Активні променеві ІЧ-системи

Променеві інфрачервоні системи (їх часто називають також лінійними активними оптико-електронними сповіщувачами) складаються з передавача й приймача, розташовуваних у зоні прямої взаємної видимості. Такий датчик формує сигнал тривоги при перериванні променя, що попадає на фотоприймач. Відмінна риса активних променевих систем – можливість створення дуже вузької зони виявлення. На практиці перетин чутливої зони визначається розміром лінз, що використовуються в оптичних блоках. Це особливо важливо для об'єктів, навколо яких неможливо створити зону відчуження. Однак, як і радіопроменеві, ІЧ-променеві системи можуть застосовуватися тільки на прямолінійних ділянках периметрів або огорож.

Основна проблема променевих ІЧ-охоронних приладів – помилкові спрацьовування при несприятливих атмосферних умовах (дощ, снігопад, туман), що зменшують прозорість повітря. Надійність у таких випадках забезпечують за рахунок багаторазового перевищення енергії променя над мінімальним граничним значенням, необхідним для спрацьовування датчика.

Джерелом перешкод може бути також пряме засліплення приймача сонячними променями. Найчастіше це трапляється під час заходу або сходу сонця, коли воно знаходиться низько над обрієм. Згідно зі стандартами датчик має зберігати працездатність при природній освітленості не менше 10000 лк і не менше 500 лк – від електричних освітлювальних приладів. Більшість сучасних вітчизняних і закордонних променевих датчиків мають спеціальні засоби фільтрації фонового випромінювання й відповідають зазначеним вище вимогам. Однак для забезпечення високої перешкодозахищеності від прямого засліплення дуже важливо правильно юстирувати датчик під час його настроювання й виконувати всі рекомендації виготовлювача стосовно монтажу.

Крім того, ІЧ-системи можуть спрацьовувати під час влучення в промінь птахів, листя або гілок дерев та ін. Для підвищення стійкості й надійності ІЧ-променевих систем їх роблять багатопроменевими (звичайно використовують 2 або 4 незалежних промені), а також застосовують схеми автоматичної обробки сигналів, зменшуючи вплив зовнішнього середовища.

Спеціальні заходи приймають для збереження працездатності датчиків у зимових умовах, у разі обмерзання або налипання снігу на оптичні поверхні блоків. Досить надійними методами боротьби із цими явищами є спеціальні козирки на оптичних фільтрах і внутрішні обігрівачі оптико-електронних блоків.

Одними з найпоширеніших вітчизняних ІЧ-променевих охоронних приладів є сповіщувачі серії СПЕК. Комплект СПЕК-75 містить блок випромінювача, блок фотоприймача й комплект для монтажу. Система забезпечує кут розходження оптичного пучка 3 градуси й дозволяє організувати однопроменевий рубіж охорони довжиною до 75 м (на вулиці). Випромінювач генерує в діапазоні ближнього ІЧ-спектра на довжині хвилі 0,8...0,9 мкм, сигнал тривоги включається під час переривання променя на заданий проміжок часу. Для забезпечення роботи в несприятливих умовах (дощ, снігопад, туман) випромінювач має стократний запас з потужності випромінювання. Вжито заходи для виключення помилкових спрацьовувань від сонячного засліплення (10000 лк).

Електронні блоки ідентичні за конструкцією, вони мають розміри

140 х 145 х 65 мм. Для юстирування системи можна використовувати вольтметр, що підключається спеціально для цієї мети. Номінальна напруга живлення –12 В, споживаний струм – не більше 60 мА. Діапазон робочих температур від – 40^оС до +50^о С. Для організації двопроменевого бар'єра використовують другий комплект сповіщувачів.

Випускаються також модифікації серії СПЕК для зон охорони до

175 метрів.

Потужнішим є ІЧ-променевий сповіщувач “Рубіж-3М”. Комплект включає дві пари приймально-передавальних блоків, керованих загальним блоком контролю. У приладі застосована імпульсна модуляція ІЧ-випромінювання й синхронний прийом, що дозволило підвищити дальність дії й реалізувати паралельну роботу декількох випромінювачів у багатопроменевих бар'єрах. Комплект дозволяє організувати двопроменевий контур охорони на довжині ділянки 300 м або два окремих однопроменевих рубежі на довжині до 600 м. За допомогою двох комплектів,,Рубіж–3М” можна також створити чотирипроменевий бар'єр з підвищеною перешкодозахищеністю. Система працездатна навіть при густому тумані, коли метеорологічна дальність видимості зменшується до 180 м. Апаратура видає сигнал тривоги, якщо промінь перекривається не менше ніж на 100 мс, що відповідає руху людини зі швидкістю до 5 метрів у секунду (18 км/годину).

Блоки випромінювача й фотоприймача системи,,Рубіж–3М” поміщені в ідентичні металеві корпуси, що встановлюються на поворотних кронштейнах. Габаритні розміри блока (із кронштейном) – 275 х 190 х 120 мм. Усередині блоків є пристрої підігріву, що забезпечують працездатність при температурі до – 45⁰С. На неогороджених територіях блоки встановлюють на спеціальних стійках. Мінімальна рекомендована висота променя над землею – 0,3 м, що дозволяє виявити повзучого порушника. За наявності огорож блоки звичайно зміцнюють уздовж верхнього краю огорожі.

Практично всі закордонні ІЧ-променеві охоронні прилади поєднують у загальному корпусі двопроменеву або чотирипроменеву синхронну систему.

Для об'єктів з високим ступенем захисту іноді застосовують ІЧ-променеві системи із кількістю променів від 4-х до 8-ми. Серед таких багатопроменевих систем можна згадати датчик IPS 600 фірми GPS (Італія), датчики серії IS 400 фірми Alarmcom (Швейцарія) або датчики серії IPID фірми ECSI (США). Конструктивно багатопроменеві ІЧ-датчики звичайно виконують у вигляді вертикальних штанг висотою приблизно до 3,5 метра. Багатопроменеві системи використовують найчастіше для охорони військових об'єктів, об'єктів атомної енергетики, великих промислових підприємств.

 

 

Пасивні ІЧ-системи

Такі “однопозиційні” системи є пасивними ІЧ-детекторами із просторовою діаграмою чутливості у вигляді променя. Вони простіші в монтажі й настроюванні, ніж двопозиційні ІЧ-променеві системи й використовуються частіше там, де потрібно перекрити короткі ділянки периметра – зони в'їзду транспорту, розриви в огородженнях, ворота, віконні прорізи та ін. Для таких датчиків характерно більший поперечний переріз чутливої зони, ніж для променевих оптичних датчиків.

Пасивні ІЧ-бар'єри IS 402 і IS 412 фірми Alarmcom (Швейцарія) призначені для вуличної експлуатації в складних атмосферних умовах. Датчик IS 402 має міцний алюмінієвий корпус з козирком, що захищає від сонячного засліплення. Датчик IS 402 формує зону чутливості у вигляді “завіси” довжиною 100 м і висотою до 4 м. Датчик IS 412 має підвищену чутливість і забезпечує зону охорони довжиною 150 м.

Однопозиційні пасивні ІЧ-датчики для охорони периметрів випускає англійська компанія Security Enclosures Ltd (SEL). У відкритому просторі датчик Redwall-100Q, що використовує технологію чотириканального детектування, забезпечує зону чутливості довжиною 100 м і поперечним перерізом 3 м. Удосконалений двосекційний датчик Megared-180Q дозволяє захищати зону довжиною до 180 м. Одна із секцій датчика призначена для детектування в ближній зоні, а інша – в далекій. Сигнали від секцій датчика можна використовувати, наприклад, для керування поворотною відеокамерою. Одна з модифікацій детектора фірми SEL – комбінований датчик Redwatch-100Q – поєднує в собі пасивний ІЧ-датчик і убудовану мініатюрну відеокамеру, поле зору якої збігається із чутливою зоною ІЧ-датчика. Можливість оперативної візуальної перевірки ситуації в “тривожній” зоні підвищує загальну ефективність охорони.

Для підвищення стійкості до зовнішніх факторів і зниження частоти помилкових спрацьовувань периметральні ІЧ-детектори іноді конструктивно поєднують з НВЧ-датчиками. Прикладом такого комбінованого приладу (іноді їх називають датчиками подвійної технології) є детектор серії DT-900 фірми C&K. Два канали виявлення – пасивний інфрачервоний і радіохвильовий – дозволяють забезпечити високу здатність до виявлення порушень, при високій стійкості до перешкод. Датчик має потрійну систему самодіагностики; він має спеціальний активний оптичний датчик, що сигналізує про спробу навмисного блокування приладу шляхом перекриття чутливої зони. Мікропроцесор з пам'яттю подій дозволяє вибирати оптимальний алгоритм виявлення вторгнення в різних навколишніх умовах. Залежно від використаної оптики, що фокусує, дальність дії датчика становить 37 м (перетин зони 3 м) або 61 м (перетин 5 м).

 

Оптоволоконні системи

 

Оптоволоконні кабелі, які використовуються для передачі інформації, можна використовувати також і як датчики для периметральних охоронних систем. Деформація оптоволоконного кабелю змінює його оптичні параметри (показник переломлення та ін.) і, як наслідок, характеристики лазерного випромінювання, що пройшло через волокно. У силу специфіки використаних фізичних принципів оптоволоконні системи відрізняються малою сприйнятливістю до будь-яких електромагнітних перешкод, що дозволяє використовувати їх у несприятливій електрофізичній обстановці.

Оптоволоконні кабелі проявляють деякі фізичні ефекти, що дозволяють застосовувати їх як периметральними датчиками. У всіх випадках до одного кінця кабелю підключений мініатюрний напівпровідниковий лазер, що генерує когерентне випромінювання. Протилежний кінець кабелю з’єднано з фотодіодом (приймачем), який перетворює оптичний сигнал в електричний. Аналізатор порівнює прийнятий сигнал з еталонним, котрий відповідає звичайному стану сенсора, і контролює зовнішні впливи на периметр (зсув, вібрації або стискання кабелю).

В охоронній системі Model M106E фірми Fiber SenSys (США) використовується метод реєстрації міжмодової інтерференції. Лазер випромінює кілька десятків близьких за частотою мод (спектральних ліній) з певним розподілом енергії за спектром. Якщо оптоволоконний кабель піддається механічним впливам, то на його виході приймач реєструє зміну спектра випромінювання, що дозволяє контролювати деформації кабелю.

В оптоволоконній системі фірми Sabreline (США) використовується ефект зміни розподілу випромінювання по поперечному перерізі при деформації волокна. На виході багатомодового оптоволокна спостерігається так звана “спекл-структура” (speckle-structure), що є нерегулярною системою світлих і темних плям. Для детектування деформацій кабелю тут застосовують просторово-чутливі фотоприймачі.

Оптоволоконні системи серії FOIDS (виготовлювач фірма Mason & Hanger, США) використовують принцип двопроменевої інтерферометрії. Промінь лазера розщеплюється на дві частини й направляється у два ідентичні одномодові оптичні кабелі, один із яких виконує детектування, а інший є опорним. На приймальному кінці обидва промені утворюють інтерференційну картину. Механічні впливи на кабель приводять до змін інтерференційної картини, які регіструються фотоприймачем.

Цікавою особливістю оптоволоконних систем є можливість їхнього застосування для захисту не тільки огорож, але й необгороджених територій. В останньому випадку волокно розміщують, у канавці, заповненій гравієм. При цьому, як показали випробування в Sandia National Laboratories (США), система здатна реєструвати кроки людини, яка йде або біжить.

До обмежень застосування оптоволоконних систем можна віднести складність процедури з’єднання й ремонту кабелів у польових умовах (потрібне застосування мікроскопа й дорогого пристрою для зварювання волокон). Досвід практичного застосування оптоволоконних периметральних систем порівняно невеликий, але потенційні тактико-технічні характеристики таких приладів щодо несприйнятливості до електромагнітних перешкод викликають серйозний інтерес.