Комбинированные датчики, именуемые кроме этого датчиками двойной разработке, показались недавно и на данный момент становятся все более популярными. Преимущество таких датчиков содержится в значительном понижении частоты фальшивых тревог. Это достигается благодаря тому, что в одном датчике употребляется комбинация двух разных физических правил обнаружения.
Сигнал тревоги выдается лишь в том случае, если в один момент либо в течение маленького промежутка времени срабатывают оба детектора. Для понижения частоты фальшивых тревог, применяемые правила обнаружения должны быть такими, дабы помехи, вызывающие фальшивые срабатывания, по-различному влияли на любой составляющий комбинацию детектор.
Громаднейшее распространение на данный момент взяла комбинация микроволнового активного и ИК-пассивного правил обнаружения.
Значительно реже употребляется комбинация ультразвукового и ИК детекторов. Существуют кроме этого отдельные образцы датчиков, в которых употребляются три разных физических принципа обнаружения, но такие датчики пока не завоевали популярности.
В данном обзоре мы будем разглядывать самую распространенную группу датчиков двойной разработке — ИК+микроволновые.
Перед тем как перейти к подробному анализу изюминок датчиков двойной разработке, целесообразно остановиться на изложении ключевых принципов микроволнового способа обнаружения.
МИКРОВОЛНОВЫЙ СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ
Принцип действия микроволнового активного способа обнаружения основан на излучении в окружающее пространство электромагнитного поля СВЧ регистрации и диапазона его трансформаций, вызванных отражением от нарушителя, движущегося в зоне чувствительности датчика.
Микроволновые активные датчики, реализующие данный способ, относятся к классу детекторов перемещения.
Микроволновые датчики складываются из следующих главных элементов:
СВЧ генератора;
- антенной совокупности, создающей электромагнитное поле в окружающем пространстве, принимающей отраженные сигналы, формирующей диаграмму направленности датчика и определяющей форму пространственной территории чувствительности;
- СВЧ приемника, регистрирующего изменение черт принятого сигнала;
- блока обработки, выделяющего сигналы, обусловленные движущимся человеком, на фоне помех.
Генератор микроволнового датчика рекомендован для создания СВЧ сигнала — в большинстве случаев в 3-х сантиметровом диапазоне длин волн (10…11 ГГц), сейчас производителями датчиков начали осваиваться и более коротковолновые диапазоны (24…25 ГГц). Первоначально в микроволновых датчиках употреблялись генераторы на диодах Гана, на данный момент производители перешли на транзисторные генераторы.
Современные СВЧ генераторы разрешают вырабатывать стабильный сигнал с требуемыми чертями при малых низком потреблении и габаритах.
В качестве антенной совокупности в микроволновых датчиках в большинстве случаев употребляется единственная совмещенная приемо-передающая антенна. В большинстве современных датчиков используются микрополосковые антенны, владеющие меньшими габаритами, весом и ценой если сравнивать с обширно употреблявшимися ранее рупорными антеннами.
Но рупорные антенны применяютсянекоторыми производителями датчиков и на данный момент, поскольку снабжают пара более высокую точность формирования диаграммы направленности.
По большому счету говоря, формы территорий чувствительности микроволновых детекторов не отличаются таким многообразием, как у ИК-пассивных датчиков. Конфигурация территории чувствительности микроволновых датчиков является объемное тело, напоминающее по форме эллипсоид.
В совершенстве от антенной совокупности требуется излучение (и прием) лишь в переднее полупространство без заметного заднего и бокового излучения (с целью минимизации фальшивых срабатываний).
Для таковой совершенной антенной совокупности территория чувствительности является объемное тело каплевидной формы (целая кривая на рис.1), характеризующееся углами обзора (в горизонтальной и вертикальной плоскостях), длиной Rmax (большой дальностью действия) и шириной D (высотой).
Эти параметры в большинстве случаев приводятся в документации на микроволновые датчики (время от времени дополняются размерами контролируемых датчиком объёма и площади помещения). Обычные значения размеров территории чувствительности для микроволновых датчиков составляют: Rmax=10…15 м, D=5…10 м, дельта=60°…100°.
Территория чувствительности, формируемая настоящей антенной совокупностью, отличается от совершенной — из-за заднего и бокового излучения/приема она получает форму, изображенную на рис.1 пунктиром.
Отношение Rз/Rmax может составлять 0,03…0,1.
Вышеприведенные характеристики честны для свободного пространства. При размещении датчика в помещении форма территории чувствительности значительно искажается.
Из-за отражения от ограждающих конструкций (коэффициент отражения по полю от кирпичных и бетонных стен образовывает 0,3…0,6) электромагнитное поле заполняет с большей либо меньшей степенью равномерности фактически все помещение, в случае если размеры этого помещения не превышают размеры территории чувствительности.
Иначе, узкие перегородки из легких материалов, древесные двери, стекла, шторы не являются значительной преградой для электромагнитного поля, исходя из этого территория чувствительности может распространяться и за пределы защищаемого помещения, что может привести к фальшивым срабатываниям, к примеру при проходе людей по коридору либо проезде транспорта у окон первого этажа.
Одновременно с этим, крупногабаритные предметы (шкафы, сейфы и т.п.), находящиеся в помещении, создают тени (территории нечувствительности). Все это должно учитываться при выборе количества и места установки применяемых датчиков.
Перемещение нарушителя ведет к появлению изменяющегося во времени отраженного сигнала. Тут различают два результата: изменение пространственной картины стоячих волн и частотный сдвиг отраженной от движущегося человека волны (эффект Доплера).
Микроволновые датчики, основанные на регистрации первого результата, именуются амплитудно-модуляционными, второго — доплеровскими.
По большому счету говоря, оба этих результата неразрывно связаны, имеют одинаковое проявление и общую природу, и исходя из этого фактически неразделимы.
По сути, отличие проявляется в характеристиках и структуре построения СВЧ приемника микроволнового датчика.
Громаднейшее распространение взяли доплеровские микроволновые датчики, имеющие более высокую чувствительность. Доплеровский сдвиг частоты df появляется при перемещении нарушителя на протяжении луча, частота отраженного сигнала возрастает при перемещении к датчику и значительно уменьшается при перемещении от датчика.
Полная величина df пропорциональна частоте зондирующего сигнала f и составляющей скорости перемещения на протяжении луча.
Зависимости df от Vл представлены на рис.2, из которого видно, что обычные значения регистрируемых датчиком размеров 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 (а также адаптивными) гармоник сети.
Вторыми источниками помех, вызывающими фальшивые срабатывания доплеровских микроволновых датчиков, являются отражения от вибрирующих, колеблющихся и движущихся прекрасно отражающих объектов.
Такими источниками фальшивых срабатываний смогут быть, к примеру:
- установочная арматура включенных ламп дневного света;
- трудящееся электрооборудование, создающее вибрацию;
- потоки дождевой воды на стеклах;
- перемещение воды в пластиковых трубах;
- птицы и мелкие животные.
В прошлые годы, до широкого распространения ИК-детекторов, микроволновые активные датчики пользовались громадной популярностью. на данный момент и спрос, и предложения этих датчиков значительно снизились. Главные характеристики микроволновых датчиков русского производства, предназначенных для установки в помещений, приведены в табл1.
Все эти датчики имеют целую объемную территорию чувствительности, предусмотрена возможность регулировки в широких пределах большой дальности обнаружения. Рекомендуемая высота установки образовывает 2…2,5 м.
Допускается эксплуатация нескольких датчиков в одном помещении — для исключения обоюдного влияния сигналов, вероятен выбор одной из четырех рабочих частот.
Таблица 1.
КОМБИНИРОВАННЫЕ ДАТЧИКИ
Итак, главное преимущество комбинированных датчиков — значительное уменьшение возможности фальшивых тревог. Если бы фальшивые срабатывания каждого детектора, входящего в комбинированный датчик, вызывались бы полностью разными физическими явлениями (другими словами эти события были бы свободными), то возможность фальшивой тревоги Pлт для того чтобы датчика равнялась произведению возможностей фальшивых тревог для каждого из детекторов: Pлт=P1 ·P2 . Так, при P1=P2=10-5 мы возможно взяли бы понижение частоты фальшивых срабатываний в 100000 раз.
В настоящей ситуации выигрыш не так велик, но все же достигнутые характеристики впечатляют: у современных комбинированных ИК+микроволновых датчиков среднее время наработки на фальшивую тревогу увеличено до 3000-5000 часов, что значительно превышает подобный показатель датчиков других типов. Возможно вероятный выигрыш недостижим вследствие того что с одной стороны у ИК и микроволновых детекторов все же имеются неспециализированные обстоятельства фальшивых срабатываний, а иначе по причине того, что эти детекторы реагируют на разное перемещение нарушителя — поперечное пересечение территории чувствительности для ИК-детектора и перемещение на протяжении луча для микроволнового. В табл.2 приведены самый распространенные обстоятельства фальшивых срабатываний ИК и микроволновых (МВ) датчиков.
Таблица 2.
Из таблицы видно, что большая часть трансформаций внешней среды по различному воздействуют на любой детектор и как правило не смогут привести к одновременному срабатыванию обоих сенсоров. Задача инсталлятора — при установке комбинированного датчика обеспечить мельчайшее влияние неспециализированных для обоих детекторов помеховых действий.
Закономерен вопрос — как комбинированный датчик обнаруживает нарушителя, в случае если детекторы, составляющие комбинацию, реагируют на разные направления перемещения человека?
Ответ пребывает в том, что в ходе ходьбы человек совершает сложные перемещения, да и возможность того, что он сможет строго выдержать направление перемещения совершенно верно на протяжении луча либо перпендикулярно ему, мала.
Помимо этого, благодаря переотражений электромагнитных волн от ограждающих образования и конструкций в помещении сложной картины стоячих волн, доплеровский сдвиг частоты, регистрируемый микроволновым детектором, появляется при самых разных направлениях перемещения.
Все это разрешает за счет понижения порога срабатывания добиться одновременного реагирования обоих детекторов на перемещение нарушителя.
Ясно, что при таком понижении порога возрастет возможность фальшивых срабатываний, но кроме того в случае если, к примеру, для одного из датчиков она увеличится до Р1=10-2, то результирующая возможность фальшивой тревоги комбинированного датчика все равно снизится в 100 раз (при условии, что Р2 не изменялась, а фальшивые тревоги по двум детекторам свободны).
Преимуществом датчиков двойной разработке есть большой иммунитет по отношению к изменениям и возможным ошибкам инсталлятора внешней среды по окончании настройки и установки, к каким относятся, к примеру, при установке не были учтены обогрев и отопление помещения, наружная засветка либо установка в помещении оборудования, создающего помехи.
Преимущество комбинированных датчиков демонстрируется кроме этого в проходах и узких коридорах.
При применении в таковой ситуации ИК-датчика перемещение нарушителя происходит без поперечного пересечения нескольких лучей, в связи с чем приходится отказываться от режима многократного подсчета импульсов, что ведет к увеличению частоты фальшивых срабатываний. Использование комбинированного датчика решает эту проблему.
Перейдем к рассмотрению характеристик и номенклатуры современных комбинированных датчиков, предлагаемых ведущими производителями.
Компания PARADOX SECURITY SYSTEMS (Канада) производит комбинированные ИК+микроволновые датчики серии VISION. В датчиках используются сдвоенные либо счетверенные пироприемники.
Счетверенные пироприемники PARADOX имеют сложную геометрию с переплетенными чувствительными элементами, что разрешило примерно в два раза расширить дальность действия датчика, и упростить настройку территории перекрытия.
Микроволновый детектор этого комбинированного датчика выполнен на современной элементной базе, что сделало его более надежным и повысило отношение сигнал/шум если сравнивать с прошлыми разработками компании в данной области.
В датчике реализована цифровая обработка сигналов на базе RISC-процессора. Применяемый метод для сигналов с пироприемников традиционен для данной компании и основан на измерении, сохранении в накоплении и памяти энергии каждого увиденного сигнала.
Сигнал тревоги инициируется при превышения величиной накопленной энергии некоего порогового уровня.
Причем для сильных сигналов детектор сходу выдает сигнал тревоги, работая наряду с этим как пороговый, а для сигналов низкого уровня детектор машинально переключается в режим подсчета импульсов, что значительно снижает возможность фальшивых тревог. Число накапливаемых импульсов зависит от уровня энергии сигналов и может доходить до 25.
Метод обработки сигнала с микроволнового детектора исключает влияние помех как источника фальшивых тревог в датчике.
Цифровая фильтрация осуществляет выделение доплеровских сигналов, характерных для движущегося людской тела. Наряду с этим подавляются сигналы постоянной частоты, создаваемые газоразрядными лампами, случайные радиочастотные помехи и электромагнитные всплески.
Процессор машинально настраивается на подавление сетевых помех частоты 50 Гц.
В датчике употребляется особая схема антимаскинга, основанная на регистрации микроволновым детектором любого перемещения на расстоянии меньше 0,5…1 м. Каждые 180 секунд в датчике машинально тестируется правильность работы микроволновых цепей. Характеристики этих комбинированных датчиков приведены в табл.3.
Таблица 3.
Компания CROW Electronic Engineering ЛТД. (Израиль) производит два типа комбинированных ИК+микроволновый датчиков DXR и SRX-1000. В датчиках употребляются 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 отличные линзы (в SRX-1000 — комбинированная зеркально-линзовая оптика), датчики вскрытия. Главные характеристики датчиков приведены в табл.4.
Таблица 4.
Компания PYRONIX ЛТД. (Англия) создаёт серию датчиков двойной разработке 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;
- разработка IFT — двухуровневые свободные плавающие пороги в ИК и микроволновой секциях;
- цифровая фильтрация в микроволновой секции и метод чередующихся знаков SPP в ИК секции (не считая датчика E);
- разработка поверхностного монтажа;
- высокая степень защиты от радиопомех;
- защита территории под датчиком;
- датчик вскрытия.
В датчике EQUINOX-AM дополнительно реализована функция антимаскинга, которая основана на анализе микроволнового рассеяния в ближней территории. Согласно заявлениям компании PYRONIX данный способ реализации антимаскинга владеет значительными преимуществами перед вторыми способами, основанными на применении особого канала ИК излучения, срабатывающего при появлении маски.
Совокупность микроволнового антимаскинга датчика EQUIONIX-AM имеет возможность регулировки протяженности ближней территории от 0 до 1,5 м. Для выдачи информации о маскировании на контрольную панель в датчике установлено отдельное реле маскирования.
Главные характеристики, неспециализированные для всех датчиков данной серии, приведены в табл.5.
Таблица 5.