Типы излучателей
Пользуясь определением, данным в главе 4, ультразвуковой детектор прибор активного действия. Это значит, что ему нужен неприродный источник ультразвука. Электрический ток преобразуется в этом источнике в ультразвук с помощью излучателя. Хороший пример этому - высококачественный динамик. Представив себе его, мы почти вплотную подходим к простейшему типу излучателя. В 4 главе обсуждалось то влияние, которое форма и размеры излучателя оказывают на форму пучка. В высококачественных динамиках по мере роста частоты воспроизводимого звука требуется уменьшать и размер диафрагмы, что позволяет добиться приемлемой в стереофонии диаграммы направленности излучения и качества звучания. Генерация высокочастотного ультразвука с той же шириной пучка потребует дальнейшего уменьшения диаметра диафрагмы-излучателя.
Диск. Излучатель представляет собой плоский диск диаметром около 10 мм, изготовленный из титаната бария. Этот материал, кстати, используется и в высококачественных динамиках колонок радиоаппаратуры, но есть и разница. При использовании подобных излучателей в звуковоспроизведении нам необходима широкая гамма высоких частот, а для систем сигнализации нужна работа только на одной частоте. Этого можно добиться и с использованием пьезоэлектрических материалов. Чтобы полностью скомпоновать ультразвуковой детектор движения, необходимо аналогичное устройство и для приемника с тем же конусом приема. Конуса передачи и приема у размещенных рядом передатчика и приемника могут перекрывать друг друга.
Дисковый передатчик / Дисковий приемник
Луч, исходящий от дискового излучателя, очень заострен, и его расхождение не превышает 40 градусов. С одной стороны, это выгодно для регулировки направления, с другой стороны, нарушителю легче его обойти.
Кольцо. Второй тип излучателя - достаточно толстое кольцо, опять же изготовленное из титаната бария. На практике центральная ось кольца обычно ориентирована вверх. Кольцо передатчика устанавливается примерно на 300 мм выше кольца приемника. Кольцо излучает по всему периметру, то есть, на 360 градусов, но стена ограничивает этот угол 180 градусами, а угол - 90 градусами. В вертикальной плоскости угол излучения зависит от толщины кольца, и считается, что 60 градусов достаточно в большинстве ситуаций.
Трубка. Третий тип излучателя - это трубка, и, видимо, возможно на основе сказанного в главе 4 и только что прикинуть возможные рабочие углы. Вертикальное расхождение пучка можно сузить, повысив частоту. Подобные излучатели используются на частотах от 40 до 80 килогерц, чтобы добиться в горизонтальной плоскости углов от 90 градусов до 360 градусов, а в вертикальной - всего 10-20 градусов.
Большей гибкости использования, полного кругового эффективного обзора и контроля можно достичь, закрепив детектор излучателем вниз на потолке или перекрытии. Этот вопрос еще будет обсужден в этой главе.
Возможности снижения количества ложных срабатываний
Многие из причин и способов избежать ложных срабатываний обсуждались в главе 4. В той главе, написанной в форме дополнительного справочника, этим вопросам уделено немалое внимание. Поэтому эта глава написана в форме слегка дополнительного справочника.
Понимание
Конструктор, прежде всего, должен знать и понимать основные свойства воздуха, излучателей и электронной техники, а в трудных случаях обращаться к надлежащей литературе.
Опыт
Предмет невозможно схватить, всего лишь ознакомившись с ним по книгам. Проверьте все сложные моменты по наблюдениям, проведите эксперименты, чтобы выявить все причинно-следственные связи.
Доводы
Соедините ваше понимание с опытными исследованиями и все время старайтесь ответить на вопрос: "Будет ли моя схема работать?" Ваш ответ поможет системе сигнализации нормально функционировать в сложных условиях, в которых, обычно, работает сигнализационная техника.
Полная стоимость
Полная стоимость системы есть сумма затрат на ее приобретение, текущих затрат в период ее работы и стоимости поддержания материальной части в рабочем состоянии. Рыночные факторы, как правило, влияют на снижение продажной цены, мало затрагивая два других ее компонента. Конструкторы же концентрируют свои усилия на повышении качества и надежности системы. Способны ли вы, как производитель продукции, дать своим агентам по маркетингу достаточный набор козырей, чтобы они могли продать ваш более качественный продукт по цене выше среднерыночной? Есть ли у вас возможности продать качественную продукцию по цене ниже среднерыночной? Способны ли вы создать систему, которая будет вне конкуренции?
Информация
Даже хорошая конструкторская идея может не дойти до торговца, установщика и пользователя, если не предпринять специальных усилий по их рекламе. Они могут осуществляться в форме подготовки обслуживающего персонала, раздачи буклетов, включенной в торговые и установочные операции и, возможно, снабжения упаковок оборудования богатыми информацией ярлыками. Иногда необходимо снабжать приборы схемами их правильного подключения к целостной системе сигнализации.
Зоны чувствительности
Нет никаких препятствий к созданию датчиков, наилучшим образом приспособленных к обнаружению объектов в данном помещении, что также снизит число ложных тревог. Достаточно часто разработчики используют излучатели для дистанционного управления. Правильный выбор излучателя радикально меняет свойства системы. А поскольку фокусировка ультразвука подчиняется оптическим законам преломления, то можно использовать и отражатели.
Рабочие частоты излучателей
Во избежание наведенных сигналов искусственного происхождения необходимо использовать частоты свыше 40 килогерц. Чтобы исключить возможность взаимной интерференции волн от двух ультразвуковых устройств, размещенных в одном помещении, их рабочие частоты должны быть разведены на интервал, не кратный гармоническому. Обычно не стоит полагаться лишь на задаваемые кристаллом кварца частоты, подаваемые на все передатчики. Подобное задание колебаний ультразвуковой волны способно свести на нет нечувствительность детекторов к сквознякам и движениям воздуха. Передатчик одного детектора начнет прямую трансляцию волн к приемнику другого без участия эха, а это, как вы понимаете, тот же принцип, что и в приборах "стоячей волны".
Разделение передатчика и приемника
Независимо от размеров объекта, чем ближе к ультразвуковым преобразователям он движется, тем выше вероятность тревоги. Ложных тревог от мух и моли можно избежать, "разведя" передатчик и приемник в пространстве. После этого моль, попадающая в пучок передатчика, не даст эха на приемник. Дистанция расхождения осей определяется геометрически с учетом формы пучков.
Разделение "стоячей волны" от допплеровского сдвига частот
Ультразвуковой допплеровский детектор может обладать и фазовой чувствительностью, однако нужно ли это? Такой детектор начинает вести себя довольно "нервно". Практика показывает, что даже тренированный в медленном передвижении человек время от времени совершает непроизвольные движения конечностями, и они вполне уверенно фиксируются при настройке детектора на выделение только допплеровского сдвига частоты.
Контрольное время срабатывания
Любое движение даже натренированиый взломщик не способен произвести менее, чем за 100 миллисекунд. Поэтому систему можно настроить на отсеивание более коротких сигналов.
Заземление
Электрическое оборудование обычно заземляется на нулевой провод или подсоединяется к специальному земляному проводу. Подобным же образом заземляется электронное оборудование, имеющее плавкие предохранители. Почему бы не заземлить и полупроводниковый прибор? В последнее время это делается все чаще. Однако это правило почти не распространяется на системы сигнализации. А ведь их заземление помогло бы избежать целого ряда ложных тревог из-за случайных разрядов внутри системы. А они, как правило, совершенно не дают о себе знать при контрольном осмотре системы и повергают эксплуатационников в глубокое изумление.
Контроль за эффективным радиусом действия
Чувствительность ультразвукового детектора должна быть выставлена не более той, которая требуется для охраняемой зоны под конкретное устройство. Чтобы избежать случайного снижения чувствительности до ноля, радиус действия датчика обычно не выставляют на дистанцию меньшую, чем 1/4 максимального радиуса действия. Более точная настройка эффективного радиуса в конкретных условиях требует контрольного прибора, учитывающего закон квадратичного снижения энергии, описанного в главе 4.
Соотношение "сигнал-шум"
Стоит посвятить серьезные усилия снижению чувствительности приемника к шуму и повышению стабильности его работы. О возможных проблемах в работе системы однозначно свидетельствует "зависание" в работе блока автоматического возвращения системы в сторожевое состояние. Вместо того, чтобы вернуться в это состояние через несколько секунд после окончания проверочного движения, "зависшая" система будет продолжать подавать сигнал тревоги.
Контрольные приборы
Окончательным критерием настройки системы сигнализации служит тест на передвижение. Однако это не единственный метод установки параметров системы. Портативные приемники или измерители напряженности поля дают достаточно ясное представление о том, как излучаемая энергия достигает задаваемых участков и обходит те зоны, которые могут вызвать ложную тревогу.
Наиболее приемлемые места использования допплеровских детекторов
Стекло
Ультразвуковые допплеровские детекторы незаменимы и прекрасно работают в зонах, ограниченных стеклянными преградами. Ультразвук, в отличие от других излучений, почти не проникает сквозь стекло, и датчик не реагирует на перемещения вне контролируемой зоны, снижая почти до нуля риск наведенных извне ложных тревог. Вне зоны риска не найдется каких-либо иных излучений, которые, проникнув через стекло, заставили бы ультразвуковой датчик сработать.
Большие площади
Поскольку для выбора частоты ультразвукового передатчика не требуется государственная лицензия, то в одном большом помещении может быть установлено несколько датчиков, излучающих энергию на разных частотах. При этом надо будет лишь стремиться избегать интерференции, как это будет описано выше. Общее необходимое число ультразвуковых датчиков может быть рассчитано с учетом количества зон риска внутри помещения.
Малые площади
Если речь идет о закрытых помещениях небольшого размера, то в них ультразвуковые датчики зарекомендовали себя прекрасными сторожами как зон большого, так и малого риска.
Открытые зоны в помещениях
Обычно ультразвуковой датчик - это последнее звено в системе охраны. Он позволяет обнаружить нарушителя непосредственно в зоне риска после того, как тот преодолел периметровые электронные и физические средства зашиты. То, что зону обнаружения для ультразвуковых датчиков можно легко регулировать, позволяет использовать их для слежения за коридорами и иными незакрытыми подходами к зоне риска.
Однако не следует думать на основании вышесказанного, что ультразвуковая сигнализация есть панацея от всех напастей. Она, как и все прочие формы сигнализации, уязвима для специфических источников ложных тревог. Цель этого раздела, в принципе, и заключается в том, чтобы объединить усилия исследователя и инженера в выборе конкретного типа датчика для конкретных условий. И таким датчиком может стать ультразвуковой, микроволновый, инфракрасный или иной датчик.
Неблагоприятные случаи использования ультразвуковых датчиков