Ик-пассивные датчики охранной сигнализации

ИК-ПАССИВНЫЕ ДАТЧИКИ ОХРАННОЙ СИГНАЛИЗАЦИИ

Датчики являются одним из главных элементов системы сигнализации и во многом определяют ее эффективность. Анализ номенклатуры датчиков, предлагаемых крупнейшими производителями систем охранной сигнализации, показывает, что в классе датчиков для охраны помещений наиболее популярными являются инфракрасные (ИК) пассивные, комбинированные (в основном ИК+микроволновые), различные модификации контактных (в первую очередь магнитоконтактные) и акустические датчики разбития стекла. Реже применяются микроволновые, ультразвуковые активные и инерционные ударные датчики.
Ниже рассматриваются принципы действия, номенклатура и особенности применения наиболее популярных датчиков охранной сигнализации - ИК-пассивных. Эти датчики предназначены в первую очередь для защиты объема охраняемого помещения.

ИК-пассивные датчики, называемые также оптико-электронными, относятся к классу детекторов движения и реагируют на тепловое излучение движущегося человека. Принцип действия этих датчиков основан на регистрации изменения во времени разницы между интенсивностью ИК излучения от человека и фонового теплового излучения. В настоящее время ИК-пассивные датчики являются самыми популярными, они составляют неотъемлемый элемент охранной системы практически каждого объекта.
Для того чтобы нарушитель был обнаружен ИК-пассивным датчиком, необходимо выполнение следующих условий:

· нарушитель должен пересечь в поперечном направлении луч зоны чувствительности датчика;

· движение нарушителя должно происходить в определенном интервале скоростей;

· чувствительность датчика должна быть достаточной для регистрации разницы температур поверхности тела нарушителя (с учетом влияния его одежды) и фона (стены, пол).

· ИК-пассивные датчики состоят из трех основных элементов:

· оптической системы, формирующей диаграмму направленности датчика и определяющей форму и вид пространственной зоны чувствительности;

· пироприемника, регистрирующего тепловое излучение человека;

· блока обработки сигналов пироприемника, выделяющего сигналы, обусловленные движущимся человеком, на фоне помех естественного и искусственного происхождения.

ОПТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА

Современные ИК-датчики характеризуются большим разнообразием возможных форм диаграмм направленности. Зона чувствительности ИК-датчиков представляет собой набор лучей различной конфигурации, расходящихся от датчика по радиальным направлениям в одной или нескольких плоскостях. В связи с тем, что в ИК-детекторах используются сдвоенные пироприемники, каждый луч в горизонтальной плоскости расщепляется на два (см. рис. 1).

Зона чувствительности детектора может иметь вид:

· одного или нескольких, сосредоточенных в малом угле, узких лучей;

· нескольких узких лучей в вертикальной плоскости (лучевой барьер);

· одного широкого в вертикальной плоскости луча (сплошной занавес) или в виде многовеерного занавеса;

· нескольких узких лучей в горизонтальной или наклонной плоскости (поверхностная одноярусная зона);

· нескольких узких лучей в нескольких наклонных плоскостях (объемная многоярусная зона).

· При этом возможно изменение в широком диапазоне протяженности зоны чувствительности (от 1 м до 50 м), угла обзора (от 30° до 180°, для потолочных датчиков 360°), угла наклона каждого луча (от 0° до 90°), количества лучей (от 1 до нескольких десятков). Многообразие и сложная конфигурация форм зоны чувствительности обусловлены в первую очередь следующими факторами:

· стремлением разработчиков обеспечить универсальность при оборудовании различных по конфигурации помещений - небольшие комнаты, длинные коридоры, формирование зоны чувствительности специальной формы, например с зоной нечувствительности (аллеей) для домашних животных вблизи пола и т.п.;

· необходимостью обеспечения равномерной по охраняемому объему чувствительности ИК детектора.

ПИРОПРИЕМНИК

Оптическая система фокусирует ИК излучение на пироприемнике, в качестве которого в ИК-датчиках используется сверхчувствительный полупроводниковый пироэлектрический преобразователь, способный зарегистрировать разницу в несколько десятых градуса между температурой тела человека и фона. Изменение температуры преобразуется в электрический сигнал, который после соответствующей обработки вызывает сигнал тревоги. В ИК-датчиках обычно используются сдвоенные (дифференциальные, DUAL) пироэлементы. Это связано с тем, что одиночный пироэлемент одинаковым образом реагирует на любое изменение температуры независимо от того, чем оно вызвано - человеческим телом или, например, обогревом помещения, что приводит к повышению частоты ложных срабатываний. В дифференциальной схеме производится вычитание сигнала одного пироэлемента из другого, что позволяет существенно подавить помехи, связанные с изменением температуры фона, а также заметно снизить влияние световых и электромагнитных помех. Сигнал от движущегося человека возникает на выходе сдвоенного пироэлемента только при пересечении человеком луча зоны чувствительности и представляет собой почти симметричный двухполярный сигнал, близкий по форме к периоду синусоиды. Сам луч для сдвоенного пироэлемента по этой причине расщепляется в горизонтальной плоскости на два. В последних моделях ИК-датчиков с целью дополнительного снижения частоты ложных срабатываний используются счетверенные пироэлементы (QUAD или DOUBLE DUAL) - это два сдвоенных пироприемника, расположенные в одном датчике (обычно размещаются один над другим). Радиусы наблюдения этих пироприемников делаются различными, и поэтому локальный тепловой источник ложных срабатываний не будет наблюдаться в обоих пироприемниках одновременно. При этом геометрия размещения пироприемников и схема их включения выбирается таким образом, чтобы сигналы от человека были противоположной полярности, а электромагнитные помехи вызывали сигналы в двух каналах одинаковой полярности, что приводит к подавлению и этого типа помех. Для счетверенных пироэлементов каждый луч расщепляется на четыре, в связи с чем максимальное расстояние обнаружения при использовании одинаковой оптики уменьшается приблизительно вдвое, так как для надежного обнаружения человек должен своим ростом перекрывать оба луча от двух пироприемников. Повысить расстояние обнаружения для счетверенных пироэлементов позволяет использование прецизионной оптики, формирующей более узкий луч. Другой путь, позволяющий в некоторой степени исправить это положение - применение пироэлементов со сложной переплетенной геометрией, что использует в своих датчиках фирма PARADOX.

БЛОК ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ

Блок обработки сигналов пироприемника должен обеспечивать надежное распознавание полезного сигнала от движущегося человека на фоне помех. Для ИК-датчиков основными видами и источниками помех, могущими вызвать ложное срабатывание, являются:

· источники тепла, климатизационные и холодильные установки;

· конвенционное движение воздуха;

· солнечная радиация и искусственные источники света;

· электромагнитные и радиопомехи (транспорт с электродвигателями, электросварка, линии электропередачи, мощные радиопередатчики, электростатические разряды);

· сотрясения и вибрации;

· термическое напряжение линз;

· насекомые и мелкие животные.

Выделение блоком обработки полезного сигнала на фоне помех основано на анализе параметров сигнала на выходе пироприемника. Такими параметрами являются величина сигнала, его форма и длительность. Сигнал от человека, пересекающего луч зоны чувствительности ИК-датчика, представляет собой почти симметричный двухполярный сигнал, длительность которого зависит от скорости перемещения нарушителя, расстояния до датчика, ширины луча, и может составлять приблизительно 0,02...10 с при регистрируемом диапазоне скоростей перемещения 0,1...7 м/с. Помеховые сигналы в большинстве своем являются несимметричными или имеющими отличную от полезных сигналов длительность (см. рис. 3). Изображенные на рисунке сигналы носят очень приблизительный характер, в реальности все значительно сложнее.
Анализ длительности сигналов может проводиться как прямым методом измерения времени, в течение которого сигнал превышает некоторый порог, так и в частотной области путем фильтрации сигнала с выхода пироприемника, в том числе с использованием "плавающего" порога, зависящего от диапазона частотного анализа.
Еще одним видом обработки, предназначенным для улучшения характеристик ИК-датчиков, является автоматическая термокомпенсация. В диапазоне температур окружающей среды 25°С...35°С чувствительность пироприемника снижается за счет уменьшения теплового контраста между телом человека и фоном, при дальнейшем повышении температуры чувствительность снова повышается, но "с противоположным знаком". В так называемых "обычных" схемах термокомпенсации осуществляется измерение температуры, и при ее повышении производится автоматическое увеличение усиления. При "настоящей" или "двухсторонней" компенсации учитывается повышение теплового контраста для температур выше 25°С...35°С. Использование автоматической термокомпенсации обеспечивает почти постоянную чувствительность ИК-датчика в широком диапазоне температур.

 

 

КОМБИНИРОВАННЫЕ ДАТЧИКИ ОХРАННОЙ СИГНАЛИЗАЦИИ

МИКРОВОЛНОВЫЙ МЕТОД ОБНАРУЖЕНИЯ Принцип действия микроволнового активного метода обнаружения основан на излучении в окружающее пространство электромагнитного поля СВЧ диапазона и регистрации его изменений, вызванных отражением от нарушителя, движущегося в зоне чувствительности датчика. Микроволновые активные датчики, реализующие этот метод, относятся к классу детекторов движения. Микроволновые датчики состоят из следующих основных элементов: · СВЧ генератора; · антенной системы, создающей электромагнитное поле в окружающем пространстве, принимающей отраженные сигналы, формирующей диаграмму направленности датчика и определяющей форму пространственной зоны чувствительности; · СВЧ приемника, регистрирующего изменение характеристик принятого сигнала; · блока обработки, выделяющего сигналы, обусловленные движущимся человеком, на фоне помех. Перемещение нарушителя приводит к появлению изменяющегося во времени отраженного сигнала. Здесь различают два эффекта: изменение пространственной картины стоячих волн и частотный сдвиг отраженной от движущегося человека волны (эффект Доплера). Микроволновые датчики, основанные на регистрации первого эффекта, называются амплитудно-модуляционными, второго - доплеровскими. Вообще говоря, оба этих эффекта неразрывно связаны, имеют общую природу и одинаковое проявление, и поэтому практически неразделимы. По сути, отличие проявляется в структуре построения и характеристиках СВЧ приемника микроволнового датчика. Наибольшее распространение получили доплеровские микроволновые датчики, имеющие более высокую чувствительность. Доплеровский сдвиг частоты df возникает при движении нарушителя вдоль луча, частота отраженного сигнала возрастает при движении к датчику и уменьшается при движении от датчика. Абсолютная величина df пропорциональна частоте зондирующего сигнала f и составляющей скорости движения вдоль луча. Зависимости df от Vл представлены на рис.2, из которого видно, что типичные значения регистрируемых датчиком величин 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 (в том числе адаптивными) гармоник сети. Другими источниками помех, вызывающими ложные срабатывания доплеровских микроволновых датчиков, являются отражения от вибрирующих, колеблющихся и движущихся хорошо отражающих объектов. Такими источниками ложных срабатываний могут быть, например: · установочная арматура включенных ламп дневного света; · работающее электрооборудование, создающее вибрацию; · потоки дождевой воды на стеклах; · движение воды в пластиковых трубах; · мелкие животные и птицы. Таблица 1. Характеристика Аргус-2 Аргус-3 Волна-5 Тюльпан-3 Максимальная дальность действия, м от 2...4 до 12...16 от 2...3 до 6...7,5 от 2...4 до 12...16 от 1,5...3,5 до 15...17 Ширина зоны при наибольшей дальности, м 6...8 3...4   12...13 Высота зоны чувствительности при наибольшей максимальной дальности, м 4...5 2...3   7...8 Угол обзора в горизонтальной плоскости;гр. в вертикальной плоскости   80...110 45...75 =   Контролируемая площадь, м2         Контролируемый объект, м3     =   Диапазон обнаруживаемых скоростей перемещения, м/с 0,3...3 0,3...3 0,3...3 0,3...3 Напряжение питания, В 10,2...15 10,2...15 10...72 10,2...24 Потребляемый ток, мА       = Диапазон рабочих температур, 0С -30...+50 -10...+50 -30...+50 -30...+50 Габариты, мм 98х85х62 90х75х40 98х85х62 90х75х40 Масса, г

 

 

 

КОМБИНИРОВАННЫЕ ДАТЧИКИ

Итак, основное преимущество комбинированных датчиков - существенное уменьшение вероятности ложных тревог. Если бы ложные срабатывания каждого детектора, входящего в комбинированный датчик, вызывались бы абсолютно различными физическими явлениями (то есть эти события были бы независимыми), то вероятность ложной тревоги Pлт такого датчика равнялась произведению вероятностей ложных тревог для каждого из детекторов: Pлт=P1 TP2. Так, при P1=P2=10-5 мы потенциально получили бы снижение частоты ложных срабатываний в 100000 раз. В реальной ситуации выигрыш не так велик, но все же достигнутые характеристики впечатляют: у современных комбинированных ИК+микроволновых датчиков среднее время наработки на ложную тревогу доведено до 3000-5000 часов, что существенно превышает аналогичный показатель датчиков других типов. Потенциально возможный выигрыш недостижим потому, что с одной стороны у ИК и микроволновых детекторов все же имеются общие причины ложных срабатываний, а с другой стороны из-за того, что эти детекторы реагируют на различное движение нарушителя - поперечное пересечение зоны чувствительности для ИК-детектора и движение вдоль луча для микроволнового. В табл.2 приведены наиболее распространенные причины ложных срабатываний ИК и микроволновых (МВ) датчиков.

Таблица 2.
Причина ложных срабатываний	ИК	МВ
Турбулентность воздуха	+	-
Источники тепла	+	-
Изменения температуры	+	-
Яркий свет	+	-
Электромагнитные помехи	+	+
Включенное люминесцентное освещение	-	+
Вибрации	+	+
Включенные вентиляторы	-	+
Электрический звонок	-	+
Потоки дождевой воды на стеклах	-	+
Движение воды в пластиковых трубах	-	+
Перемещения за пределами помещения	-	+
Животные и птицы	+	+

 

Достоинством датчиков двойной технологии является высокий иммунитет по отношению к возможным ошибкам инсталлятора и изменениям окружающей среды после установки и настройки, к которым относятся, например, что при установке не были учтены отопление и обогрев помещения, наружная засветка или установка в помещении оборудования, создающего помехи. Преимущество комбинированных датчиков демонстрируется также в узких коридорах и проходах. При использовании в такой ситуации ИК-датчика движение нарушителя происходит без поперечного пересечения нескольких лучей, в связи с чем приходится отказываться от режима многократного подсчета импульсов, что приводит к повышению частоты ложных срабатываний. Применение комбинированного датчика решает эту проблему.

УСТАНОВКА И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ДАТЧИКОВ

Рекомендации по установке и использованию комбинированных датчиков охранной сигнализации во многом совпадают с соответствующими рекомендациями для ИК-пассивных датчиков. Остановимся поэтому лишь на особенностях, присущих микроволновому детектору, входящему в состав рассмотренных датчиков двойной технологии. К ложным срабатываниям датчиков могут привести различные помехи и изменения окружающей среды, перечень которых приведен в табл.2. Несмотря на то, что современные комбинированные датчики имеют высокую степень защиты от указанных воздействий, все же целесообразно придерживаться следующих рекомендаций:

· на время постановки на охрану целесообразно отключать возможные источники мощных электромагнитных помех и вибраций, в частности люминесцентные источники света, а в качестве дежурного освещения использовать лампы накаливания;

· для снижения влияния электромагнитных помех прокладка линий питания и шлейфа датчика должна проводиться по возможности перпендикулярно силовым сетям, а при параллельной прокладке - на расстоянии между ними не менее 50 см;

· для снижения влияния вибраций целесообразно устанавливать датчик на капитальных или несущих конструкциях;

· не рекомендуется устанавливать датчики на токопроводящие конструкции (металлические балки, сырую кирпичную кладку и т.п.), так как при этом между датчиком и источником питания возникает двойной контур заземления, что может стать причиной возникновения помех и ложного срабатывания;

· вблизи датчика не должно быть крупных металлических конструкций и объектов, так как в этом случае из-за переотражения СВЧ сигналов возможно непредсказуемое искажение зоны чувствительности.

Если стены имеют малую толщину или в них имеются значительные по размерам тонкостенные проемы, окна, двери, то возможно срабатывание от находящихся за ними людей и механизмов. При невозможности соответствующей переориентации датчика целесообразно использование экранирующих материалов, например, металлической сетки или металлизированных тканей. Этот же способ защиты возможен и от ложных срабатываний, вызванных движением воду в пластиковых трубах и дождевых потоков по стеклам.

 

Материал взят из журнала "Специальная Техника" Ѓ2 1998 год. Автор Андреев Станислав Петрович

Датчик движения

В нашу жизнь входят все новые новшества, одним из них является датчик движения, естественно, люди интересуются этим прибором. Удалось найти публикацию автора, который очень подробно осветил эту тему, как говорится, не добавит, не убавить.

статья из журнала «Радiоаматор» автор Н.П. Власюк, г. Киев.

Рекомендации по ремонту ИК-датчика

Приступая к ремонту ИК-датчика, следует помнить, все его радиоэлементы находятся под фазным напряжением, опасным для жизни. При ремонте подобных устройств их рекомендуют включать через разделительный трансформатор. Датчик работает надежно и в ремонт попадает редко, но если он поврежден, то ремонт начинают с внешнего осмотра его монтажной платы. Если при этом не обнаружено повреждений, то следует проверить выходные напряжения устройства питания (25 и 8В). Устройство питания, да и любой другой элемент схемы (микросхема, транзисторы, стабилизатор, конденсаторы, резисторы), могут выйти из строя из-за скачков напряжения в питающей сети или ударов молнии, а защита от них в схеме датчика, к сожалению, не предусмотрена. Тестером можно проверить исправность всех этих элементов, кроме микросхемы. Микросхему, при подозрении в ее неработоспособности, можно заменить. Слабым звеном в датчике могут оказаться контакты реле К1, так как они коммутируют значительные пусковые токи галогеновой лампы, их работоспособность проверяют тестером.

Настройка ИК-датчика

Настройка ИК-датчика заключается в правильной установке трех регулировочных резисторов, расположенных снизу датчика (рис.2).

Что же регулируют эти резисторы?

TIME — регулирует время задержки на выключение галогеновой лампы, после того как объект, вызвавший ее включение, вышел из контролируемой зоны. Диапазон регулировки от 5...10 с до 10...15 мин.

DAY LIGHT- устанавливает датчик в «Режим охраны» или «Спящий режим» в дневное время. С физической точки зрения положение движка переменного резистора разрешает или запрещает работать датчику при определенной освещенности. Регулируемый диапазон освещенности 30 лк. Так, если регулятор повернуть против часовой стрелки (установить на знак «полумесяц»), то датчик работает только в темное время суток, а днем «спит». Если повернуть его в крайнее положение против часовой стрелки (знак «маленькое солнышко»), то датчик работает как в дневное, так и в ночное время, т.е. круглые сутки. В промежуточном положении между этими значениями датчик может перейти в «Режим охраны» уже с наступлением сумерек. Переход датчика в один из вышеуказанных режимов происходит автоматически.

SENS — регулирует чувствительность датчика, т.е. устанавливает большую или меньшую площадь (или дальность) контролируемой зоны.

Недостатки ИК-датчика

Недостатки ИК-датчика ~220 В заключаются в его ложных срабатываниях. Это происходит при движении веток деревьев или кустов, находящихся в контролируемой зоне; от проезжающей машины, точнее, от тепла его двигателя; от изменяющегося источника тепла, если он расположен под датчиком; от внезапного изменения температуры при порывах ветра; от молнии и засветки автомобильных фар от прохода животных (собак, кошек); от мигания электросети датчик срабатывает и некоторое время лампа продолжает светить. К недостаткам вышеописанного датчика следует отнести и его нерабочее состояние при отсутствии напряжения ~220 В. Уменшить количество ложных срабатываний можно путем изменения положения датчика.

Назначения переднего стекла — линзы ИК- датчика. Для расширения контролируемой зоны до Control 120° и даже 180° линзу датчика делают полукруглой или сферической. При ее изготовлении (литье) с ее внутренней стороны предусмотрены многочисленные прямоугольные линзочки. Они делят контролируемый сектор на маленькие участки. Каждая линзочка, из своего участка, фокусирует инфракрасное излучение в центр фототранзистора. Деление контролируемой зоны на участки приводит к тому, что контролируемая зона становится веерной (рис.3).

В результате датчик «видит» нарушителя только в черной зоне, а в белой он «слепой». Эти зоны, в зависимости от количества и размеров линзочек, имеют заданную конструкторами конфигурацию. Применение микропроцессоров позволяет устранить ряд вышеописанных недостатков этих датчиков. Линза — это важнейший элемент ИК-датчика. Именно от ее зависит, как широко по горизонтали и вертикали «видит» датчик. Некоторые ИК-датчики имеют сменные линзы, которые создают контролируемую зону под конкретную задачу. Стекло линзы должно быть целым (не разбитым), в противном случае конфигурация его контролируемой зоны непредсказуема.

ИК-ПАССИВНЫЕ ДАТЧИКИ ОХРАННОЙ СИГНАЛИЗАЦИИ

Датчики являются одним из главных элементов системы сигнализации и во многом определяют ее эффективность. Анализ номенклатуры датчиков, предлагаемых крупнейшими производителями систем охранной сигнализации, показывает, что в классе датчиков для охраны помещений наиболее популярными являются инфракрасные (ИК) пассивные, комбинированные (в основном ИК+микроволновые), различные модификации контактных (в первую очередь магнитоконтактные) и акустические датчики разбития стекла. Реже применяются микроволновые, ультразвуковые активные и инерционные ударные датчики.
Ниже рассматриваются принципы действия, номенклатура и особенности применения наиболее популярных датчиков охранной сигнализации - ИК-пассивных. Эти датчики предназначены в первую очередь для защиты объема охраняемого помещения.

ИК-пассивные датчики, называемые также оптико-электронными, относятся к классу детекторов движения и реагируют на тепловое излучение движущегося человека. Принцип действия этих датчиков основан на регистрации изменения во времени разницы между интенсивностью ИК излучения от человека и фонового теплового излучения. В настоящее время ИК-пассивные датчики являются самыми популярными, они составляют неотъемлемый элемент охранной системы практически каждого объекта.
Для того чтобы нарушитель был обнаружен ИК-пассивным датчиком, необходимо выполнение следующих условий:

· нарушитель должен пересечь в поперечном направлении луч зоны чувствительности датчика;

· движение нарушителя должно происходить в определенном интервале скоростей;

· чувствительность датчика должна быть достаточной для регистрации разницы температур поверхности тела нарушителя (с учетом влияния его одежды) и фона (стены, пол).

· ИК-пассивные датчики состоят из трех основных элементов:

· оптической системы, формирующей диаграмму направленности датчика и определяющей форму и вид пространственной зоны чувствительности;

· пироприемника, регистрирующего тепловое излучение человека;

· блока обработки сигналов пироприемника, выделяющего сигналы, обусловленные движущимся человеком, на фоне помех естественного и искусственного происхождения.

ОПТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА

Современные ИК-датчики характеризуются большим разнообразием возможных форм диаграмм направленности. Зона чувствительности ИК-датчиков представляет собой набор лучей различной конфигурации, расходящихся от датчика по радиальным направлениям в одной или нескольких плоскостях. В связи с тем, что в ИК-детекторах используются сдвоенные пироприемники, каждый луч в горизонтальной плоскости расщепляется на два (см. рис. 1).

Зона чувствительности детектора может иметь вид:

· одного или нескольких, сосредоточенных в малом угле, узких лучей;

· нескольких узких лучей в вертикальной плоскости (лучевой барьер);

· одного широкого в вертикальной плоскости луча (сплошной занавес) или в виде многовеерного занавеса;

· нескольких узких лучей в горизонтальной или наклонной плоскости (поверхностная одноярусная зона);

· нескольких узких лучей в нескольких наклонных плоскостях (объемная многоярусная зона).

· При этом возможно изменение в широком диапазоне протяженности зоны чувствительности (от 1 м до 50 м), угла обзора (от 30° до 180°, для потолочных датчиков 360°), угла наклона каждого луча (от 0° до 90°), количества лучей (от 1 до нескольких десятков). Многообразие и сложная конфигурация форм зоны чувствительности обусловлены в первую очередь следующими факторами:

· стремлением разработчиков обеспечить универсальность при оборудовании различных по конфигурации помещений - небольшие комнаты, длинные коридоры, формирование зоны чувствительности специальной формы, например с зоной нечувствительности (аллеей) для домашних животных вблизи пола и т.п.;

· необходимостью обеспечения равномерной по охраняемому объему чувствительности ИК детектора.

ПИРОПРИЕМНИК

Оптическая система фокусирует ИК излучение на пироприемнике, в качестве которого в ИК-датчиках используется сверхчувствительный полупроводниковый пироэлектрический преобразователь, способный зарегистрировать разницу в несколько десятых градуса между температурой тела человека и фона. Изменение температуры преобразуется в электрический сигнал, который после соответствующей обработки вызывает сигнал тревоги. В ИК-датчиках обычно используются сдвоенные (дифференциальные, DUAL) пироэлементы. Это связано с тем, что одиночный пироэлемент одинаковым образом реагирует на любое изменение температуры независимо от того, чем оно вызвано - человеческим телом или, например, обогревом помещения, что приводит к повышению частоты ложных срабатываний. В дифференциальной схеме производится вычитание сигнала одного пироэлемента из другого, что позволяет существенно подавить помехи, связанные с изменением температуры фона, а также заметно снизить влияние световых и электромагнитных помех. Сигнал от движущегося человека возникает на выходе сдвоенного пироэлемента только при пересечении человеком луча зоны чувствительности и представляет собой почти симметричный двухполярный сигнал, близкий по форме к периоду синусоиды. Сам луч для сдвоенного пироэлемента по этой причине расщепляется в горизонтальной плоскости на два. В последних моделях ИК-датчиков с целью дополнительного снижения частоты ложных срабатываний используются счетверенные пироэлементы (QUAD или DOUBLE DUAL) - это два сдвоенных пироприемника, расположенные в одном датчике (обычно размещаются один над другим). Радиусы наблюдения этих пироприемников делаются различными, и поэтому локальный тепловой источник ложных срабатываний не будет наблюдаться в обоих пироприемниках одновременно. При этом геометрия размещения пироприемников и схема их включения выбирается таким образом, чтобы сигналы от человека были противоположной полярности, а электромагнитные помехи вызывали сигналы в двух каналах одинаковой полярности, что приводит к подавлению и этого типа помех. Для счетверенных пироэлементов каждый луч расщепляется на четыре, в связи с чем максимальное расстояние обнаружения при использовании одинаковой оптики уменьшается приблизительно вдвое, так как для надежного обнаружения человек должен своим ростом перекрывать оба луча от двух пироприемников. Повысить расстояние обнаружения для счетверенных пироэлементов позволяет использование прецизионной оптики, формирующей более узкий луч. Другой путь, позволяющий в некоторой степени исправить это положение - применение пироэлементов со сложной переплетенной геометрией, что использует в своих датчиках фирма PARADOX.

БЛОК ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ

Блок обработки сигналов пироприемника должен обеспечивать надежное распознавание полезного сигнала от движущегося человека на фоне помех. Для ИК-датчиков основными видами и источниками помех, могущими вызвать ложное срабатывание, являются:

· источники тепла, климатизационные и холодильные установки;

· конвенционное движение воздуха;

· солнечная радиация и искусственные источники света;

· электромагнитные и радиопомехи (транспорт с электродвигателями, электросварка, линии электропередачи, мощные радиопередатчики, электростатические разряды);

· сотрясения и вибрации;

· термическое напряжение линз;

· насекомые и мелкие животные.

Выделение блоком обработки полезного сигнала на фоне помех основано на анализе параметров сигнала на выходе пироприемника. Такими параметрами являются величина сигнала, его форма и длительность. Сигнал от человека, пересекающего луч зоны чувствительности ИК-датчика, представляет собой почти симметричный двухполярный сигнал, длительность которого зависит от скорости перемещения нарушителя, расстояния до датчика, ширины луча, и может составлять приблизительно 0,02...10 с при регистрируемом диапазоне скоростей перемещения 0,1...7 м/с. Помеховые сигналы в большинстве своем являются несимметричными или имеющими отличную от полезных сигналов длительность (см. рис. 3). Изображенные на рисунке сигналы носят очень приблизительный характер, в реальности все значительно сложнее.
Анализ длительности сигналов может проводиться как прямым методом измерения времени, в течение которого сигнал превышает некоторый порог, так и в частотной области путем фильтрации сигнала с выхода пироприемника, в том числе с использованием "плавающего" порога, зависящего от диапазона частотного анализа.
Еще одним видом обработки, предназначенным для улучшения характеристик ИК-датчиков, является автоматическая термокомпенсация. В диапазоне температур окружающей среды 25°С...35°С чувствительность пироприемника снижается за счет уменьшения теплового контраста между телом человека и фоном, при дальнейшем повышении температуры чувствительность снова повышается, но "с противоположным знаком". В так называемых "обычных" схемах термокомпенсации осуществляется измерение температуры, и при ее повышении производится автоматическое увеличение усиления. При "настоящей" или "двухсторонней" компенсации учитывается повышение теплового контраста для температур выше 25°С...35°С. Использование автоматической термокомпенсации обеспечивает почти постоянную чувствительность ИК-датчика в широком диапазоне температур.