изменении внешних факторов, работа узлов и компонентов должна адаптироваться под них. Датчики автомобиля служат своеобразным следящим устройством за работой автомобиля. Рассмотрим основные датчики:

3. Датчик расхода воздуха в авто — на что влияет?

Принцип работы датчика расхода воздуха основан на измерении количества тепла, отданного потоку воздуха во впускном коллекторе двигателя. Нагревательный
элемент датчика установлен перед воздушным фильтром автомобиля. Изменение
скорости потока воздуха и, соответственно, его массовой доли, отражается на степени
изменения температуры нагревательной спирали MAF-сенсора.

«Троение» двигателя при работе и потеря мощности говорит о возможном выходе из строя датчика расхода воздуха.

4. Кислородный датчик, лямда-зонд — неисправность датчика

Кислородный датчик или лямда-зонд определяет количество кислорода в выпускном коллекторе, оставшегося после сгорания топлива. Лямда-зонд входит в электронную систему управления двигателем, которая регулирует количество топлива, обеспечивая его полноту сгорания. Повышенный расход топлива характеризует возможную неисправность датчика.

5. Датчик дроссельной заслонки — признаки неисправности

Этот датчик представляет собой электромеханическое устройство, состоящего из чувствительного элемента и шагового двигателя.

Чувствительным элементом является
температурный датчик, а шаговый двигатель является исполнительным механизмом.
Это электромеханическое устройство изменяет положение дроссельной заслонки
относительно температуры охлаждающей жидкости. Таким образом, частота вращения
коленчатого вала двигателя зависит от степени нагрева ОЖ.

Характерным признаком неисправности этого датчика является отсутствие прогревочных оборотов и повышенный расход топлива.

6. Датчик давления масла — функции, выход из строя

На автомобилях японской марки устанавливается датчик давления масла мембранного
типа. Датчик состоит из двух полостей, разделенных гибкой мембраной. Масло
воздействует на мембрану с одной стороны, прогибаясь от давления. В измерительной
полости датчика мембрана соединена со штоком реостата.

В зависимости от давления моторного масла, мембрана прогибается больше или меньше, изменяя при этом общее сопротивление сенсора. Датчик давления масла расположен на блоке цилиндров двигателя.

Горящая лампочка давления масла на панели автомобиля может свидетельствовать о выходе из строя датчика.

7. Не работает датчик детонации в двигателе?

Датчик детонации двигателя измеряет угол опережения зажигания. При нормальной работе двигателя датчик находится в «холостом» режиме. При изменении процесса
сгорания в сторону взрывного характера сгорания топлива-детонации, датчик посылает сигнал электронной системе управления двигателем для изменения угла опережения
зажигания в сторону уменьшения.

Он расположен в районе воздушного фильтра на блоке цилиндров. Для проверки работоспособности датчика детонации, необходимо выполнить .

8. Датчик угла поворота распредвала — троит двигатель

Этот датчик находится на головке блока цилиндров и измеряет частоту вращения
распределительного вала двигателя, и на основе сигналов от датчика, блок управления определяет текущее положение поршней в цилиндрах.

Неравномерность работы двигателя и троение свидетельствует о некорректной работе датчика. Проверку производят при помощи омметра, измеряя сопротивление между клеммами сенсора.

9. Датчик АБС / ABS в автомобиле — проверяем работоспособность

Датчики АБС электромагнитного типа устанавливаются на колесах автомобиля и входят в антиблокировочную систему автомобиля.

Функцией датчика является измерение частоты вращения колеса. Объектом измерения датчика является сигнальный зубчатый диск, который установлен на ступице колеса. При неисправном датчике АБС, контрольная лампочка на панели управления не гаснет после запуска двигателя.

Технология определения работоспособности датчика заключается в измерении сопротивления между контактами датчика, при неисправности сопротивление равняется нулю.

10. Датчик уровня топлива в авто — как проверить работоспособность?

Датчик уровня топлива устанавливается в корпус бензонасоса и состоит из нескольких компонентов. Поплавок посредством длинной штанги воздействует на секторный реостат, который изменяет сопротивление датчика в зависимости от уровня топлива в баке автомобиля. Сигналы датчика поступают на стрелочный или электронный указатель на панели управления автомобиля. Проверка работоспособности датчика уровня топлива осуществляется омметром, которым измеряется сопротивление между контактами датчика.

ИК-ПАССИВНЫЕ ДАТЧИКИ ОХРАННОЙ СИГНАЛИЗАЦИИ

Датчики являются одним из главных элементов системы сигнализации и во многом определяют ее эффективность. Анализ номенклатуры датчиков, предлагаемых крупнейшими производителями систем охранной сигнализации, показывает, что в классе датчиков для охраны помещений наиболее популярными являются инфракрасные (ИК) пассивные, комбинированные (в основном ИК+микроволновые), различные модификации контактных (в первую очередь магнитоконтактные) и акустические датчики разбития стекла. Реже применяются микроволновые, ультразвуковые активные и инерционные ударные датчики.
Ниже рассматриваются принципы действия, номенклатура и особенности применения наиболее популярных датчиков охранной сигнализации - ИК-пассивных. Эти датчики предназначены в первую очередь для защиты объема охраняемого помещения.

ИК-пассивные датчики, называемые также оптико-электронными, относятся к классу детекторов движения и реагируют на тепловое излучение движущегося человека. Принцип действия этих датчиков основан на регистрации изменения во времени разницы между интенсивностью ИК излучения от человека и фонового теплового излучения. В настоящее время ИК-пассивные датчики являются самыми популярными, они составляют неотъемлемый элемент охранной системы практически каждого объекта.
Для того чтобы нарушитель был обнаружен ИК-пассивным датчиком, необходимо выполнение следующих условий:

  • нарушитель должен пересечь в поперечном направлении луч зоны чувствительности датчика;
  • движение нарушителя должно происходить в определенном интервале скоростей;
  • чувствительность датчика должна быть достаточной для регистрации разницы температур поверхности тела нарушителя (с учетом влияния его одежды) и фона (стены, пол).
  • ИК-пассивные датчики состоят из трех основных элементов:
  • оптической системы, формирующей диаграмму направленности датчика и определяющей форму и вид пространственной зоны чувствительности;
  • пироприемника, регистрирующего тепловое излучение человека;
  • блока обработки сигналов пироприемника, выделяющего сигналы, обусловленные движущимся человеком, на фоне помех естественного и искусственного происхождения.

ОПТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА

Современные ИК-датчики характеризуются большим разнообразием возможных форм диаграмм направленности. Зона чувствительности ИК-датчиков представляет собой набор лучей различной конфигурации, расходящихся от датчика по радиальным направлениям в одной или нескольких плоскостях. В связи с тем, что в ИК-детекторах используются сдвоенные пироприемники, каждый луч в горизонтальной плоскости расщепляется на два (см. рис. 1).

Зона чувствительности детектора может иметь вид:

  • одного или нескольких, сосредоточенных в малом угле, узких лучей;
  • нескольких узких лучей в вертикальной плоскости (лучевой барьер);
  • одного широкого в вертикальной плоскости луча (сплошной занавес) или в виде многовеерного занавеса;
  • нескольких узких лучей в горизонтальной или наклонной плоскости (поверхностная одноярусная зона);
  • нескольких узких лучей в нескольких наклонных плоскостях (объемная многоярусная зона).
  • При этом возможно изменение в широком диапазоне протяженности зоны чувствительности (от 1 м до 50 м), угла обзора (от 30° до 180°, для потолочных датчиков 360°), угла наклона каждого луча (от 0° до 90°), количества лучей (от 1 до нескольких десятков). Многообразие и сложная конфигурация форм зоны чувствительности обусловлены в первую очередь следующими факторами:
  • стремлением разработчиков обеспечить универсальность при оборудовании различных по конфигурации помещений - небольшие комнаты, длинные коридоры, формирование зоны чувствительности специальной формы, например с зоной нечувствительности (аллеей) для домашних животных вблизи пола и т.п.;
  • необходимостью обеспечения равномерной по охраняемому объему чувствительности ИК детектора.

На требовании равномерной чувствительности целесообразно остановиться подробнее. Сигнал на выходе пироприемника при прочих равных условиях тем больше, чем больше степень перекрытия нарушителем зоны чувствительности детектора и чем меньше ширина луча и расстояние до детектора. Для обнаружения нарушителя на большом (10...20 м) расстоянии желательно, чтобы в вертикальной плоскости ширина луча не превышала 5°...10°, в этом случае человек практически полностью перекрывает луч, что обеспечивает максимальную чувствительность. На меньших расстояниях чувствительность детектора в этом луче существенно возрастает, что может привести к ложным срабатываниям, например, от мелких животных. Для уменьшения неравномерной чувствительности используются оптические системы, формирующие несколько наклонных лучей, ИК детектор при этом устанавливается на высоте выше человеческого роста. Общая длина зоны чувствительности тем самым разделяется на несколько зон, причем "ближние" к детектору лучи для снижения чувствительности делаются обычно более широкими. За счет этого обеспечивается практически постоянная чувствительность по расстоянию, что с одной стороны способствует уменьшению ложных срабатываний, а с другой стороны повышает обнаружительную способность за счет устранения мертвых зон вблизи детектора.
При построении оптических систем ИК-датчиков могут использоваться:

  • линзы Френеля - фасеточные (сегментированные) линзы, представляющие собой пластиковую пластину с отштампованными на ней несколькими призматическими линзами-сегментами;
  • зеркальная оптика - в датчике устанавливается несколько зеркал специальной формы, фокусирующих тепловое излучение на пироприемник;
  • комбинированная оптика, использующая и зеркала, и линзы Френеля.
  • В большинстве ИК-пассивных датчиков используются линзы Френеля. К достоинствам линз Френеля относятся:
  • простота конструкции детектора на их основе;
  • низкая цена;
  • возможность использования одного датчика в различных приложениях при использовании сменных линз.

Обычно каждый сегмент линзы Френеля формирует свой луч диаграммы направленности. Использование современных технологий изготовления линз позволяет обеспечить практически постоянную чувствительность детектора по всем лучам за счет подбора и оптимизации параметров каждой линзы-сегмента: площади сегмента, угла наклона и расстояния до пироприемника, прозрачности, отражающей способности, степени дефокусировки. В последнее время освоена технология изготовления линз Френеля со сложной точной геометрией, что дает 30% увеличение собираемой энергии по сравнению со стандартными линзами и соответственно увеличение уровня полезного сигнала от человека на больших расстояниях. Материал, из которого изготавливаются современные линзы, обеспечивает защиту пироприемника от белого света. К неудовлетворительной работе ИК-датчика могут привести такие эффекты, как тепловые потоки, являющиеся результатом нагревания электрических компонентов датчика, попадание насекомых на чувствительные пироприемники, возможные переотражения инфракрасного излучения от внутренних частей детектора. Для устранения этих эффектов в ИК-датчиках последнего поколения применяется специальная герметичная камера между линзой и пироприемником (герметичная оптика), например в новых ИК-датчиках фирм PYRONIX и C&K. По оценкам специалистов, современные высокотехнологичные линзы Френеля по своим оптическим характеристикам практически не уступают зеркальной оптике.
Зеркальная оптика как единственный элемент оптической системы применяется достаточно редко. ИК-датчики с зеркальной оптикой выпускаются, например, фирмами SENTROL и ARITECH. Преимуществами зеркальной оптики являются возможность более точной фокусировки и, как следствие, увеличение чувствительности, что позволяет обнаруживать нарушителя на больших расстояниях. Использование нескольких зеркал специальной формы, в том числе многосегментных, позволяет обеспечить практически постоянную чувствительность по расстоянию, причем эта чувствительность на дальних расстояниях приблизительно на 60% выше, чем для простых линз Френеля. С помощью зеркальной оптики проще обеспечивается защита ближней зоны, расположенной непосредственно под местом установки датчика (так называемая антисаботажная зона). По аналогии со сменными линзами Френеля, ИК-датчики с зеркальной оптикой комплектуются сменными отстегивающимися зеркальными масками, применение которых позволяет выбирать требуемую форму зоны чувствительности и дает возможность адаптировать датчик к различным конфигурациям защищаемого помещения.

В современных высококачественных ИК-детекторах используется комбинация линз Френеля и зеркальной оптики. При этом линзы Френеля используются для формирования зоны чувствительности на средних расстояниях, а зеркальная оптика - для формирования антисаботажной зоны под датчиком и для обеспечения очень большого расстояния обнаружения.

ПИРОПРИЕМНИК

Оптическая система фокусирует ИК излучение на пироприемнике, в качестве которого в ИК-датчиках используется сверхчувствительный полупроводниковый пироэлектрический преобразователь, способный зарегистрировать разницу в несколько десятых градуса между температурой тела человека и фона. Изменение температуры преобразуется в электрический сигнал, который после соответствующей обработки вызывает сигнал тревоги. В ИК-датчиках обычно используются сдвоенные (дифференциальные, DUAL) пироэлементы. Это связано с тем, что одиночный пироэлемент одинаковым образом реагирует на любое изменение температуры независимо от того, чем оно вызвано - человеческим телом или, например, обогревом помещения, что приводит к повышению частоты ложных срабатываний. В дифференциальной схеме производится вычитание сигнала одного пироэлемента из другого, что позволяет существенно подавить помехи, связанные с изменением температуры фона, а также заметно снизить влияние световых и электромагнитных помех. Сигнал от движущегося человека возникает на выходе сдвоенного пироэлемента только при пересечении человеком луча зоны чувствительности и представляет собой почти симметричный двухполярный сигнал, близкий по форме к периоду синусоиды. Сам луч для сдвоенного пироэлемента по этой причине расщепляется в горизонтальной плоскости на два. В последних моделях ИК-датчиков с целью дополнительного снижения частоты ложных срабатываний используются счетверенные пироэлементы (QUAD или DOUBLE DUAL) - это два сдвоенных пироприемника, расположенные в одном датчике (обычно размещаются один над другим). Радиусы наблюдения этих пироприемников делаются различными, и поэтому локальный тепловой источник ложных срабатываний не будет наблюдаться в обоих пироприемниках одновременно. При этом геометрия размещения пироприемников и схема их включения выбирается таким образом, чтобы сигналы от человека были противоположной полярности, а электромагнитные помехи вызывали сигналы в двух каналах одинаковой полярности, что приводит к подавлению и этого типа помех. Для счетверенных пироэлементов каждый луч расщепляется на четыре (см. рис.2), в связи с чем максимальное расстояние обнаружения при использовании одинаковой оптики уменьшается приблизительно вдвое, так как для надежного обнаружения человек должен своим ростом перекрывать оба луча от двух пироприемников. Повысить расстояние обнаружения для счетверенных пироэлементов позволяет использование прецизионной оптики, формирующей более узкий луч. Другой путь, позволяющий в некоторой степени исправить это положение - применение пироэлементов со сложной переплетенной геометрией (см. рис.2), что использует в своих датчиках фирма PARADOX.

БЛОК ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ

Блок обработки сигналов пироприемника должен обеспечивать надежное распознавание полезного сигнала от движущегося человека на фоне помех. Для ИК-датчиков основными видами и источниками помех, могущими вызвать ложное срабатывание, являются:

  • источники тепла, климатизационные и холодильные установки;
  • конвенционное движение воздуха;
  • солнечная радиация и искусственные источники света;
  • электромагнитные и радиопомехи (транспорт с электродвигателями, электросварка, линии электропередачи, мощные радиопередатчики, электростатические разряды);
  • сотрясения и вибрации;
  • термическое напряжение линз;
  • насекомые и мелкие животные.

Выделение блоком обработки полезного сигнала на фоне помех основано на анализе параметров сигнала на выходе пироприемника. Такими параметрами являются величина сигнала, его форма и длительность. Сигнал от человека, пересекающего луч зоны чувствительности ИК-датчика, представляет собой почти симметричный двухполярный сигнал, длительность которого зависит от скорости перемещения нарушителя, расстояния до датчика, ширины луча, и может составлять приблизительно 0,02...10 с при регистрируемом диапазоне скоростей перемещения 0,1...7 м/с. Помеховые сигналы в большинстве своем являются несимметричными или имеющими отличную от полезных сигналов длительность (см. рис. 3). Изображенные на рисунке сигналы носят очень приблизительный характер, в реальности все значительно сложнее.
Основным параметром, анализируемым всеми датчиками, является величина сигнала. В простейших датчиках этот регистрируемый параметр является единственным, и его анализ производится путем сравнения сигнала с некоторым порогом, который определяет чувствительность датчика и влияет на частоту ложных тревог. С целью повышения устойчивости к ложным тревогам в простых датчиках используется метод счета импульсов, когда подсчитывается, сколько раз сигнал превысил порог (то есть, по сути, сколько раз нарушитель пересек луч или сколько лучей он пересек). При этом тревога выдается не при первом превышении порога, а только если в течение определенного времени количество превышений становится больше заданной величины (обычно 2...4). Недостатком метода счета импульсов является ухудшение чувствительности, особенное заметное для датчиков с зоной чувствительности типа одиночного занавеса и ей подобной, когда нарушитель может пересечь только один луч. С другой стороны, при счете импульсов возможны ложные срабатывания от повторяющихся помех (например, электромагнитных или вибраций).
В более сложных датчиках блок обработки анализирует двухполярность и симметрию формы сигналов с выхода дифференциального пироприемника. Конкретная реализация такой обработки и используемая для ее обозначения терминология1 у разных фирм-производителей может быть различной. Суть обработки состоит в сравнении сигнала с двумя порогами (положительным и отрицательным) и, в ряде случаев, сравнении величины и длительности сигналов разной полярности. Возможна также комбинация этого метода с раздельным подсчетом превышений положительного и отрицательного порогов.
Анализ длительности сигналов может проводиться как прямым методом измерения времени, в течение которого сигнал превышает некоторый порог, так и в частотной области путем фильтрации сигнала с выхода пироприемника, в том числе с использованием "плавающего" порога, зависящего от диапазона частотного анализа.
Еще одним видом обработки, предназначенным для улучшения характеристик ИК-датчиков, является автоматическая термокомпенсация. В диапазоне температур окружающей среды 25°С...35°С чувствительность пироприемника снижается за счет уменьшения теплового контраста между телом человека и фоном, при дальнейшем повышении температуры чувствительность снова повышается, но "с противоположным знаком". В так называемых "обычных" схемах термокомпенсации осуществляется измерение температуры, и при ее повышении производится автоматическое увеличение усиления. При "настоящей" или "двухсторонней" компенсации учитывается повышение теплового контраста для температур выше 25°С...35°С. Использование автоматической термокомпенсации обеспечивает почти постоянную чувствительность ИК-датчика в широком диапазоне температур.
Перечисленные виды обработки могут проводиться аналоговыми, цифровыми или комбинированными средствами. В современных ИК-датчиках все шире начинают использоваться методы цифровой обработки с использованием специализированных микроконтроллеров с АЦП и сигнальных процессоров, что позволяет проводить детальную обработку тонкой структуры сигнала для лучшего выделения его на фоне помех. В последнее время появились сообщения о разработке полностью цифровых ИК-датчиков, вообще не использующих аналоговых элементов.
Как известно, вследствие случайного характера полезных и помеховых сигналов наилучшими являются алгоритмы обработки, основанные на теории статистических решений. Судя по заявлениям разработчиков, эти методы начинают использоваться в последних моделях датчиков фирмы C&K. Более простые (но, возможно, не намного менее эффективные) методы обработки применяются в наиболее совершенных микропроцессорных датчиках других ведущих фирм. Вообще говоря, объективно судить о качестве используемой обработки, основываясь только на данных фирмы-производителя, довольно трудно. Косвенными признаками хорошего современного датчика могут быть наличие АЦП, микропроцессора и, что стали в последнее время сообщать производители, объема используемой программы обработки, который имеет величину несколько тысяч байт. Дело в том, что иногда рекламная информация о наличии в датчике цифровой обработки на поверку оказывается лишь возможностью переключения обычного счета импульсов.

ДРУГИЕ ЭЛЕМЕНТЫ ЗАЩИТЫ ИК-ДАТЧИКОВ

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 (в ФОТОН-4 - многосегментное зеркало) и сдвоенные пироприемники. Конфигурация зон чувствительности имеет вид:

  • ФОТОН-4, ФОТОН-6, ФОТОН-8 - объемная трех ярусная зона длиной до 12 м, 90° в горизонтальной плоскости;
  • ФОТОН-5, ФОТОН-6Б, ФОТОН-8Б - сплошной занавес длиной 10 м, 5° в горизонтальной плоскости;
  • ФОТОН-6А, ФОТОН-8А - 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.

Фото 1. Датчик ФОТОН-8 Диапазон обнаруживаемых скоростей 0,3...3 м/с. Датчики предназначены для использования в закрытых отапливаемых и неотапливаемых помещениях в диапазоне температур от 0°С (ФОТОН-СК), -10°С (ФОТОН-8), -30°С (ФОТОН-4, ФОТОН-6), -40°С (ФОТОН-5) до +50°С.
Фирма CROW Electronic Engineering Ltd. (Израиль) выпускает широкую номенклатуру относительно дешевых, но надежных и хорошо зарекомендовавших себя моделей ИК-пассивных детекторов. Датчики фирмы CROW изготавливаются по ASIC-технологии - с исползованием 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 LYNX и LYNX-100. В детекторе LYNX-100 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.
Фото 2. Датчик SRP-600/700 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.

Фото 3. Датчик МС-760Т 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. Фото 4. Датчик VISION-510 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;
  • не рекомендуется направлять датчик на источники тепла (радиатор, печь) и колеблющиеся предметы (растения, шторы), в сторону нахождения домашних животных.

КОМБИНИРОВАННЫЕ ДАТЧИКИ ОХРАННОЙ СИГНАЛИЗАЦИИ

Комбинированные датчики, называемые также датчиками двойной технологии, появились относительно недавно и в настоящее время становятся все более популярными. Преимущество таких датчиков заключается в существенном снижении частоты ложных тревог. Это достигается за счет того, что в одном датчике используется комбинация двух различных физических принципов обнаружения. Сигнал тревоги выдается только в том случае, если одновременно или в течение небольшого интервала времени срабатывают оба детектора. Для снижения частоты ложных тревог, используемые принципы обнаружения должны быть такими, чтобы помехи, вызывающие ложные срабатывания, по-разному воздействовали на каждый составляющий комбинацию детектор.

Наибольшее распространение в настоящее время получила комбинация микроволнового активного и ИК-пассивного принципов обнаружения. Гораздо реже используется комбинация ультразвукового и ИК детекторов. Существуют также отдельные образцы датчиков, в которых используются три различных физических принципа обнаружения, однако такие датчики пока не завоевали популярности. В данном обзоре мы будем рассматривать самую распространенную группу датчиков двойной технологии - ИК+микроволновые. Прежде чем перейти к подробному анализу особенностей датчиков двойной технологии, целесообразно остановиться на изложении основных принципов микроволнового метода обнаружения.

МИКРОВОЛНОВЫЙ МЕТОД ОБНАРУЖЕНИЯ

Принцип действия микроволнового активного метода обнаружения основан на излучении в окружающее пространство электромагнитного поля СВЧ диапазона и регистрации его изменений, вызванных отражением от нарушителя, движущегося в зоне чувствительности датчика. Микроволновые активные датчики, реализующие этот метод, относятся к классу детекторов движения.

Микроволновые датчики состоят из следующих основных элементов:

  • СВЧ генератора;
  • антенной системы, создающей электромагнитное поле в окружающем пространстве, принимающей отраженные сигналы, формирующей диаграмму направленности датчика и определяющей форму пространственной зоны чувствительности;
  • СВЧ приемника, регистрирующего изменение характеристик принятого сигнала;
  • блока обработки, выделяющего сигналы, обусловленные движущимся человеком, на фоне помех.

Генератор микроволнового датчика предназначен для формирования СВЧ сигнала - обычно в 3-х сантиметровом диапазоне длин волн (10...11 ГГц), в последнее время производителями датчиков начали осваиваться и более коротковолновые диапазоны (24...25 ГГц). Первоначально в микроволновых датчиках использовались генераторы на диодах Гана, в настоящее время производители перешли на транзисторные генераторы. Современные СВЧ генераторы позволяют формировать стабильный сигнал с требуемыми характеристиками при малых габаритах и низком потреблении.

В качестве антенной системы в микроволновых датчиках обычно используется единственная совмещенная приемо-передающая антенна. В большинстве современных датчиков применяются микрополосковые антенны, обладающие меньшими габаритами, весом и стоимостью по сравнению с широко использовавшимися ранее рупорными антеннами. Однако рупорные антенны продолжают применяться некоторыми производителями датчиков и в настоящее время, так как обеспечивают несколько более высокую точность формирования диаграммы направленности.

Вообще говоря, формы зон чувствительности микроволновых детекторов не отличаются таким многообразием, как у ИК-пассивных датчиков. Конфигурация зоны чувствительности микроволновых датчиков представляет собой объемное тело, напоминающее по форме эллипсоид. В идеале от антенной системы требуется излучение (и, соответственно, прием) только в переднее полупространство без заметного заднего и бокового излучения (с целью минимизации ложных срабатываний).

Для такой идеальной антенной системы зона чувствительности представляет собой объемное тело каплевидной формы (сплошная кривая на рис.1), характеризующееся углами обзора (в горизонтальной и вертикальной плоскостях), длиной Rmax (максимальной дальностью действия) и шириной D (высотой). Именно эти параметры обычно приводятся в документации на микроволновые датчики (иногда дополняются величинами контролируемых датчиком площади и объема помещения). Типичные значения размеров зоны чувствительности для микроволновых датчиков составляют: Rmax=10...15 м, D=5...10 м, дельта=60Ѓ...100Ѓ.
Зона чувствительности, формируемая реальной антенной системой, отличается от идеальной - из-за заднего и бокового излучения/приема она приобретает форму, изображенную на рис.1 пунктиром. Отношение Rз/Rmax может составлять 0,03...0,1.

Приведенные выше характеристики справедливы для свободного пространства. При расположении датчика в помещении форма зоны чувствительности существенно искажается. Из-за отражения от ограждающих конструкций (коэффициент отражения по полю от кирпичных и железобетонных стен составляет 0,3...0,6) электромагнитное поле "заполняет" с большей или меньшей степенью равномерности практически все помещение, если размеры этого помещения не превышают размеры зоны чувствительности. С другой стороны, тонкие перегородки из легких материалов, деревянные двери, стекла, шторы не являются существенной преградой для электромагнитного поля, поэтому зона чувствительности может распространяться и за пределы охраняемого помещения, что может привести к ложным срабатываниям, например при проходе людей по коридору или проезде транспорта у окон первого этажа. В то же время, крупногабаритные предметы (шкафы, сейфы и т.п.), находящиеся в помещении, создают "тени" (зоны нечувствительности). Все это должно учитываться при выборе места установки и количества используемых датчиков.

Перемещение нарушителя приводит к появлению изменяющегося во времени отраженного сигнала. Здесь различают два эффекта: изменение пространственной картины стоячих волн и частотный сдвиг отраженной от движущегося человека волны (эффект Доплера). Микроволновые датчики, основанные на регистрации первого эффекта, называются амплитудно-модуляционными, второго - доплеровскими. Вообще говоря, оба этих эффекта неразрывно связаны, имеют общую природу и одинаковое проявление, и поэтому практически неразделимы.

По сути, отличие проявляется в структуре построения и характеристиках СВЧ приемника микроволнового датчика. Наибольшее распространение получили доплеровские микроволновые датчики, имеющие более высокую чувствительность. Доплеровский сдвиг частоты df возникает при движении нарушителя вдоль луча, частота отраженного сигнала возрастает при движении к датчику и уменьшается при движении от датчика. Абсолютная величина df пропорциональна частоте зондирующего сигнала f и составляющей скорости движения вдоль луча. Зависимости df от Vл представлены на рис.2, из которого видно, что типичные значения регистрируемых датчиком величин доплеровского сдвига лежат в диапазоне частот сетевой помехи 50/60 Гц и ее гармоник. Для борьбы с этими помехами современные микроволновые датчики оснащаются режекторными фильтрами (в том числе адаптивными) гармоник сети. Другими источниками помех, вызывающими ложные срабатывания доплеровских микроволновых датчиков, являются отражения от вибрирующих, колеблющихся и движущихся хорошо отражающих объектов.
Такими источниками ложных срабатываний могут быть, например:

  • установочная арматура включенных ламп дневного света;
  • работающее электрооборудование, создающее вибрацию;
  • потоки дождевой воды на стеклах;
  • движение воды в пластиковых трубах;
  • мелкие животные и птицы.

В прежние годы, до широкого распространения ИК-детекторов, микроволновые активные датчики пользовались большой популярностью. Сейчас и спрос, и предложения этих датчиков существенно снизились. Основные характеристики микроволновых датчиков российского производства, предназначенных для установки внутри помещений, приведены в табл1. Все эти датчики имеют сплошную объемную зону чувствительности, предусмотрена возможность регулировки в широких пределах максимальной дальности обнаружения. Рекомендуемая высота установки составляет 2...2,5 м.
Фото 1. Датчик Аргус-3
Допускается эксплуатация нескольких датчиков в одном помещении - для исключения взаимного влияния сигналов, возможен выбор одной из четырех рабочих частот.

Таблица 1.
Характеристика Аргус-2 Аргус-3 Волна-5 Тюльпан-3
Максимальная дальность
действия, м
от 2...4
до 12...16
от 2...3
до 6...7,5
от 2...4
до 12...16
от 1,5...3,5
до 15...17
Ширина зоны при наибольшей
дальности, м
6...8 3...4 6 12...13
Высота зоны чувствительности
при наибольшей максимальной
дальности, м
4...5 2...3 8 7...8
Угол обзора в горизонтальной
плоскости;гр.

в вертикальной плоскости

100 80...110 = 100
Контролируемая площадь, м2 90 25 90 90
Контролируемый объект, м3 200 40 = 250
Диапазон обнаруживаемых
скоростей перемещения, м/с
0,3...3 0,3...3 0,3...3 0,3...3
Напряжение питания, В 10,2...15 10,2...15 10...72 10,2...24
Потребляемый ток, мА 16 30 70 =
Диапазон рабочих температур, 0С -30...+50 -10...+50 -30...+50 -30...+50
Габариты, мм 98х85х62 90х75х40 98х85х62 90х75х40
Масса, г 250 100 200 250

КОМБИНИРОВАННЫЕ ДАТЧИКИ

Итак, основное преимущество комбинированных датчиков - существенное уменьшение вероятности ложных тревог. Если бы ложные срабатывания каждого детектора, входящего в комбинированный датчик, вызывались бы абсолютно различными физическими явлениями (то есть эти события были бы независимыми), то вероятность ложной тревоги Pлт такого датчика равнялась произведению вероятностей ложных тревог для каждого из детекторов: Pлт=P1 TP2 . Так, при P1=P2=10-5 мы потенциально получили бы снижение частоты ложных срабатываний в 100000 раз. В реальной ситуации выигрыш не так велик, но все же достигнутые характеристики впечатляют: у современных комбинированных ИК+микроволновых датчиков среднее время наработки на ложную тревогу доведено до 3000-5000 часов, что существенно превышает аналогичный показатель датчиков других типов. Потенциально возможный выигрыш недостижим потому, что с одной стороны у ИК и микроволновых детекторов все же имеются общие причины ложных срабатываний, а с другой стороны из-за того, что эти детекторы реагируют на различное движение нарушителя - поперечное пересечение зоны чувствительности для ИК-детектора и движение вдоль луча для микроволнового. В табл.2 приведены наиболее распространенные причины ложных срабатываний ИК и микроволновых (МВ) датчиков.

Таблица 2.
Причина ложных срабатываний ИК МВ
Турбулентность воздуха + -
Источники тепла + -
Изменения температуры + -
Яркий свет + -
Электромагнитные помехи + +
Включенное люминесцентное
освещение
- +
Вибрации + +
Включенные вентиляторы - +
Электрический звонок - +
Потоки дождевой воды на стеклах - +
Движение воды в пластиковых
трубах
- +
Перемещения за пределами
помещения
- +
Животные и птицы + +

Из таблицы видно, что большинство изменений окружающей среды по разному влияют на каждый детектор и в большинстве случаев не могут привести к одновременному срабатыванию обоих сенсоров. Задача инсталлятора - при установке комбинированного датчика обеспечить наименьшее влияние общих для обоих детекторов помеховых воздействий.
Закономерен вопрос - как комбинированный датчик обнаруживает нарушителя, если детекторы, составляющие комбинацию, реагируют на различные направления движения человека?

Ответ состоит в том, что в процессе ходьбы человек совершает сложные движения, да и вероятность того, что он сможет строго выдержать направление движения точно вдоль луча или перпендикулярно ему, достаточно мала. Кроме того, вследствие переотражений электромагнитных волн от ограждающих конструкций и образования в помещении сложной картины стоячих волн, доплеровский сдвиг частоты, регистрируемый микроволновым детектором, возникает при самых различных направлениях движения. Все это позволяет за счет снижения порога срабатывания добиться одновременного реагирования обоих детекторов на движение нарушителя. Понятно, что при таком снижении порога возрастет вероятность ложных срабатываний, но даже если, например, для одного из датчиков она увеличится до Р1=10-2, то результирующая вероятность ложной тревоги комбинированного датчика все равно снизится в 100 раз (при условии, что Р2 не изменялась, а ложные тревоги по двум детекторам независимы).

Достоинством датчиков двойной технологии является высокий иммунитет по отношению к возможным ошибкам инсталлятора и изменениям окружающей среды после установки и настройки, к которым относятся, например, что при установке не были учтены отопление и обогрев помещения, наружная засветка или установка в помещении оборудования, создающего помехи. Преимущество комбинированных датчиков демонстрируется также в узких коридорах и проходах. При использовании в такой ситуации ИК-датчика движение нарушителя происходит без поперечного пересечения нескольких лучей, в связи с чем приходится отказываться от режима многократного подсчета импульсов, что приводит к повышению частоты ложных срабатываний. Применение комбинированного датчика решает эту проблему.

Перейдем к рассмотрению номенклатуры и характеристик современных комбинированных датчиков, предлагаемых ведущими производителями.

Фирма PARADOX SECURITY SYSTEMS (Канада) выпускает комбинированные ИК+микроволновые датчики серии VISION. В датчиках применяются сдвоенные или счетверенные пироприемники. Счетверенные пироприемники PARADOX имеют сложную геометрию с переплетенными чувствительными элементами, что позволило приблизительно вдвое увеличить дальность действия датчика, а также упростить настройку зоны перекрытия. Микроволновый детектор этого комбинированного датчика выполнен на современной элементной базе, что сделало его более надежным и повысило отношение сигнал/шум по сравнению с предыдущими разработками фирмы в этой области. В датчике реализована цифровая обработка сигналов на основе RISC-процессора. Используемый алгоритм для сигналов с пироприемников традиционен для этой фирмы и основан на измерении, сохранении в памяти и накоплении энергии каждого замеченного сигнала.

Сигнал тревоги инициируется в случае превышения величиной накопленной энергии некоторого порогового уровня. Причем для сильных сигналов детектор сразу выдает сигнал тревоги, работая при этом как пороговый, а для сигналов низкого уровня детектор автоматически переключается в режим подсчета импульсов, что существенно снижает вероятность ложных тревог. Число накапливаемых импульсов зависит от уровня энергии сигналов и может доходить до 25. Алгоритм обработки сигнала с микроволнового детектора исключает влияние помех как источника ложных тревог в датчике. Цифровая фильтрация осуществляет выделение доплеровских сигналов, характерных для движущегося человеческого тела. При этом подавляются сигналы постоянной частоты, создаваемые газоразрядными лампами, случайные электромагнитные всплески и радиочастотные помехи. Процессор автоматически настраивается на подавление сетевых помех частоты 50 Гц. В датчике используется специальная схема антимаскинга, основанная на регистрации микроволновым детектором любого движения на расстоянии меньше 0,5...1 м. Каждые три минуты в датчике автоматически тестируется правильность работы микроволновых цепей. Технические характеристики этих комбинированных датчиков приведены в табл.3.

Таблица 3.
Характеристика VISION-520 VISION-525 VISION-530
ИК детектор сдвоенный сдвоенный счетверенный
СВЧ детектор 10,525 ГГц 10,525 ГГц 10,525 ГГц
Фокус линзы 1,77" 1,2" 1,77"
Зона обнаружения 900х16 м 900х14 м 900х16 м
Антимаскинг нет 1 м 0,5 м
Питание, В 10...16 10...16 10...16
Потребление, мА 24 24 24
Скорость обнаружения, м/с 0,2...7 0,2...7 0,2...7
Температура, ЃС -25...+50 -25...+50 -25...+50

Фирма CROW Electronic Engineering Ltd. (Израиль) выпускает два типа комбинированных ИК+микроволновый датчиков DXR и SRX-1000. В датчиках используются сдвоенные пироэлементы и микрополосковые антенны, температурная компенсация (в SRX-1000 - "двухсторонняя"), защита от электромагнитного и радиочастотного излучения, защита от попадания прямого солнечного света, регулировка чувствительности, быстросъемные пылезащитные высококачественные линзы (в SRX-1000 - комбинированная зеркально-линзовая оптика), датчики вскрытия. Основные характеристики датчиков приведены в табл.4.

Таблица 4.
Характеристика DXR SRX-1000
Частоты излучения, ГГц 10,525 10,525; 10,687; 9,9
Выходная мощность СВЧ генератора, dBm +8 +13
Максимальная дальность действия, м 15 18
Ширина зоны чувствительности, м 15 =
Угол обзора в горизонтальной плоскости = 105Ѓ
Количество ИК лучей = 52
Диапазон обнаруживаемых скоростей
перемещения
0,15...6 =
Чувствительность по температуре 1,1ЃС при скорости
движения 0,9 м.с
=
Время прогрева, с 60 20
Защита от радиоизлучения в диапазоне
10...1000 МГц, В/м
20 30
Защита от света, лк = 50000
Обработка ИК сигналов Биполярный подсчет
импульсов
Автоматический
подсчет импульсов
до 1, 2, 3 или
быстрый спектраль
ный анализ
Напряжение питания, В 8,6...16 7,8...16
Ток покоя, мА 20 22
Высота монтажа, м 2,1...2,4 =
Диапазон температур, ЃС -20...+60 -20...+60
Размеры, мм 99х68х53 137х70х53
Масса, г 107 140

Фирма PYRONIX Ltd. (Великобритания) производит серию датчиков двойной технологии EQUINOX E/SPP/QX/AM, в которых реализованы:

  • сдвоенные (в датчиках E и SPP) и счетверенные (в датчиках QX и AM) пироэлементы;
  • герметичная ИК оптика;
  • аналоговые фильтры для подавления помех 50/60 Гц от ламп дневного света;
  • возможность регулировки расстояния обнаружения от 5 до 15 м;
  • цифровой подсчет импульсов;
  • технология IFT - двухуровневые независимые плавающие пороги в ИК и микроволновой секциях;
  • цифровая фильтрация в микроволновой секции и алгоритм чередующихся знаков SPP в ИК секции (кроме датчика E);
  • технология поверхностного монтажа;
  • высокая степень защиты от радиопомех;
  • защита зоны непосредственно под датчиком;
  • датчик вскрытия.

В датчике EQUINOX-AM дополнительно реализована функция антимаскинга, которая основана на анализе микроволнового рассеяния в ближней зоне. По утверждениям фирмы PYRONIX этот метод реализации антимаскинга обладает существенными преимуществами перед другими методами, основанными на использовании специального канала ИК излучения, срабатывающего при появлении маски. Система микроволнового антимаскинга датчика EQUIONIX-AM имеет возможность регулировки протяженности ближней зоны от 0 до 1,5 м. Для выдачи информации о маскировании на контрольную панель в датчике установлено отдельное реле маскирования.

Основные технические характеристики, общие для всех датчиков этой серии, приведены в табл.5.

Фирма C&K Systems, Inc. (США) является одним из основоположников двойной технологии, производит комбинированные ИК+микроволновые датчики с 1982 г. За этот период фирма разработала семь поколений таких датчиков и в настоящее время является одним из крупнейших производителей детекторов двойной технологии.
Из широчайшей номенклатуры датчиков C&K рассмотрим две классические серии DT-400 и DT-600, а также детекторы последнего поколения DT-500, DT-700 и DT-900.

В датчиках фирмы C&K используется комбинированная зеркально-линзовая оптика с защитой зоны непосредственно под датчиком. Зона чувствительности ИК-детектора является объемной четырехярусной. Для более точного согласования зон чувствительности ИК и микроволнового детекторов, обеспечения более узкой диаграммы направленности и снижения уровня излучения назад фирма C&K использует волноводные рупорные антенны. Технологии разработки и изготовления микроволновых компонентов удовлетворяют спецификациям военных стандартов. Чувствительность всех датчиков составляет 2...4 шага нарушителя в зоне чувствительности в любом направлении. Используется автоматическая "двухсторонняя" температурная компенсация ИК канала. Предусмотрена регулировка чувствительности СВЧ канала. Имеются датчики вскрытия.

Датчики DT-400 и DT-600 имеют одинаковый внешний вид и близкие характеристики. Основной особенностью DT-600 является использование микропроцессорной обработки. Программа обработки этого датчика содержит более 1000 строк кода, применяется усовершенствованный алгоритм, использующий элементы статистического обнаружения и распознавания. Аналого-цифровому преобразованию и цифровой обработке подвергаются оба сигнала - и с ИК, и с микроволнового детекторов. Микропроцессор, анализируя различные параметры сигналов, принимает решение о срабатывании каждого детектора комбинированного датчика, определяет время между срабатываниями каждого из детекторов, и если за заданное время произошел определенный набор срабатываний, выдается сообщение о тревоге. В датчике возможна установка трех критериев: 1ИК+2МВ, 2ИК+2МВ и 3ИК+2МВ. Другие функции микропроцессора - цифровая температурная компенсация и самотестирование (контролируется 10 различных функций при инсталляции и функционировании, в том числе и в период, когда датчик не поставлен на охрану).

Фото 3. Датчики DT-400/DT-600 Датчики нового поколения DT-500, DT-700 и DT-900 в дополнение к возможностям DT-600 имеют прецизионную герметичную ИК оптику, обеспечивающую равномерную чувствительность по всей диаграмме направленности и механическую защиту пироэлемента от пыли и насекомых. Перекрестная проверка чувствительности по обоим каналам и срабатывание ИК канала по одному краю луча диаграммы позволяет быстро реагировать на движение нарушителя в любом направлении
Датчики серии DT-500 рекомендуются для использования в жилых помещениях, его главная особенность - игнорирование мелких и крупных домашних животных массой до 45 кг. Отсутствие срабатывания от животных достигается за счет усовершенствованного алгоритма обработки и использования низкочастотного диапазона (2,45 ГГц - так называемый S-диапазон) - с понижением частоты уровень сигнала, отраженного от объектов малого размера, заметно снижается по сравнению с сигналом от человека.
В датчиках серии DT-700 впервые использован К-диапазон частот СВЧ сигнала (24,124...24,220 ГГц), сильно поглощаемый материалом стен, что позволяет избежать помеховых сигналов от движущихся объектов за пределами охраняемых помещений. Цифровая обработка сигнала, производимая микропроцессором Motorola, позволяет динамически регулировать критерии срабатывания датчика, что позволяет ему самоадаптироваться к изменениям условий окружающей среды и игнорировать ряд источников помех. Двойная электронная температурная компенсация (раздельно для ИК и СВЧ каналов) делает надежность работы датчика практически не зависящей от изменения температуры помещения в диапазоне от -25ЃС до +65ЃС. Обеспечено практически полное совпадение ИК и СВЧ диаграмм направленности за счет применения специальной технологии "Pattern Shaping", не дающей искажений формы при регулировке чувствительности СВЧ канала. Датчики тестируются на подавление ложных срабатываний от турбулентного движения воздуха до 11,3 м3/мин.

Датчики серии DT-900 отличаются повышенной надежностью и рекомендуются для профессионального использования. Главная особенность этой серии - наличие схемы антимаскинга, основанной на использовании дополнительного активного ИК канала, надежно обнаруживающей попытки маскирования нарушителем датчика. Используются три различных датчика вскрытия. Зеркальная оптика, формирующая 5-6 ярусов ИК лучей, согласованных с диаграммой направленности СВЧ антенной системы, обеспечивает полную защиту от зоны непосредственно под датчиком до 15...60 м. Датчики смонтированы в высокопрочном корпусе, защищающем от ударов и других внешних физических воздействий. Используется развитая система многоуровневой самодиагностики. Встроенный микропроцессор обрабатывает сигналы ИК и СВЧ каналов, обработка ведется по восьми параметрам сигнала. Используется цифровая адаптивная фильтрация сетевых помех 50/60 Гц.
Основные характеристики комбинированных датчиков фирмы C&K приведены в табл.6.

Таблица 6.
Характеристики> DT-400 DT-600 DT-500 DT-700 DT-900
Частоты
излучения, ГГц
10,525;
9,47; 9,52;
10,565
10,525 2,45 от 24,125 до 24,220 10,525
Дальность
действия, м
6; 9; 12 12; 18; 30 11 11; 15 15; 27; 37; 61
Ширина зоны
чувствитель
ности, м
6; 11; 15 12;18; 6 9 12; 18 12; 21; 3; 5
Количество ИК
лучей: дальних
промежуточных
ближних
нижних
22
7
4
3
22
6
3
3
22
6
3
2
22
6
3
2
5-6 ярусов
24-74 луча
Защита от ра
диоизлучения в
диапазоне
10...1000 МГц,
В/м
30 30 30 30 30
Защита от света,
лк
= = 6,5х103 104 6,5х103
Устойчивость к
свету, кд (на
расстоянии 3 м)
6х104 6х104 = = =
Напряжение питания, В 8,5...16 10...12,9 10...14,5 7,5...16 10...15
Ток, мА 35 35 35 35 =
Высота монта
жа, м
2,3 2,3 = 2,3 2...3,6
Диапазон тем-
ператур, ЃС
-18...+65 0...+49 0...+49 -25...+65 0...+49
Размеры, мм 130х70х60 130х70х60 130х70х60 119х71х42 200х170х150
Масса, г 340 340 170 150 1360

УСТАНОВКА И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ДАТЧИКОВ

Рекомендации по установке и использованию комбинированных датчиков охранной сигнализации во многом совпадают с соответствующими рекомендациями для ИК-пассивных датчиков. Остановимся поэтому лишь на особенностях, присущих микроволновому детектору, входящему в состав рассмотренных датчиков двойной технологии. К ложным срабатываниям датчиков могут привести различные помехи и изменения окружающей среды, перечень которых приведен в табл.2. Несмотря на то, что современные комбинированные датчики имеют высокую степень защиты от указанных воздействий, все же целесообразно придерживаться следующих рекомендаций:

  • на время постановки на охрану целесообразно отключать возможные источники мощных электромагнитных помех и вибраций, в частности люминесцентные источники света, а в качестве дежурного освещения использовать лампы накаливания;
  • для снижения влияния электромагнитных помех прокладка линий питания и шлейфа датчика должна проводиться по возможности перпендикулярно силовым сетям, а при параллельной прокладке - на расстоянии между ними не менее 50 см;
  • для снижения влияния вибраций целесообразно устанавливать датчик на капитальных или несущих конструкциях;
  • не рекомендуется устанавливать датчики на токопроводящие конструкции (металлические балки, сырую кирпичную кладку и т.п.), так как при этом между датчиком и источником питания возникает двойной контур заземления, что может стать причиной возникновения помех и ложного срабатывания;
  • вблизи датчика не должно быть крупных металлических конструкций и объектов, так как в этом случае из-за переотражения СВЧ сигналов возможно непредсказуемое искажение зоны чувствительности.

Если стены имеют малую толщину или в них имеются значительные по размерам тонкостенные проемы, окна, двери, то возможно срабатывание от находящихся за ними людей и механизмов. При невозможности соответствующей переориентации датчика целесообразно использование экранирующих материалов, например, металлической сетки или металлизированных тканей. Этот же способ защиты возможен и от ложных срабатываний, вызванных движением воду в пластиковых трубах и дождевых потоков по стеклам.

Материал взят из журнала "Специальная Техника" Ѓ2 1998 год. Автор Андреев Станислав Петрович

Современные транспортные средства уже давно не измеряют скорость устаревшим механическим методом - через вращающийся тросик. Сейчас используются специальные устройства, работа которых основывается на эффекте Холла. Датчик работает в паре с контроллером, принимающим от него электромагнитные импульсы, и мгновенно вычисляющим текущую скорость передвижения транспортного средства. Процесс вычисления происходит по такой схеме: каждый пройденный километр пути датчик посылает контроллеру строго определенное число электромагнитных импульсов - 6004.

Чем выше текущая скорость авто, тем с большей интенсивностью передаются импульсы на контроллер, что позволяет последнему точно определять с какой скоростью ТС движется в настоящий момент. Кроме определения скорости, этот датчик выполняет еще одну немаловажную функцию. Когда транспортное средство "катится" накатом, и его скорость не превышает, импульсный датчик скорости не блокирует поступление топлива, способствуя его экономии. Принцип работы датчика скорости достаточно прост, но, если возникают неисправности, это неизбежно сказывается на работе двигателя в целом.

Как влияет датчик скорости на работу двигателя

Исправный датчик скорости передает сигнал в контроллер, который в свою очередь отправляет данные о текущей скорости в электронный блок управления двигателем. На основании этих данных осуществляется расчет подачи топлива и, если водитель убирает ногу с педали газа, подача топлива резко уменьшается, что позволяет двигателю расходовать его достаточно рационально. Возникающие неисправности с датчиком приводят к тому, что блок управления не получает необходимой информации.

При этом, ЭБУ устанавливает текущие обороты на значение 1500/мин и деактивирует режим отсечки подачи топлива. Все это приводит к существенному перерасходу топлива, а также к неравномерной работе самого двигателя, который работает с рывками. Для справки - работающий режим отсечки подачи топлива помогает экономить до 2-х литров горючего при движении в городской черте. Кроме этого, датчик скорости влияет на корректное переключение передач автоматической коробкой. Если он неисправен, не будет работать круиз-контроль, а на некоторых моделях авто будут отмечаться и перебои в работе электроусилителя руля.

Совет! Если внезапно начались подергивания стрелки спидометра или тахометра, важно сразу же проверить состояние тросика, поскольку промедление может привести к необходимости замены самого устройства.

Основные причины неисправности ДС автомобиля

К наиболее распространенным проблемам с этим устройством, можно отнести обрыв электрической цепи, поэтому самостоятельную диагностику оптимально начинать с контроля электрических контактов и самих проводов. Они прозваниваются тестером и проверяются визуально. Часто можно наблюдать их облом сразу после пластикового разъема, а также в области выпускного коллектора.

Все контакты необходимо разъединить и проверить. Как правило, влага и соль способствуют быстрому окислению контактов, что приводит к прерыванию электрической цепи. При обнаружении такой ситуации контакты зачищаются и смазываются смазкой. Обязательно следует проверить трос спидометра - при длительной эксплуатации на нем появляются разрывы, препятствующие нормальной работе датчика. Чтобы избежать проблем с тросиком, его необходимо периодически смазывать моторным маслом. Чтобы самостоятельно заподозрить о неисправности датчика скорости, следует обратить внимание на следующие признаки:

  • отказ или некорректная работа спидометра;
  • отсутствие стабильности работы двигателя на холостом ходу;
  • внезапно увеличившийся расход топлива;
  • двигатель резко теряет мощность.

Часто о проблемах с датчиком может свидетельствовать самостоятельная остановка двигателя, работающего в режиме холостого хода при движении накатом, либо при нажатии педали сцепления для переключения передачи. Как правило, при обнаружении вышеперечисленных проблем требуется замена прибора.

Самостоятельное тестирование

Перед тем как проверить датчик скорости, следует выяснить поступает ли на контакты электрическое напряжение. Следует понимать, что поскольку функционирование датчика основывается на эффекте Холла, контакт, предназначенный для передачи импульсов, проверяется лишь при кручении, а в его отсутствии - напряжение на прибор подаваться не будет. Его нормальные значения при проверке мультиметром могут колебаться в пределах значений от 0,5 до 10 В. Способов самостоятельного тестирования датчика скорости три.

  1. При таком способе диагностики потребуется предварительный демонтаж устройства. При помощи цифрового мультиметра следует отыскать среди контактов тот, через который ведется передача импульсов. Плюсовой щуп мультиметра замыкается на него, а минусовой - на корпус авто. После этого ось самого датчика необходимо начать вращать с малой скоростью - мультиметр покажет небольшое напряжение, которое должно возрастать параллельно с увеличением скорости вращения оси.

Внимание! Демонтаж датчика следует проводить только при выключенном зажигании, в противном случае в момент разъединения контактов устройство может просто перегореть.


При использовании второго и третьего способа имеет смысл проверить и привод устройства. Он отыскивается на ощупь, и при вращении колеса оценивается стабильность вращения привода.

Как самостоятельно заменить датчик скорости

Прежде чем начинать процедуру замены датчика скорости, следует выполнить вышеуказанные мероприятия по его диагностике, и лишь после этого целесообразно осуществлять замену. При этом, следует обратить внимание на качество вновь приобретаемого устройства - лучше использовать европейские или отечественные датчики, но никак не произведенные в Китае. Помимо качества самих материалов, в отечественных приборах все контакты, на которые могут воздействовать неблагоприятные факторы окружающей среды, залиты лаком, что существенно продлевает срок эксплуатации.

Кроме того, из всех вариантов следует предпочесть вариант устройства не с пластиковым хвостовиком, а с металлическим. Пластиковый хвостовик изнашивается гораздо быстрее, особенно, если водитель предпочитает агрессивный стиль вождения и высокую скорость. Для облегчения процесса замены, машину лучше загнать на яму или поднять подъемником. Узнать о том, где находится датчик скорости можно в руководстве по эксплуатации конкретного автомобиля.

После его обнаружения, следует очистить его от загрязнений, предварительно выключив зажигание или отсоединив клеммы с аккумуляторной батареи, и попытаться его открутить. Если с первого раза не получается, прилагать чрезмерные усилия не рекомендуется - лучше обработать соединение WD-40 и немного подождать. После успешного демонтажа, устанавливается новый прибор, соединяются разъемы датчика скорости и подключается питание на АКБ. О том, как выполнить самостоятельную замену рассказано на видео:

Совет! После установки нового датчика скорости следует вручную провести обнуление ошибки в электронном блоке управления двигателя, в противном случае индикатор неисправности будет продолжать гореть, а ЭБУ - считать, что датчик неисправен.

Можно ли продлить срок службы датчика скорости

Поскольку устройство датчика скорости не отличается особой сложностью, а процедура замены сложностью, многие автовладельцы не уделяют этому устройству какого-либо внимания, что в определенной степени способствует быстрому выходу его из строя. В особенности рискуют те водители, кто предпочитает езду на высоких скоростях, а установленный датчик имеет пластиковый хвостовик, который быстро разбивается тросиком.

Частой причиной неисправности может становиться и сам тросик. На него постоянно оказывает негативное воздействие такие факторы, как влага и реагенты, которыми обрабатываются дороги, в результате чего он теряет первоначальную эластичность и начинает расслаиваться. Оплетка тросика также теряет свою эластичность. Чтобы не допустить преждевременного перетирания тросика имеет смысл периодически обрабатывать его машинным маслом, которое закачивается под оплетку через шприц.

Отдельное внимание следует уделять хвостовику датчика скорости в том месте, где происходит соединение самого датчика и троса. Если хвостовик пластиковый -то плотности крепления, поскольку если оно разбалтывается в процессе эксплуатации автомобиля, посадочное место может быть разбито. Такая неприятность приведет к тому, что датчик перестанет работать, а ремонту его хвостовик не подлежит - придется менять все устройство.

Следует знать, что контакты датчика скорости также нуждаются в периодической очистке, поскольку на них постоянно воздействует влага и реагенты, приводя к их окислению. Помимо ухудшения проводимости электрического напряжения, это может приводит и к возникновению короткого замыкания, которое гарантированно выведет чувствительный прибор из строя.