Призначення, класифікація й основні характеристики оптичних засобів виявлення

 

Нагадаємо, що засіб виявлення (ЗВ) – це конструктивно завершений пристрій, що реалізує рецепторну функцію (одержання інформації про стан зовнішнього середовища в зоні виявлення), а також функції обробки й розпізнавання первинної інформації. Функція обробки первинної інформації полягає у виділенні характерних для порушника ознак сигналів, що змінюють стан зовнішнього середовища. Розпізнавання первинної інформації є перевіркою відповідності виділених сигналів заданим критеріям і ухвалення рішення про характер сигналів. ЗВ не має самостійного застосування, оскільки не реалізує функцію відображення інформації, але при цьому ЗВ є важливою й невід'ємною складовою частиною комплексу технічних засобів охоронної сигналізації. В окремих випадках ЗВ може застосовуватися для видачі керуючих сигналів і команд на різні пристрої (телекамери, магнітофони, засоби тривожного оповіщення).

Оптичні ЗВ одержали широке поширення і є одними з основних засобів сигналізації для захисту приміщень, проходів, коридорів, периметрів. Десятки фірм багатьох країн світу щорічно випускають сотні модифікацій цих приладів загальною кількістю більше мільйона екземплярів.

Пасивні інфрачервоні ЗВ (ІЧЗВ) сьогодні є найпоширенішими для використання при охороні приміщень. Це обумовлено тим, що сучасні пасивні ІЧЗВ мають високі показники виявлення й завадостійкості, широкою розмаїтістю конфігурацій зон виявлення (об'ємні, лінійні, поверхневі), зручні в експлуатації, економічні, екологічно безпечні й не створюють перешкод іншим засобам електронної техніки. ІЧЗВ дешевше інших засобів, які призначені для блокування приміщень (мікрохвильових, ультразвукових і т.д.). Принцип дії ІЧЗВ заснований на реєстрації власного теплового випромінювання порушника (пасивні ІЧЗВ) або зміни ІЧ-випромінювання при взаємодії його з порушником (активні ІЧЗВ).

За функціональним призначенням ІЧЗВ можна розділити на дві групи:

– ІЧЗВ, призначені для охорони протяжних рубежів і периметрів;

– ІЧЗВ, призначені для охорони приміщень і окремих предметів.

У свою чергу за принципом роботи й структурі ІЧЗВ підрозділяються на активні (одно- і багатопозиційні) і пасивні.

Активні ІЧЗВ частіше застосовуються для охорони рубежів і периметрів; для охорони приміщень і окремих предметів перевага віддається пасивним ІЧЗВ.

Сучасні пасивні ІЧЗВ характеризуються більшою розмаїтістю можливих форм діаграм спрямованості. Зона чутливості ІЧЗВ є набором променів різної конфігурації, що розходяться від ЗВ радіальними напрямками в одній або декількох площинах. У зв'язку з тим, що в ІЧЗВ використовуються здвоєні піроприймачі, кожний промінь у горизонтальній площині розщеплюється на два. Піроприймач ІЧ-випромінювань – це прилад, що вимірює теплове випромінювання (тепловий потік, Вт/м²). Однак для підвищення імовірності правильного визначення факту порушення охоронюваної зони за допомогою ІЧЗВ вимірюються диференційні величини – різниці показників піроприймачів, що застосовуються в ІЧЗВ.

На рис.4.15 представлені графічні моделі різних варіантів зон чутливості ІЧЗВ:

– одного або декількох вузьких променів, зосереджених у малому куті;

– декількох вузьких променів у вертикальній площині (променевий бар'єр);

– одного широкого у вертикальній площині променя (суцільна завіса);

– декількох вузьких променів у горизонтальній або похилій площині (поверхнева одноярусна зона);

– декількох вузьких променів у декількох похилих площинах (об'ємна багатоярусна зона).

При цьому можна змінювати довжину зони чутливості від 1 до 50 м, кут огляду – від 3 до 180° (для стельових ІЧЗВ – до 360°), кут нахилу кожного променя – від 0 до 90°, кількість променів може становити від одного до декількох десятків. Різноманіття й складна конфігурація форм зони чутливості обумовлені в першу чергу такими факторами:

– прагненням розроблювачів забезпечити універсальність під час обладнання різних за конфігурацією приміщень – невеликих кімнат, довгих коридорів, формування зони чутливості спеціальної форми, наприклад, із зоною нечутливості (алеєю) для домашніх тварин, поблизу підлоги, і т.п.;

– необхідністю забезпечення рівномірної зони чутливості.

 

Рисунок 4.15 – Варіанти зон чутливості ЗВ

 

На вимозі рівномірної чутливості доцільно зупинитися докладніше. Сигнал на виході піроприймача за інших рівних умов тим більший, чим більший ступінь перекриття порушником зони чутливості детектора й чим менша ширина променя й відстань до ЗВ. Для виявлення порушника на великій (10...20 м) відстані бажано, щоб у вертикальній площині ширина променя не перевищувала 5...10° – у цьому випадку людина практично повністю перекриває промінь, що забезпечує максимальну чутливість. На менших відстанях чутливість детектора в цьому промені істотно зростає, що може привести до помилкових спрацьовувань, наприклад, від дрібних тварин. Для зменшення нерівномірності чутливості використовуються оптичні системи, що формують кілька похилих променів. ІЧЗВ при цьому встановлюють на висоті вище людського зросту. Загальна довжина зони чутливості тим самим розділяється на кілька зон, причому "ближні" до детектора промені для зниження чутливості формуються звичайно ширшими. За рахунок цього забезпечується практично постійна чутливість по відстані, що, з одного боку, сприяє зменшенню помилкових спрацьовувань, а з іншого боку, підвищує імовірність виявлення за рахунок усунення "мертвих зон" поблизу ЗВ.

При побудові оптичних систем ІЧЗВ можуть використовуватися:

– лінзи Френеля – сегментовані лінзи, що є пластиковою пластиною з відштампованими на ній декількома призматичними лінзами-сегментами;

– дзеркальна оптика – у ЗВ установлюється кілька дзеркал спеціальної форми, що фокусують теплове випромінювання на піроприймач;

– комбінована оптика, що використовує й дзеркала, і лінзи Френеля.

У більшості ІЧЗВ використовуються лінзи Френеля. Для них характерні:

– простота конструкції ЗВ на їхній основі;

– низька вартість;

– можливість використання одного ЗВ у різних ситуаціях при використанні змінних лінз.

Звичайно кожний сегмент лінзи Френеля формує свій промінь діаграми спрямованості. Використання сучасних технологій виготовлення лінз дозволяє забезпечити практично постійну чутливість ЗВ по всіх променях за рахунок підбору й оптимізації параметрів кожної лінзи-сегмента: площі сегмента, кута нахилу й відстані до піроприймача, прозорості, ступеню дефокусування. Останнім часом освоєна технологія виготовлення лінз Френеля зі складною точною геометрією, що дає 30% збільшення енергії, яка збирається у порівнянні зі стандартними лінзами й, відповідно, збільшення рівня корисного сигналу від людини на великих відстанях. Матеріал, з якого виготовляються сучасні лінзи, забезпечує захист піроприймача від білого світла. До незадовільної роботи ІЧЗВ можуть привести теплові потоки, що є результатом нагрівання електричних компонентів ЗВ, попадання комах на чутливі піроприймачі, можливі перевідбиття інфрачервоного випромінювання від внутрішніх частин ЗВ. Для усунення цих ефектів в ІЧЗВ останнього покоління застосовується спеціальна герметична камера між лінзою й піроприймачем (герметична оптика), наприклад, у нових ЗВ фірм PYRONIX і С&К. За оцінками фахівців, сучасні високотехнологічні лінзи Френеля за своїми оптичними характеристиками практично не поступаються дзеркальній оптиці.

Дзеркальна оптика як єдиний елемент оптичної системи застосовується досить рідко. ІЧЗВ із дзеркальною оптикою випускаються, наприклад, фірмами SENTROL і ARITECH. Перевагами дзеркальної оптики є можливість точнішого фокусування й, як наслідок, збільшення чутливості, що дозволяє виявляти порушника на більших відстанях. Використання декількох дзеркал спеціальної форми, у тому числі багатосегментованих, дозволяє забезпечити практично постійну чутливість по всій довжині зони виявлення, причому ця чутливість на вилучених ділянках зони виявлення приблизно на 60% вища, ніж при використанні простих лінз Френеля. За допомогою дзеркальної оптики простіше забезпечується захист ближньої зони, яка розташована безпосередньо під місцем установки ІЧЗВ (так звана антисаботажна зона). За аналогією зі змінними лінзами Френеля ІЧЗВ із дзеркальною оптикою комплектуються змінними дзеркальними масками, застосування яких дозволяє вибирати необхідну форму зони чутливості й дає можливість адаптувати ЗВ до різних конфігурацій приміщення, що захищається.

У сучасних високоякісних ІЧЗВ використовується комбінація лінз Френеля й дзеркальної оптики. При цьому лінзи Френеля використовуються для формування зони чутливості на середніх відстанях, а дзеркальна оптика – для формування антисаботажної зони під датчиком і для забезпечення дуже великої відстані виявлення.