- Барсуков Вячеслав Сергеевич, кандидат технических наукРычков Сергей Алексеевич
Барсуков Вячеслав Сергеевич, кандидат технических наук
Рычков Сергей Алексеевич Рассматривается состояние, перспективы развития и возможности использования современных датчиков (сенсоров) тревожной сигнализации, применяемых в интеллектуальных совокупностях обеспечения безопасности. Главными тенденциями развития современных систем безопасности (СБ) являются процессы автоматизации, информатизации и интеграции на базе ИИ [1].
Самый полно эти тенденции проявляются в развитии современных датчиков тревожной сигнализации (ДТС) для совокупностей безопасности. Для большей наглядности при проведении анализа на рис. 1 приведены схемы обобщенных жизнеобеспечения и систем безопасности (СБЖ) человека и объекта.
Рис. 1. Схемы обобщенных жизнеобеспечения человека и систем безопасности и объекта жизнедеятельности и Обеспечение безопасности включает в себя широкую сферу деятельности, направленную на защиту от разного вида угроз, источником которых (и объектом защиты) смогут выступать три главные части: человек, техногенная среда и природа (все, что создано человеком).
Как мы знаем, что при организации совокупности физической защиты объекта употребляется хороший принцип последовательных пределов, при нарушении которых угрозы будут вовремя найдены и их распространению будут мешать качественные преграды. Такие пределы (территории безопасности) должны размешаться последовательно, к примеру, от забора около территории объекта до главного, очень ответственного помещения.
размещение и зон Оптимальное расположение безопасности в них действенных противодействия и защиты (технических средств обнаружения) и составляют базу концепции физической защиты любого объекта. В большинстве случаев, при организации совокупности физической защиты объектов чаще всего употребляется трехрубежная схема физической защиты (рис. 2).
Рис. 2. Типовая трехрубежная схема физической защиты объекта Как мы знаем, главным звеном совокупности физической защиты есть система обнаружения (охранной сигнализации), складывающаяся из датчиков (извещателей), средств передачи извещений, приемно-контрольных устройств и пультов централизованного наблюдения. Наиболее значимым компонентом системы обнаружения являются датчики тревожной сигнализации, характеристики которых определяют главные параметры всей совокупности защиты.
Потому, что любой предел защиты делает собственные задачи и имеет собственные особенности, предстоящий анализ датчиков тревожной сигнализации, применяемых в совокупностях физической защиты объектов, совершён с учетом этих изюминок. Датчики тревожной сигнализации для обеспечения физической защиты объектов При конструировании совокупности защиты одной из центральных задач есть выбор оптимальных средств оповещения и, первым делом, датчиков тревожной сигнализации.
На данный момент создано и употребляется много самых разнообразных датчиков тревожной сигнализации. Разглядим коротко правила действия, способы применения и отличительные особенности самый распространенных из них. Классификация современных датчиков тревожной сигнализации для обеспечения физической защиты представлена на рис.
3.Рис. 3. Классификация современных датчиков тревожной сигнализации для обеспечения физической защиты помещений особенности использования и Краткая характеристика датчиков тревожной сигнализации По итогам анализа рынка технических средств обеспечения безопасности, например, датчиков тревожной сигнализации для совокупностей физической защиты объектов, ниже приведены их особенности использования и основные возможности при организации совокупности защиты (табл. 1).
Таблица 1. Сравнительные характеристики датчиков тревожной сигнализацииФизические правила функционирования современных датчиков Ключевые принципы функционирования современных их особенности и датчиков приведены в табл. 2. Таблица 2. Ключевые принципы функционирования современных датчиковАнализ характеристик современных датчиков говорит о том, что по мере внедрения процессоров ДТС становились все более интеллектуальными (владеющими ИИ) [2].
На данный момент хорошие интеллектуальные возможности имеют так именуемые датчики с двойной разработкой, т.е. комбинированные датчики. Эти возможности возможно проиллюстрировать на примере микропроцессорного охранного датчика двойной разработке DS970 компании Detection Systems. Этот датчик объединяет в себе пассивный инфракрасный детектор с линзой Френеля и микроволновый детектор на эффекте Доплера.
Он имеет два типа диаграммы направленности: стандартную (21х21 м) и “Луч” – 30х3 м. Хорошая адаптируемость к разным внешним условиям достигается за счет свободной регулировки чувствительности каждого из детекторов. Сигнал тревоги формируется при условии, что инфракрасный и микроволновый детекторы в один момент зарегистрировали нарушение в собственной территории охраны. Наряду с этим временные параметры и амплитуда сигналов для каждого из детекторов должны соответствовать состоянию тревоги.
Потом сигнал от ИК-детектора обрабатывается схемой “Анализатор перемещения”, контролирующей временные характеристики и форму сигнала. Процессор машинально подстраивается под скорость перемещения и амплитуду его сигнала.
Данный анализатор не дает фальшивых срабатываний на возмущения, вызванные тёплыми и холодными воздушными потоками, работой нагревательных кондиционеров и приборов, действием помех от солнечного света, света и молний автомобильных фар. “Анализатор перемещения” снабжает два уровня чувствительности ИК-детектора. обработки сигнала и Схема регистрации микроволнового детектора идентифицирует и блокирует источники повторяющихся фальшивых срабатываний и снабжает эластичную адаптацию к фоновым возмущениям.
Применяемый метод работы существенно сокращает возможность фальшивой тревоги и сохраняет высокую надежность регистрации настоящего нарушения территории охраны. Не считая всего другого, этот датчик снабжает кроме этого “защиту от маскирования”, функцию “контроль присутствия”, защиту от вскрытия и автоматическое самотестирование ИК- и МВ-детекторов.
Характерной тенденцией мирового технологического развития последнего десятилетия явилось зарождение интегральных, а также, микросистемных разработок [3]. Инициирующим причиной, содействующим динамичному формированию микросистемной техники, стало появление, так называемых микроэлектромеханических совокупностей – МЭМС, в которых гальванические связи находятся в тесном сотрудничестве с механическими перемещениями.
Изюминкой МЭМС есть то событие, что в них электрические и механические узлы формируются из неспециализированного основания (к примеру, кремниевой подложки), причем, в следствии применения разработки формирования объемных структур обеспечивается получение микросистемной техники с высокими оперативно-техническими чертями (массо-габаритными, весовыми, энергетическими и др), что сразу же привлекло к себе внимание экспертов – разработчиков спецтехники. Применение МЭМС-разработок в современных электронных совокупностях разрешает существенно расширить их функциональность.
Применяя технологические процессы, практически не отличающиеся от производства кремниевых микросхем, разработчики МЭМС-устройств создают миниатюрные механические структуры, каковые смогут взаимодействовать с окружающей средой и выступать в роли датчиков, передающих действие в интегрированную с ними электронную схему. Как раз датчики являются самый распространенным примером применения МЭМС-технологии: они употребляются в гироскопах, акселерометрах, других устройствах и измерителях давления.
На данный момент практически все современные машины применяют МЭМС-акселерометры для активации воздушных подушек безопасности. Микроэлектромеханические датчики давления активно применяются в автомобильной и авиационной индустрии. Гироскопы применяются во множестве устройств, начиная со сложного навигационного оборудования космических аппаратов и заканчивая джойстиками для компьютерных игр.
МЭМС-устройства с микроскопическими зеркалами употребляются для оптических коммутаторов и производства дисплеев. Микрокоммутаторы и резонансные устройства, выполненные по МЭМС-технологии, демонстрируют меньшие омические утраты и высокую добротность при уменьшении потребляемой мощности и габаритов, лучшей повторяемости и более широком диапазоне варьируемых параметров.
В биотехнологии использование МЭМС-устройств разрешает создавать недорогие, но производительные однокристальные устройства для расшифровки цепочек ДНК, разработки новых лекарственных и других особых препаратов (“лаборатория на кристалле”). Помимо этого, нужно также подчеркнуть емкий рынок струйных принтеров, в катриджах которых употребляются микрожидкостные МЭМС-устройства, создающие и производящие микрокапли чернил под управлением электрических сигналов.
Согласно точки зрения специалистов, развитие микросистемной техники может иметь такое же влияние на научно-технический прогресс, какое оказало появление микроэлектроники на современное состояние и становление ведущих областей науки и техники. В скором будущем возможно ожидать создание микросистемных датчиков для устройств определения разных запахов, что, непременно, значительно активизирует криминалистику и будет содействовать решению проблемы биометрической бесконтактной идентификации контроля и личности НСД.
Примеры ответа нетрадиционных задач с применением ДТС Современные возможности ответа нетрадиционных задач с применением ДТС разглядим на примерах организации скрытого контроля несанкционированного доступа в помещение. Скрытый контроль несанкционированного доступа в помещение с применением ИК-канала Пожалуй, самым несложным вариантом организации скрытого контроля несанкционированного доступа (НСД) в помещение есть применение двух портативных персональных компьютеров (ППК).
В качестве ППК смогут быть использованы компьютеры любого класса, имеющие обычный инфракрасный порт, соответствующий требованиям Infared Data Association (IrDA) и снабжающий беспроводную передачу данных. Для решения поставленной задачи ППК употребляются в закрытом состоянии при экономичном режиме работы от внутреннего аккумулятора. Единственное условие требует прямой видимости между ИК-портами ППК.
При необходимости возможно использовано бытовое зеркало. Вероятны кроме этого другие варианты бесконтактного контроля НСД с применением периферийных устройств, имеющих обычный ИК-порт. Особое ПО возможно выполнено подготовленным пользователем на языке большого уровня. При необходимости вероятно срочное автоматическое оповещение пользователя с указанием времени НСД (SMS-сообщение по сотовому телефону (МТ)).
Этот вариант реализуется в режиме беспроводной связи без кабельного подключения МТ к ППК. МТ краткосрочно включается в момент НСД.
Скрытый контроль несанкционированного доступа в помещение с применением микровидеокамеры При ответе данной задачи вероятны следующие главные варианты: Употребляется бытовой ППК со встроенной микровидеокамерой (МВК) В этом случае ППК в независимом режиме ведет постоянную съемку места вероятного несанкционированного доступа (к примеру, дверей) с записью на жесткий диск компьютера. При необходимости срочного оповещения о НСД употребляется программа анализа изображения, которая при трансформации изображения (появлении НСД) выдает команду на передачу SMS-сообщения о НСД с указанием времени нарушения.
Употребляется бытовой ППК с внешней микровидеокамерой В этом случае употребляется любой бытовой ППК с подключенной внешней микровидеокамерой (вероятен вариант с WEB-камерой, подключенной через USB-порт к ППК, и беспроводным выходом в Интернет). Конкретные варианты реализации скрытого контроля НСД в помещение с применением общедоступных технических средств, а также, и разные комбинации из рассмотренных выше вариантов, определяются решаемыми задачами, возможностями и конкретной своевременной обстановкой. Употребляется комбинированный датчик “Micro-Foto” Логичный вывод о необходимости интеграции ИК-датчиков с камерой для обнаружения НСД в контролируемый объект реализован сейчас в аппаратуре “Micro-Foto”. С ее применением возможно обеспечить:
- действенный камуфляж, не завлекающий внимания – в виде типового датчика охранной сигнализации;
- круглосуточный видеоконтроль объектов;
- скрытую фотосъемку с автоматическим включением сигналами встроенных датчиков перемещения ИК- и видеодетектора;
- накопление до 20 000 фотокадров на съемную миниатюрную Flash-карточку;
- ввод отснятого материала с карточки в ПЭВМ через обычный порт;
- просмотр фотокадров на компьютере, их архивирование и редактирование;
- программирование параметров съемки, а также, установку качества кадров, адаптацию к освещенности объекта по яркости и контрасту, задание количества кадров, снимаемых по срабатыванию детекторов и др.;
- кодовый доступ посредством ИК-пульта.
Съемка осуществляется машинально скрытой микровидеокамерой по командам с ИК- и видеодетекторов. Пользователю аппаратуры достаточно только установить кронштейн, на котором находится аппаратура “Micro-Foto” в виде типового охранного датчика, и подключить адаптер к сети. Для анализа и просмотра фотокадров нужно снять Flash-карточку с изделия “Micro-Foto” и загрузить видеоматериал в компьютер. перспективы и Тенденции развития датчиков тревожной сигнализации По итогам исследований возможно сделать краткий вывод о том, что современным датчикам тревожной сигнализации свойственны следующие главные тенденции:
- интеграция разных правил действия (к примеру, двойной технологии: инфракрасный и микроволновый в одном корпусе);
- интеграция датчиков со средствами связи;
- микросистемная интеграция;
- применение компьютерной (микропроцессорной) обработки;
- наличие ИИ;
- децентрализация, автономность и самотестирование работы.
Пожалуй, самые революционные трансформации в оперативно-технических чертях датчиков случились по окончании внедрения микропроцессорной обработки сигналов (МПОС) [2], которая разрешила обеспечить в будущем все вышеперечисленные тенденции. Данный вывод возможно подтвердить на примере современных датчиков “разбития стекла”, применяющих микропроцессорный анализатор сигналов, распознающий характерные спектральные составляющие, появляющиеся при разбивании стекла.
В частности, датчики серии DS1100 компании Detection Systems применяют микропроцессорный анализатор сигналов, что осуществляет контроль аналоговый сигнал в широком спектре частот. Включение тревоги происходит лишь в том случае, если спектральные составляющие сигнала и их временная динамика трансформации соответствует комплекту справочных данных. В этом случае понижается возможность фальшивой тревоги и гарантируется надежная работа датчика в непростых условиях.
Эти датчики предназначены для защиты несложных, закаленных и армированных стекол, и стекол с пленочным покрытием. Режим тестирования разрешает проводить диагностику уровня внешних шумов, осуществлять раздельный контроль уровня инфранизких и высокочастотных шумов и определять место оптимального размещения датчика кроме того в непростых условиях.
Разглядывая возможности развития ДТС, нельзя не остановиться на действенных тонкопленочных магниторезистивных датчиках, в которых употребляется магниторезистивный эффект, т.е. изменение электрического сопротивления материала под действием внешнего магнитного поля. Главными элементами структуры датчика являются два ферромагнитных слоя, изготовленные из сплавов Со, Ni, Fe и поделённые прослойкой немагнитного металла – Cu, Ag, Au и др.
В качестве фиксирующего слоя, создающего обменное сотрудничество с ближайшим ферромагнитным слоем для его фиксации, в большинстве случаев употребляются пленки FeMn, FeIr, NiO. Среди областей применения магниторезистивных датчиков необходимо отметить устройства для измерения напряженности постоянного и переменного магнитного поля (магнитометры), навигационные устройства (электронные компасы), измерители тока, устройства гальванической развязки, датчики углового и линейного положений, линейки (матрицы) датчиков для диагностики печатных плат и изделий из ферромагнитных материалов, датчики для машин (тахометры), комбинированные головки воспроизведения для магнитных дисков и лент, совокупности безопасности.
Пожалуй, самоё сильное влияние на развитие ДТС сейчас оказали фотоэлектрические устройства с переносом заряда (ФППЗ). В этих твердотельных устройствах зарядовые пакеты передаются к выходному устройству благодаря перемещения положения потенциальных ям. Пороговая чувствительность ФПЗС соответствует восприятию изображения объекта при свете звезд. На данный момент ФПЗС являются главной элементной базой в следующих областях:
- бытовые телевизионные совокупности (форматы VHS, SVHS, HDTV и др.);
- специальные телевизионные совокупности: охрана, медицина, анализ движущихся изображений, научные изучения, транспорт;
- техническое зрение роботов;
- устройства ввода изображения в ЭВМ;
- цифровые фотокамеры;
- бесконтактные измерительные устройства;
- наземная и космическая астрономия;
- дистанционное зондирование Почвы из космоса;
- совокупности безопасности.
Одним из направлений предстоящего развития ДТС есть поиск принципиально новых подходов к созданию современных датчиков. Как пример разглядим реализацию устройства защиты от несанкционированного доступа (НСД) человека в контролируемую территорию на базе торсионных сотрудничеств. Данное устройство создано в Пензенском национальном университете (ПГУ).
На данный момент для защиты от НСД употребляются разные датчики обнаружения перемещения объекта, а также, основанные на эффекте Доплера. Главным недочётом таких датчиков есть возможность отказа в работе, в случае если скорость перемещения делается ниже граничной. Исходя из этого очень актуальной проблемой есть поиск новых правил обнаружения медленных и весьма медленных (до сантиметра в час) перемещений человека в контролируемом секторе на расстоянии нескольких метров.
Разработчики из ПГУ применяли тот факт, что человек есть биологическим объектом, имеющим комплексное биополе, в состав которого входит энергоинформационная составляющая, исходя из этого человека возможно разглядывать как источник сложного торсионного поля. В теории энергоинформационного сотрудничества известен эффект трансформации хода часов при действии внешнего торсионного поля.
Исходя из этого в качестве базы датчика, реагирующего на трансформацию торсионной обстановки в помещении при появлении человека, был забран датчик времени с электронным задающим генератором. На протяжении опытов была кроме этого создана методика изучений, разрешившая выделить торсионное действие среди других. В течение трех лет велась работа по созданию элементов, чувствительных к действию торсионных полей, и обнаружению их влияния на пространственную избирательность и чувствительность датчика. Созданный датчик торсионного поля был подвергнут тщательным экспериментальным изучениям, из-за которых было установлено:
- электронный датчик времени, помещенный в многослойный заземленный электромагнитный экран-корпус, реагирует на перемещения человека относительно датчика на расстоянии нескольких метров;
- замечаемая величина реакции датчика на перемещения человека, выраженная относительным трансформацией периода либо частоты задающего генератора, возможно использована в разных практических приложениях;
- разные схемотехнические и конструкционные ответы разрешают взять свойство пространственной направленности датчика, и повысить его чувствительность.
Полученные практические результаты по созданию датчика торсионного поля являются очень многообещающими и воображают несомненный интерес для разработчиков не только средств защиты от негативных полей, вместе с тем и средств контроля НСД к разным объектам. Так, датчики тре