Инфракрасные активные датчики для внутренних помещений
Знакомясь с использованием инфракрасных пучков света в сигнализации, вы неизбежно услышите байки работников служб безопасности. Например, о том, что нарушители могут пользоваться военными приборами ночного видения, чтобы различить путь луча, или направить на приемник дополнительный источник света и не дать таким образом системе сработать при пересечении основного луча. Хотя подобные приемы вполне допустимы, нарушитель вряд ли станет с ними возиться. Тем не менее, на всякий случай предпринимаются следующие предосторожности. Во-первых, линзы приемника могут быть изготовлены так, чтобы принимать пучок инфракрасного света под меньшим углом рассеяния, чем предполагает дистанция. Более того, излучение светодиода можно модулировать по яркости или перевести источник света в режим мигания. Частота его может меняться в широких пределах. Если все же остаются опасения, что нарушитель определит и смодулирует эту частоту, то в случае, если находящееся под охраной имущество имеет большую ценность, стоит задуматься о дополнительной защите или более надежной альтернативе инфракрасного устройства.
Следовательно, в случаях невысокого риска изощренного проникновения на рассказанные легенды можно не обращать внимания. Пример британской компании "Радиовизор", впервые использовавшей невидимое излучение для защиты коллекции серебра на одной из выставок в 1929 году, показывает, что изготовление хороших и простых приборов тоже оправдывает себя. К примеру, их многоцелевой прибор модели М125.
Светодиод испускает излучение с длиной волны 940 ммк в направлении линзы приемника, имеющей угол обзора не более 5 градусов. Аккуратное наружное оформление скрывает фокусирующие элементы, позволяющие закрепить передатчик и приемник на стенах в секторе до 180 градусов друг против друга. Однако реальный угол луча скрыт от нарушителя полукруглой комбинированной непрозрачной в видимом диапазоне крышкой. Пучок света модулируется по яркости и действует на расстоянии до 125 метров.
Здесь стоит отметить, после того, как вы познакомились в главе 13 с разновидностями ЭУ, что для включения сигнализации все типы приборов необходимо снабжать электрическими контактами. В инфракрасном приборе М125 используется механическое реле, и это наиболее удобная защита от ложных тревог, возникающих из-за приема внешними кабелями подобно антеннам радиочастотных сигналов. Американская разновидность подобного инфракрасного устройства выпускается фирмой " Palnix". Привлекательной и неожиданной чертой их устройств является то, что и передатчик и приемник объединены под одной крышей. Луч передатчика отражается назад зеркалом, установленным на месте приемника. Преимущество заключается в том, что, подобно инфракрасным приборам пассивного действия, а также ультразвуковым и микроволновым детекторам, ток подается только на один блок. В традиционной схеме к источнику питания подключены раздельные передатчик и приемник. Тем не менее, создатели одноблочных систем вынуждены учитывать, что по законам физики угол отраженного луча вдвое больше угла смещения излучателя. Иначе говоря, если отражатель сдвинулся на 1 градус от рабочей позиции, его отраженный пучок уйдет в сторону на 2 градуса, нарушив работу системы. Фирма Pulnix признает этот недостаток и рекомендует ограничивать длину луча до 5 метров для прибора PR-5B и до 10 метров для других моделей. Этого вполне хватает для многих защищаемых точек внутри помещений.
Инфракрасные датчики наружных систем сигнализации
Использование инфракрасных лучей в наружных системах куда более выгодно, о чем уже говорилось в главе 6. Физический принцип действия делает их приборами "линии зрения", и, следовательно, они не способны следовать контурам рельефа и ограждения. Однако площадь, занимаемая ими, мала, и по сравнению со многими другими устройствами они мало подвержены поломкам. Надежность инфракрасных активных систем снижается, так как инфракрасный луч, в конечном счете можно обойти, а кроме этого, в сильный туман эти системы могут отказать.
Но даже в таких условиях они эффективно действуют долгое время после полной потери видимости, поскольку длина волны инфракрасного света больше длины волны видимого света и поэтому его энергия меньше поглощается или рассеивается на частицах тумана. Как правило, эта длина волны составляет около 10 микрон (1 микрон - одна тысячная доля миллиметра). Видимый свет имеет в 20 раз меньшую длину волны (0,5 микрона для зеленого света).
Инфракрасные активные периметровые системы могут иметь от одного луча, направленного поперек пути прохождения нарушителя, до лучевого барьера - комбинации из трех и более параллельных в вертикальной плоскости лучей, преграждающих путь нарушителю через проход или ограду заграждения. Обычная прикидка, чтобы вы сделали на месте злоумышленника, вроде описанной в главе 2, покажет, как надо и как не надо устанавливать инфракрасные устройства.
Например, их можно использовать для слежения по периметру, если установить между внешней оградой и внутренним ограждением. Они особенно полезны при работе внутри не очень внушительной комбинированной внешне-сигнализационной цепной ограды, но подобный вывод вынуждает нас обратить особое внимание на то, чтобы инфракрасные устройства не устанавливались внутри ограды из кирпича. Крепость такой стены позволит нарушителю перемахнуть через нее незаметно для системы сигнализации.
Когда используются комбинации пучков, ее очертания могут различаться. Конкретная форма зависит от того, делается ли акцент на снижение процента ложных тревог или на уверенное и быстрое обнаружение. Может также помочь установление "минимального времени срабатывания" при перекрытии луча, вычисленное на основе опытов по прерыванию луча человеком в различных условиях. Все, что проникает внутрь за меньший период времени, система не будет считать человеком.
Ярким представителем производителей многолучевых активных инфракрасных периметровых систем является фирма" First Technology PLC". Например, разберем образец их башенной системы из серии "Rayonet Z". Каждая башня содержит до 4 инфракрасных излучателей, замкнутых на приемник в следующей башне, тоже имеющей свои излучатели. Башни устанавливаются в проходах или по периметру. Изящной конструкторской находкой явилось прикрепление излучателей и приемников на каркас, связанный только с основанием башни, а не с ее стенками. Это значит, что внешняя оболочка может двигаться от порывов ветра и не сбивать при этом направление лучей.
" First Technology" советует устанавливать башни на максимальном расстоянии в 100 метров, но эта дистанция может быть сокращена из-за особенностей рельефа, зданий в черте периметра охраны.
Интересная вариация на эту тему предложена инженерами фирмы " Arrowhead Security Ltd". Они использовали технику модульного конструирования и создали типовые конструкции, похожие на кирпичи, которые могут быть передатчиками, приемниками или пустышками. В башне может быть до 6 таких "кирпичиков". Это позволяет варьировать высоту инфракрасного барьера. Один передатчик может активизировать до 5 приемников в противоположной башне.
Оценивая эффективность однолучевых и многолучевых систем, важно понимать, что пригодная для обнаружения часть луча имеет форму карандаша и идет параллельно в каждой паре "передатчик-приемник". Рассеянная часть луча никакой ценности для систем сигнализации не имеет и представляет интерес постольку, поскольку дает некоторую свободу в изменении угла наклона. Излишняя площадь рассеяния может затруднять работу, так как от примыкающих стен или окон может отражаться достаточно излучения, чтобы удерживать приемник от включения сигнализации, даже если преступник пересечет основной луч. Полезно также помнить, что полезное сечение пучка инфракрасного света не превышает 50 миллиметров по всей его длине.
Темы к обсуждению
Учитывая, что инфракрасные активные датчики поступили на вооружение создателей систем сигнализации сразу вслед за дверными контактами и контактными ковриками и все еще широко используются, как вы подготовите анализ факторов риска для оправдания использования инфракрасных устройств? Можно ли сделать это на основе факторов или придется полагаться на отдельные прецеденты и убедительные мнения экспертов?
ГЛАВА 15
УЛЬТРАЗВУКОВЫЕ ДАТЧИКИ
Почему ультразвуковые?
Было время, когда все системы сигнализации базировались на взятых отдельно или в комбинации дверных контактах, контактных ковриках и инфракрасных активных датчиках. Если преступник преодолевал их, то никакими другими способами нельзя было засечь его пребывание в здании. По меркам тех дней, здание было хорошо оснащено сигнализацией, но преступники установили, что дыра в двери позволит им избежать сторожевых устройств. Даже если двери были снабжены проволочной защитой, преступники нашли бы слабое место в периметре здания или на крыше. Встала необходимость создания более надежных систем. Конструкторы сконцентрировали усилия на радиоволнах и звуке - двух типах излучения, способных насыщать и пронизывать объем пространства здания. В главе 16 мы увидим, почему радиообнаружение получило реальное воплощение позже.
При описании методов обнаружения объектов в пространстве, как уже было сказано в главе 4, удобно использовать аналогии.
Мы так и поступим. Это также позволит нам наглядно представить, как в историческом разрезе решались одна за другой появлявшиеся проблемы.
Обнаружение нарушителя прослушиванием
Обнаружение нарушителя прослушиванием применялось и применяется тогда, когда офицер службы безопасности находится в том же здании и может установить причину шумов в микрофонах. Однако, если дом обслуживается с централизованной станции слежения, то офицеру зачастую просто трудно разобраться в мешанине звуков, исходящих ото всех домов городка или района. Новейшие усовершенствования были направлены на преодоление этой трудности, о чем и рассказывается в главе 18, заново написанной для 2 издания этой книги.
Что оставалось делать?
Итак, в прежние времена пришлось отказаться от широкомасштабного использования прослушивания, но использование других звуковых приборов оставалось на повестке дня. Иных средств пространственного обнаружения просто не было. Эта глава расскажет о том, почему был выбран именно ультразвук, как были преодолены исходные трудности, где можно эффективно использовать ультразвуковую сигнализацию и что приводит к ложным тревогам.
Ход рассуждений первооткрывателей
На первом этапе было решено, что вместо того, чтобы пассивно сортировать все звуки, услышанные в помещении, нужно создать собственный звук, чьи сигналы будут толковаться однозначно. Кроме того, работа прибора должна была привлекать внимание офицера службы безопасности только в случае проникновения нарушителя в здание. Подобной системе, очевидно, тоже понадобится микрофон, и он-то и будет чувствителен ко всему слышимому диапазону частот, как и прежде. Значит, оставался один путь избежать какофоний - перевести рабочую частоту прибора за пределы, воспринимаемые человеческим ухом. Таким образом, микрофон и приемник перестанут реагировать на слышимый звук.
Естественно, у первопроходцев было два пути - вниз, к предслуховым низким частотам и вверх, к ультразвуку. Инфразвук был отвергнут как малоисследованный в тот период, кроме того, электронные приборы, работающие с низкими частотами, были еще практически не разработаны. Гораздо больше физика знала об ультразвуке, да и электронная техника того времени была в состоянии работать с ним. Поэтому и был сделан выбор пути вверх - скорее методом исключения, чем волевым усилием. Кстати, выбор технических средств методом исключения характерен для создания систем сигнализации.
Физические свойства звуковых волн
Были разработаны два способа использования ультразвука в сигнализации - система "стоячей волны" и позже - радарная система с использованием эффекта Допплера. Чтобы понять их работу, необходимо поближе познакомиться со свойствами звуковых волн и их распространением в воздухе. Если вы пролистали, не читая, главу 4 об основных принципах обнаружения объектов в пространстве, вернитесь к ней и потом продолжите читать.
Система "стоячей волны"
Хотя метод "стоячей волны" мало используется в ультразвуковых системах сигнализации, нам необходимы основные принципы этого физического явления, чтобы понять работу ультразвуковых радаров.
Пространственный контроль
Техника "стоячей волны" предусматривала закрепление излучателя ультразвука высоко под потолком и приемника - также высоко на противоположной стене. Тип мембраны излучателя подбирался так, чтобы дать равномерное по мощности излучение по всему доступному сечению - примерно 180 градусов в горизонтальной плоскости и около 45 градусов в вертикальной. Угол приема подбирался точно такой же.
Размещение блоков прибора под потолком гарантировало, что их не будут затенять препятствия, и при этом достигалась почти идеальная по мощности прямая передача звука. Тем не менее, кроме прямого излучения, приемник воспринимал энергию волн, отраженных от стен, пола, потолка и всей обстановки комнаты. Он переводил эту энергию в электрический сигнал для электронной системе слежения. Если в комнате все оставалось на месте, на выходе приемника получался электрический сигнал с неизменными параметрами, так как не изменялась энергия ультразвука.
Пока воздух и обстановка в помещении были неподвижны, ультразвуковые волны "путешествовали" по одному и тому же маршруту. Рисунок волны "стоял".
Эта неподвижность нарушалась, когда, к примеру, нарушитель пытался проникнуть в помещение через дыру в двери, ультразвук отражался уже не от двери, а от нарушителя и по-другому. Изменение энергетического потенциала совокупной волны воспринималось приемником и переводилось в скачок электрического сигнала, который и активизировал сигнализацию.
Какие наиболее важные моменты следует помнить о методе "стоячей волны"?
Мембраны передатчика и приемника всесторонне ориентированы для пространственного контроля за проникновением.
Сигнал на входе приемника - это сумма мощностей всех отраженных и прямых ультразвуковых волн.
Воздух и обстановка помещений неподвижны. Перемещается лишь нарушитель.
Прекрасно. Мы получили систему, которая сработает, даже если нарушитель обошел все системы сигнализации на периметре. И было время, когда система "стоячей волны" применялась очень широко.
Проблемы конструкторов и пользователей
К сожалению, эта система использовалась и в тех условиях, когда хотя бы одно из этих условий не выполнялось. В таком случае система устраивала такое количество ложных, а главное, пустяковых тревог, что начались поиски новых решений. Практика применения метода "стоячей волны" вскоре показала его слабости.
Изменения в обстановке помещения
Уже говорилось, что не всегда возможно заново включить систему "стоячей волны" после изменений или перестановок в помещении. Казалось, что эту проблему решить просто. Для типичной системы с одним приемником она практически аналогична по характеру трудностям радиолюбителей с уходящей с диапазона станцией и "мертвыми зонами" приема. Прослушав передачи на KB или СВ с большого расстояния, вы можете тоже составить себе представление, как это выглядит. Чтобы избежать затухания, опытные связисты ставят рядом одну или несколько добавочных антенн и подключают их к одному приемнику так, что они компенсируют друг друга.
Если перенести эту аналогию на ультразвуковые детекторы "стоячей волны", можно представить, что некоторые отраженные пакеты волн попадут друг другу в противофазу на мембрану приемника после изменения обстановки. Они погасятся, сигнал будет слабее, и вместо того, чтобы встать в положение "готовность", сигнализация забьет тревогу. Совершенно очевидно, что эту проблему можно решить усреднением мощности сигнала с нескольких приемников. Но беды системы "стоячей волны" на этом не кончились.