Головна

ГЛАВА 4

  1.  Don: (амер.) Глава сім'ї. Див. Boss.
  2.  I. ГЛАВА Про самадхи
  3.  I. ГЛАВА хлопця строфи
  4.  II. ГЛАВА Про ДУХОВНОЇ ПРАКТИЦІ
  5.  II. ГЛАВА Про СЕРЙОЗНОСТІ
  6.  III. ГЛАВА Про ДУМКИ
  7.  III. Глава про думки

ОПТИЧНІ ЗАСОБИ ВИЯВЛЕННЯ

4.1. Призначення, класифікація і основні характеристики оптичних засобів виявлення

Нагадаємо, що засіб виявлення (СО) - це конструктивно закінчений пристрій, що реалізує рецепторну функцію (отримання інформації про стан зовнішнього середовища в зоні виявлення), а також функції обробки і 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 прийняття рішення про характер сигналів. СО не має самостійного застосування, так як не реалізує функцію відображення інформації, але при цьому СО є важливою і невід'ємною складовою частиною комплексу технічних засобів охоронної сигналізації. В окремих випадках СО може застосовуватися для видачі керуючих сигналів і команд на різні пристрої (телекамери, магнітофони, засоби тривожного сповіщення).

Оптичні СО набули широкого поширення і є одними з основних засобів сигналізації для захисту обсягів приміщень, проходів, коридорів, периметрів. Десятки фірм багатьох країн світу виробляють сотні модифікацій цих приладів, загальний випуск яких за оцінками західних експертів щорічно перевищує мільйон примірників [125].

Пасивні інфрачервоні СО (ІКСО) є останнім часом одним з найбільш поширених видів СО, використовуваних при охороні приміщень. Це обумовлено тим, що сучасні пасивні ІКСО володіють високими показниками виявлення і завадостійкості, широким розмаїттям конфігурацій зон виявлення (об'ємні, лінійні, поверхневі), зручні в експлуатації, економічні, екологічно безпечні і не створюють перешкод іншим засобам електронної техніки. ІКСО дешевше інших засобів, призначених для блокування приміщень (мікрохвильових, ультразвукових і т. Д.).

Принцип дії ІКСО заснований на реєстрації власного теплового випромінювання порушника (пасивні ІКСО) або зміни ІК-випромінювання при взаємодії його з порушником (активні ІКСО).

За своїм функціональним призначенням ІКСО можна розділити на дві групи:

- ІКСО, призначені для охорони протяжних рубежів і периметрів;

- ІКСО, призначені для охорони приміщень і окремих предметів.

У свою чергу за принципом роботи і структурі ІКСО поділяються на активні (одно- і багатопозиційні) і пасивні.

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

Сучасні пасивні ІКСО характеризуються великою різноманітністю можливих форм діаграм спрямованості. Зона чутливості ІКСО являє собою набір променів різної конфігурації, що розходяться від СО по радіальних напрямках в одній або декількох площинах. У зв'язку з тим, що в ІКСО використовуються здвоєні піропріемніка, кожен промінь в горизонтальній площині розщеплюється на два. Піропріемніка ІК-випромінювань - це прилад, що вимірює теплове випромінювання (тепловий потік, Вт / м2). Однак для підвищення ймовірності правильного визначення факту порушення охоронюваної зони за допомогою ІКСО вимірюються диференціальні величини - різниці показників піропріемніка, застосовуваних у ІКСО (див. Докладніше розділ 4.3).

На рис.4.1 представлені графічні моделі різних варіантів зон чутливості ІКСО:

- Одного або декількох вузьких променів, зосереджених в малому куті;

- Кількох вузьких променів у вертикальній площині (променевої бар'єр);

- Одного широкого у вертикальній площині променя (суцільний завісу) або у вигляді многовеерного завіси;

- Кількох вузьких променів в горизонтальній або похилій площині (поверхнева одноярусная зона);

- Кількох вузьких променів в декількох похилих площинах (об'ємна багатоярусна зона).

При цьому можна змінювати протяжність зони чутливості від 1 до 50 м, кут огляду - від 3 до 180 ° (для стельових ІКСО - до 360 °), кут нахилу кожного променя - від 0 до 90 °, число променів може становити від одного до декількох десятків.

Многовеернийзанавес

Вид зверху

Мал. 4.1. Варіанти зон чутливості СО

Різноманіття і складна конфігурація форм зони чутливості обумовлені в першу чергу наступними факторами:

- Прагненням розробників забезпечити універсальність при обладнанні різних по конфігурації приміщень - невеликі кімнати, довгі коридори, формування зони чутливості спеціальної форми, наприклад, із зоною нечутливості (алеєю) для домашніх тварин поблизу підлоги, і т. П .;

- Необхідністю забезпечення рівномірної по охоронному обсягом чутливості.

На вимогу рівномірної чутливості целесообразноостановіться докладніше. Сигнал на виході піропріемніка при інших рівних умовах тим більше, чим більше ступінь перекриття порушником зони чутливості детектора і чим менше ширина променя і відстань до СО. Для виявлення порушника на великому (10 ... 20 м) відстані бажано, щоб у вертикальній площині ширина променя не перевищувала 5 ... 10 ° - в цьому випадку людина практично повністю перекриває промінь, що забезпечує максимальну чутливість. На менших відстанях чутливість детектора в цьому промені істотно зростає, що може призвести до помилкових спрацьовувань, наприклад, від дрібних тварин. Для зменшення нерівномірності чутливості використовуються оптичні системи, що формують кілька похилих променів. ІКСО 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 робляться зазвичай більш широкими. За рахунок цього забезпечується практично постійна чутливість по відстані, що, з одного боку, сприяє зменшенню помилкових спрацьовувань, а з іншого боку, підвищує ймовірність виявлення за рахунок усунення "мертвих зон" поблизу СО [12].

При побудові оптичних систем ІКСО можуть використовуватися:

- Лінзи Френеля - фасеточні (сегментовані) лінзи, що представляють собою пластикову пластину з відштампованими на ній декількома призматическими лінзами-сегментами;

- Дзеркальна оптика - ВСО встановлюються кілька дзеркал спеціальної форми, що фокусують теплове випромінювання на піропріемніка;

- Комбінована оптика, яка використовує і дзеркала, і лінзи Френеля.

У більшості ІКСО використовуються лінзи Френеля. До їх достоїнств відносяться:

- Простота конструкції СО на їх основі;

- низька вартість;

- Можливість використання одного сов різних додатках при використанні змінних лінз.

Зазвичай кожен сегмент лінзи Френеля формує свій промінь діаграми спрямованості. Використання сучасних технологій виготовлення лінз дозволяє забезпечити практично постійну чутливість ВВПЗ всім променям за рахунок підбору та оптимізації параметрів кожної лінзи-сегмента: площі сегмента, кута нахилу і відстані до піропріемніка, прозорості, відбивної здатності, ступеня дефокусировки. Останнім часом освоєно технологію виготовлення лінз Френеля зі складною точнойгеометріей, що дає 30% -е збільшення збирається енергії в порівнянні зі стандартними лінзами і, відповідно, збільшення рівня корисного сигналу від людини на великих відстанях. Матеріал, з якого виготовляються сучасні лінзи, забезпечує захист піропріемніка від білого світла. До незадовільну роботу ІКСО можуть привести такі ефекти як теплові потоки, які є результатом нагрівання електричних компонентів СО, попадання комах на чутливі піропріемніка, можливі переотражения інфрачервоного випромінювання від внутрішніх частин СО. Для усунення цих ефектів в ІКСО останнього покоління застосовується спеціальна герметична камера між лінзою і піропріемніка (герметична оптика), наприклад, в нових СО фірм PYRON1X і С & К. За оцінками фахівців, сучасні високотехнологічні лінзи Френеля за своїми оптичними характеристиками практично не поступаються дзеркальної оптики.

Дзеркальна оптика як єдиний елемент оптичної системи застосовується досить рідко. ІКСО із дзеркальною оптикою випускаються, наприклад, фірмами SENTROL і ARITECH. Перевагами дзеркальної оптики є можливість більш точного фокусування і, як наслідок, збільшення чутливості, що дозволяє виявляти порушника на великих відстанях. Використання декількох дзеркал спеціальної форми, в тому числі багатосегментних, дозволяє забезпечити практично постійну чутливість по всій довжині зони виявлення, причому ця чутливість на віддалених ділянках зони виявлення приблизно на 60% вище, ніж при використанні простих лінз Френеля. За допомогою дзеркальної оптики простіше забезпечується захист ближньої зони, розташованої безпосередньо під місцем установки ІКСО (так звана антісаботажная зона). За аналогією зі змінними лінзами Френеля ІКСО із дзеркальною оптикою комплектуються змінними відстібаються дзеркальними масками, застосування яких дозволяє вибирати необхідну форму зони чутливості і дає можливість адаптувати сік різних конфігурацій цього приміщення.

Всучасних високоякісних ІКСО використовується комбінація лінз Френеля і дзеркальної оптики. При цьому лінзи Френеля використовуються для формування зони чутливості на середніх відстанях, а дзеркальна оптика - для формування ан-тісаботажной зони під датчиком і для забезпечення дуже великої відстані виявлення.

4.2. Активні оптичні СО. Принцип дії, особливості застосування

Розробка вітчизняних активних ІКСО ведеться з початку 60-х рр. У перших розробках в якості джерел випромінювання використовувалися лампи розжарювання. Модуляція випромінювання в цих виробах здійснювалася за допомогою механічних модуляторів. Такі ІКСО мали низьку ефективність, великі габаритні розміри і значні струми споживання.

Принцип дії активних ІКСО можна пояснити, скориставшись узагальненої структурної схемою (рис. 4.2).

Оптична система джерела випромінювання (скорочено передавача - ПРД) створює вузькоспрямований промінь ІК-випромінювання. Як джерело інфрачервоного випромінювання використовуються напівпровідникові випромінюють діоди з робочою довжиною хвилі 0,94 мкм, які розташовуються в фокусі оптичної системи.

Для забезпечення необхідного значення струму через діод і зниження струму споживання ПРД харчування діода здійснюється імпульсним промодулірованним напругою, яке виробляється в пристрої електронної модуляції. Кут розбіжності променя 2J3 (рис.4.3.), Як правило, становить 1,5 ... 2 °, що дозволяє отримати необхідну потужність випромінювання ПРД для блокування кордону протяжністю 200 ... 250 м з урахуванням впливу метеорологічних факторів (туман, дощ , снігопад).

Луч (потік ІК-випромінювання) ПРД спрямований на оптичну систему ПЗМ, кут поля зору 2q> якого становить зазвичай 2 ... 3 °. Невеликий кут поля зору ПЗМ дозволяє зменшити вплив побічних фонових засвічень фотоприймача. Однак в ПЗМ потрапляє потік ІК-випромінювання, що охоплюється тільки світловим діаметром Dcb оптичної системи. Тому чутлива зона активного двохпозиційного ІКСО є промінь діаметром постійного перетину по всій довжині, що блокується ділянки Цл.

ІЧ-випромінювання фокусується оптичною системою ПЗМ на чутливу майданчик фотоприймачів (фотодіодів). Отримувані з них імпульси фототока посилюються і надходять на пристрої обробки для формування сигналів тривоги.

Мал. 4.3. Хід променів при блокуванні кордону активним двохпозиційним ІКСО

Залежно від кількості променів і їх розташування (горизонтальне або вертикальне) ІКСО можуть виконувати різні тактичні завдання. Горизонтальне розташування двох променів дозволяє за рахунок тимчасової обробки сигналів визначати напрямок руху порушника. Вертикальне розташування променів в активних ІКСО підвищує надійність блокування рубежів і периметрів в порівнянні з однопроменевими СО.

Більш докладно принцип дії активних ІКСО розглянемо по структурним схемам ПРД і ПЗМ (рис. 4.4, 4.5.) Двоканального ІКСО, що дозволяє визначати напрямок руху порушника. Ці схеми є найбільш характерними для побудови активних ІКСО.

ПРД має два ідентичних каналу (два промені). Кожен промінь формується імпульсним випромінюванням діодів VD1 і VD2 (2-й канал побудований по тій же схемі). Схема випромінювання кожного каналу запускається ланцюгом синхронізації від змінної напруги з частотою мережі живлення, яке подається на вхідний трансформатор.

Мал. 4.4. Структурна схема ПРД активного ІКСО

Мал. 4.5. Структурна схема ПЗМ активного ІКСО

Випрямлені напівхвилі напруги, що знімаються з включених противофазно вторинних обмоток вхідного трансформатора, формуються в прямокутні імпульси і надходять в підсилювачі потужності, навантаженням яких є вихідні трансформатори. Таке включення вторинних обмоток вхідного трансформатора забезпечує подачу на входи формирователей прямокутних імпульсів напруги від різних полупериодов, чим досягається почергова робота каналів.

З вторинних обмоток вихідних трансформаторів знімаються імпульси струму, які здійснюють модуляцію випромінювання діодів VD1 і VD2.

Падаючий на оптичну систему ПЗМ потік випромінювання фокусується на чутливу майданчик фотодіода і перетвориться їм в фототок. Імпульси фототока утворюють на вхідному опорі підсилювача імпульсна напруга, яке посилюється за потужністю.

Так як ІКСО розрахований на роботу в різних метеоумовах, то амплітуда імпульсів може коливатися в широких межах. Для підтримки амплітуди в певних межах (не менше 35 дБ) передбачена АРУ.

З огляду на, що кут розбіжності променя дозволяє опромінювати одночасно обидві оптичні системи ПЗМ, схема збігу пропускає тільки імпульси "свого" каналу від відповідної напівхвилі напруги синхронізації.

Поріг підсилювача АРУ ??вибраний з розрахунку переважання сигналу над рівнем шуму в 5 ... 6 разів при найгірших метеоумовах і в 15 ... 25 разів - при хороших метеоумовах.

Залежно від послідовності перетину променів на виходах схем узгодження (подвійний інвертор з різнополярними рівнями напруг) по черзі для кожного каналу змінюються рівні напруг, які надходять на схему логічної обробки. Відповідні сигнали ("Від нас", "До нас", "Тривога") видаються за рахунок спрацьовування одного з реле ключовий схеми.

Генератор синхронізації синхронізує роботу датчика, видаючи на ПРД, а також на схеми збігу і логічної обробки ПЗМ, синусоїдальні напруги відповідних амплітуд і фаз при відсутності мережі 220 В.

У ІКСО з вертикальним розташуванням променів ланцюг синхронізації роботи каналів відсутня. Розрізнення "свого" каналу забезпечується взаємним розташуванням передавального і приймального пристроїв (рис. 4.6.). У таких ІКСО схема обробки сигналів простіша, ніж в активних ІКСО з горизонтальним розташуванням променів (за рахунок відсутності схем збігу, узгодження і логічної обробки сигналів).

Мал. 4.6. Хід променів в ІКСО з вертикальним розташуванням променів.

При заданих параметрах оптичної системи і приймача випромінювання значення сигналу відповідно до (4.1) повністю визначається зміною опромінення ДЕ.

Випромінювальна здатність шкіри людини дуже висока, в середньому вона становить 0,99 щодо абсолютно чорного тіла (для якого випромінювальна здатність дорівнює 1) на довжинах хвиль більше 4 мкм [173]. В ІК області спектра оптичні властивості шкірного покриву близькі до характеристик чорного тіла. Температура шкіри залежить від теплообміну між шкірою і навколишнім середовищем. Вимірювання, проведені за допомогою тепловізора "Ага ^ бО '', показали, що при температурі повітря + 25 ° С температура по поверхні долоні людини змінюється в межах +32 ... + 34 ° С, а при температурі повітря + 19 ° С - в межах +28 ... + 30 ° С. Наявність одягу зменшує яскравість об'єкта, так як температура одягу нижче, ніж температура оголеної шкіри. При температурі навколишнього середовища + 25 ° С виміряна середня температура поверхні тіла одягненого в костюм людини склала + 26 ° С. Випромінювальна здатність одягу також може бути іншою, ніж у оголеної шкіри.

Інші параметри, що входять у вираз (4.5), можуть набувати різних значень залежно від конкретних обставин та / або оперативної завдання.

Розглянемо докладніше процес сігналообразованія і основні види перешкод, що впливають на помилкове спрацьовування пассівнихІКСО.

При заданих параметрах оптичної системи і приймача випромінювання значення сигналу відповідно до (4.1) повністю визначається зміною опромінення ДЕ.

Випромінювальна здатність шкіри людини дуже висока, в середньому вона становить 0,99 щодо абсолютно чорного тіла (для якого випромінювальна здатність дорівнює 1) на довжинах хвиль більше 4 мкм [173]. В ІК області спектра оптичні властивості шкірного покриву близькі до характеристик чорного тіла. Температура шкіри залежить від теплообміну між шкірою і навколишнім середовищем. Вимірювання, проведені за допомогою тепловізора "Ага ^ бО '', показали, що при температурі повітря + 25 ° С температура по поверхні долоні людини змінюється в межах +32 ... + 34 ° С, а при температурі повітря + 19 ° С - в межах +28 ... + 30 ° С. Наявність одягу зменшує яскравість об'єкта, так як температура одягу нижче, ніж температура оголеної шкіри. При температурі навколишнього середовища + 25 ° С виміряна середня температура поверхні тіла одягненого в костюм людини склала + 26 ° С. Випромінювальна здатність одягу також може бути іншою, ніж у оголеної шкіри.

Інші параметри, що входять у вираз (4.5), можуть набувати різних значень залежно від конкретних обставин та / або оперативної завдання.

Розглянемо докладніше процес сігналообразованія і основні види перешкод, що впливають на помилкове спрацьовування пасивних

Сігналообразованіе. Для кращого розуміння методів і алгоритмів підвищення завадостійкості ІКСО необхідно мати уявлення про основні параметри сигналу - формі, амплітуді, тривалості, залежно від швидкості руху людини і температури фону.

Розглянемо одну променеву зону виявлення довжиною 10 м з діаметром променя в основі конуса 0,3 м. Вважається, що людина перетинає зону по нормалі до неї з максимальною (Vmax= 5 м / с) і мінімальної (Vmin= 0,1 м / с) швидкостями при відстані від приймача 10 (Dmax), 5 і 1 м (Dmin). Форма сигналу при перетині променя на відстані 10 м має вигляд трикутника з максимумом при повному перекритті зони (рис.4.8, а). На рис. 4.8,6 показаний спектр цього сигналу. При перетині променя на меншій відстані сигнал набуває форму трапеції з крутими фронтами (рис.4.9. А) і спектр цього сигналу набуває вигляду, показаний на рис. 4.9,6.

Очевидно, що тривалість сигналу обернено пропорційна швидкості руху і відстані до приймача.

Реальний сигнал відрізняється від ідеальної картини за рахунок спотворень, що вносяться трактом посилення і накладенням хаотичних шумів, створюваних температурними флуктуаціями фону. Записи реальних сигналів, отримані з використанням отечественногопіропріемніка ПМ2Д, наведені на рис. 4.10. Тут же представлені його спектральні характеристики, отримані пропусканням реально записаних сигналів через спектроаналізатор фірми "BRYEL & KJ / ER".

Мал. 4.10. Відображення реальних сигналів, отримане з використанням піропріемніка ПМД2 (а) і спектроаналізатора фірми BR ^ EL & KJ / ER (б)

Аналіз записів дозволяє визначити спектральний "вікно" (діапазон по спектру), необхідне для пропускання сигналів, що утворюються при перетині зони в будь-якому місці в усьому діапазоні швидкостей від 0,1 до 15 Гц. При цьому на краях діапазону можливе послаблення сигналу, так як піропріемніка має амплітудно частотну характеристику зі спадом в області 5 ... 10 Гц. Для його компенсації необхідне введення в тракт обробки сигналу спеціального коригуючого підсилювача, що забезпечує підйом АЧХ в області 5 ... 20 Гц [143].

Температурний контраст. Амплітуда сигналу, як уже говорилося, визначається температурним контрастом між тілом (або одягом) людини і фоном, на який спрямований промінь. Так як температура фону змінюється слідом за зміною температури в приміщенні, то і сигнал, пропорційний їх різниці, також змінюється.

У точці, де температура людини і фону збігаються, значення вихідного сигналу дорівнює нулю. В області більш високих температур сигнал змінює знак.

Температура фону в приміщенні (стін, підлоги, меблів) відображає стан повітря поза приміщенням з деяким запізненням, обумовленим тепловою інерцією конструктивних матеріалів будівлі (в разі відсутності внутрішніх джерел тепла).

Температурний контраст залежить також від температури зовнішнього поверхні людини, т. Е. В основному від його одягу. Причому тут виявляється істотним таку обставину. Якщо людина входить в приміщення, де встановлено ІКСО, ззовні, наприклад з вулиці, де температура може істотно відрізнятися від температури в приміщенні, то в перший момент теплової контраст може бути значним. Потім, у міру "адаптації" температури одягу до температури приміщення, сигнал зменшується. Але навіть після тривалого перебування в приміщенні величина сигналу залежить від виду одягу. На рис. 4.11 наведені експериментальні залежності температурного контрасту людини від температури навколишнього середовища. Штриховий лінією показана екстраполяція експериментальних даних для температури вище 40 ° С.

Мал. 4.11. Залежність температурного контрасту людини від температури навколишнього середовища.

Заштрихованная область 1 - це діапазон контрастів в залежності від форми одягу, типу фону, розмірів людини і швидкості його руху.

Важливо відзначити, що перехід величини температурного контрасту через нуль відбувався тільки в тому випадку, якщо в області температур 30 ... 39,5 ° С вимірювання проводилися після адаптації людини в нагрітому приміщенні протягом 15 хв. У разі ж вторгнення в зону чутливості СО людини знаходився до цього в приміщенні з температурою нижче 30 ° С або на відкритому повітрі з температурою 44 ° С, рівні сигналів в діапазоні температур

30 .. .39,5 ° С лежать в області 2 і не досягають нульового значення.

Розподіл температури по поверхні людини не рівномірно. Найбільш близька вона до Зб ° С на відкритих частинах тіла - обличчі і руках, а температура поверхні одягу ближче до тла приміщення. Тому сигнал на вході піропріемніка залежить від того, якою частиною тіла перекривається променева зона чутливості.

Розгляд процесу сігналообразованія дозволяє зробити наступні висновки:

- Амплітуда сигналу визначається температурним контрастом поверхні людини і фону, який може становити від часток градуса до десятків градусів;

- Форма сигналу має трикутний або трапецеїдальний вид, тривалість сигналу визначається місцем перетину променевої зони і при русі по нормалі до променю може становити від

0, 05 до 10 с. При русі під кутом до нормалі тривалість сигналу збільшується. Максимум спектральної щільності сигналу лежить в інтервалі від 0,15 до 5 Гц;

- При русі людини вздовж променя сигнал мінімальний і визначається лише різницею температур окремих ділянок поверхні людини і становить частки градуса;

- При русі людини між променями сигнал практично відсутня;

- При температурі в приміщенні, близької до температури поверхні тіла людини, сигнал мінімальний, т. Е. Різницю температур становить частки градуса;

- Амплітуди сигналів в різних променях зони виявлення можуть істотно відрізнятися один від одного, так як визначаються температурним контрастом тіла людини і ділянкою фону, на який спрямований даний промінь. Різниця може досягати десяти градусів.

Перешкоди в пасивних ІКСО. Перейдемо до аналізу помехових впливів, що викликають помилкове спрацьовування пасивних ІКСО. Під перешкодою будемо розуміти будь-який вплив зовнішньої средиілі внутрішні шуми приймального пристрою, не пов'язані з рухом людини в зоні чутливості СО.

Існує наступна класифікація перешкод:

- Теплові, обумовлені нагріванням фону при впливі на нього сонячного випромінювання, конвекційних потоків повітря від роботи радіаторів, кондиціонерів, протягів;

- Електричні, викликані наведеннями від джерел електро- і радіовипромінювань на окремі елементи електронної частини СО;

- Власні, зумовлені шумами піропріемніка і тракту посилення сигналу;

- Сторонні, пов'язані з переміщенням в зоні чутливості СО дрібних тварин (собаки, кішки, птахи) або комах по поверхні вхідного оптичного вікна СО.

Найбільш значною і "небезпечної" перешкодою є теплова, що викликається зміною температури ділянок фону, на який спрямовані променеві зони чутливості. Вплив сонячного випромінювання призводить до локального підвищення температури окремих ділянок стіни або підлоги приміщення. При цьому поступове зміна температури не проходить через схеми фільтрації приладу, однак, порівняно різкі і "несподівані" її коливання, пов'язані, наприклад, з затінюванням сонця проходять хмарами або проїздом транспорту, викликають перешкоду, аналогічну сигналу від проходження людини. Амплітуда перешкоди залежить від інерційності фону, на який спрямований промінь. Наприклад, час зміни температури голою бетонної стіни набагато більше, ніж дерев'яної або обклеєній шпалерами.

На рис.4.12, наведена запис типовою сонячної перешкоди на виході піропріемніка при проходженні хмари, а також її спектр.

Мал. 4.12. Форма (а) і спектр (б) сонячної перешкоди на виході піропріемніка

при проходженні хмари

При цьому зміна температури при сонячних перешкодах досягає 1,0 ... 1,5 ° С, особливо в тих випадках, коли промінь спрямований на малоінерційний фон, наприклад на дерев'яну стіну або штору з тканини. Тривалість таких перешкод залежить від швидкості затінення і може потрапити в діапазон швидкостей, характерних для руху людини. Необхідно відзначити одну суттєву обставину, яке дозволяє боротися з такими перешкодами. Якщо два променя спрямовані на сусідні ділянки фону (при відстані між ними 0,5 ... 1,0 м), то вид і амплітуда помехового сигналу від впливу сонця практично однакові в кожному промені, т. Е. В наявності сильна кореляція перешкод. Це дозволяє відповідною побудовою схеми придушити їх за рахунок віднімання сигналів,

Конвективні перешкоди обумовлені впливом переміщаються потоків повітря, наприклад протягів при відкритій кватирці, щілин у вікні, а також побутових опалювальних приладів - радіаторів і кондиціонерів. Потоки повітря викликають хаотичне флуктуаційна зміна температури фону, амплітуда і частотний діапазон якого залежать від швидкості потоку повітря і характеристик фонової поверхні.

На відміну від сонячної засвічення конвективні перешкоди від різних ділянок фону, що впливають навіть на відстані

0, 2 ... 0,3 м, слабо корельовані між собою і їх віднімання не дає ефекту.

Електричні перешкоди виникають при включенні будь-яких джерел елекгро- і радіовипромінювання, вимірювальної і побутової апаратури, освітлення, електродвигунів, радіопередавальних пристроїв, а також при коливаннях струму в кабельній мережі і лініях електропередач. Значний рівень перешкод створюють також розряди блискавок.

Чутливість піропріемніка дуже висока - при зміні температури на 1 ° С вихідний сигнал безпосередньо з кристала становить частки мікровольта, тому наведення від джерел електромагнітних полів в кілька вольт на метр можуть викликати помеховий імпульс, в тисячі разів перевищує корисний сигнал. Однак більша частина електричних перешкод має малу тривалість або крутий фронт, що дозволяє відрізнити їх від корисного сигналу.

Власні шуми піропріемніка визначають вищу кордон чутливості ІКСО і мають вигляд білого шуму. У зв'язку з цим методи фільтрації тут не можуть бути використані. Інтенсивність перешкоди збільшується при підвищенні температури кристала приблизно в два рази на кожні десять градусів. Сучасні піропріемніка мають рівень власних шумів, відповідних зміни температури на 0(05 ... 0,15 ° С [12].

Мал. 4.13. Залежність амплітуди перешкоди на виході диференціального

каскаду від амппітуди перешкоди ка його вході

Мал. 4.14. Залежність коефіцієнта придушення конвективного перешкоди

від відстані між ділянками фону

Таблиця 4.1. Ступінь придушення сонячної перешкоди різними фільтрами для різних фонів

 МатеріалФільтра  фон
 лінолеум  Тканькрасногоцвета  дерево  Бетонна стіна  Середній коефіцієнт придушення
 Поліетіленчерний  0,4  0,68  0,4  0,34  0,45
 Оптична кераміка КО-41  0,96  1,0  0,98  0,98  0,98
 Інфрачервоне скло ІКС-27  0.5  0,43  0,57  0,67  0,54
 Інфрачервоне скло ІКС-33  0,38  0,27  0,4  0,18  0,3

сигналу не змінюється, а амплітуда сонячної перешкоди зростає пропорційно тілесного кута зони чутливості. Тобто метод оптимальної просторово-частотної фільтрації дозволяє підвищити стійкість пасивного оптичного засоби виявлення як до конвективного, так і до сонячної перешкод.

Двохдіапазонний метод прийому ІК випромінювань. Сутність цього методу полягає у введенні в ІКСО другого каналу, що забезпечує прийом ІК випромінювань у видимому або ближньому ІЧ діапазонах, з метою отримання додаткової інформації, що відрізняє сигнал від перешкоди. Використання такого каналу в сукупності з основним (тепловим) каналом в умовах одного приміщення малоефективно, оскільки як сигнал, так і перешкода при наявності освітленості формуються в обох спектральних діапазонах (видимому і тепловому). Значно ефективнішим є використання каналу видимого діапазону при його установці поза приміщень, що охороняються, в місцях, недоступних для блокування цього каналу штучними джерелами світла. У цьому випадку при зміні сонячної освітленості канал формує сигнал, який забороняє можливе спрацьовування ІКСО під впливом сонячної перешкоди. При такій організації двохдіапазонний метод дозволяє повністю ліквідувати помилкові спрацьовування ІКСО, можливі за рахунок виникнення сонячних перешкод. Можливість блокування теплового каналу на час дії перешкоди очевидна.

Параметричні методи підвищення завадостійкості ІКСО. В основу параметричних методів підвищення завадостійкості ІКСО покладена ідентифікація корисних сигналів по одному або сукупності параметрів характерних для викликають появу цих сигналів об'єктів. В якості таких параметрів, можуть бути використані швидкість руху об'єкта, його габарити, відстань до об'єкта. На практиці, як правило, конкретні значення параметрів заздалегідь не відомі. Однак є деяка область їх визначення. Так, швидкість людини, що пересувається

Таблиця 4.2. Методи підвищення завадостійкості ІКСО

 метод  Позитивні якості  негативні якості
 диференційний  Часткове придушення сонячних і конвективних перешкод  Низька стійкість до некорреліровани перешкод
 Частотнаяфільтрація  Часткове придушення сонячних і конвективних перешкод  Складність реалізації для багатоканальних систем
 Спектральнаяфільтрація  Простота реалізації. Часткове придушення сонячних перешкод.  Чи не придушуються конвективні перешкоди
 двохдіапазонний  Повне придушення сонячних перешкод. Простота тракту обробки  Можливість блокування кошти зовнішніми джерелами світла. Чи не придушуються конвективні перешкоди. Необхідність додаткового оптичного каналу
 Оптимальна пространственночастотная фільтрація  Часткове придушення фонових і сонячних перешкод. простота реалізації  Необхідність застосування приймачів зі спеціальною формою чутливої ??площадки
 параметричні методи  Часткове придушення фонових перешкод. Значне придушення сонячних перешкод  Складність тракту обробки

- Лінзи Френеля виготовляються у вигляді виштампувані на поверхні вхідного вікна з поліетилену концентричних кіл з фокусною відстанню, відповідним максимальному рівню випромінювання, характерному для температури тіла людини (8 мкм). Випромінювання інших довжин хвиль будуть "розмиватися", проходячи через цю лінзу і, тим самим, послаблюватися.

Цими заходами вдається послабити вплив перешкод від джерел поза спектрального діапазону в тисячі разів і забезпечити можливість функціонування ІКСО в умовах сильної сонячної засвічення, використання освітлювальних ламп і т. П.

Потужним засобом захисту від теплових перешкод є використання двухплощадочногопіропріемніка з формуванням двопроменевий зони чутливості. Сигнал при проході людини виникає послідовно в кожному з двох променів, а теплові перешкоди (при близькому розташуванні променів) в значній мірі корельовані і можуть бути послаблені при використанні найпростішої схеми вирахування. У всіх сучасних пасивних ІКСО

застосовані двох-майданчикові. а в останніх моделях використовуються і зчетверені піроелементи.

Далі перейдемо до розгляду найбільш широко використовуваних в даний час алгоритмів обробки сигналів в ІКСО.

На початку розгляду алгоритмів обробки сигналів необхідно зробити наступне зауваження. Для позначення алгоритму у різних фірм-виробників може використовуватися різна термінологія, так як виробник часто дає унікальне найменування певним алгоритмом обробки і використовує його під своєю торговою маркою, хоча по суті при цьому може застосовуватися будь-якої традиційний метод аналізу сигналів, який використовується і іншими фірмами .

Алгоритм оптимальної фільтрації передбачає використання не тільки амплітуди сигналу (пороговий прийом), а всю його енергію, т. Е. Твір амплітуди на тривалість. Додатковим інформативним ознакою сигналу є наявність двох фронтів - на вході в "промінь" (під поняттям "промінь" мається на увазі елементарна зона виявлення ІКСО) і на його виході, що дозволяє відбудуватися від багатьох перешкод, що мають вид "сходинки". Наприклад, в ІКСО Vision-510 (PARADOX, Канада) блок обробки аналізує двополярного і симетрію форми сигналів з виходу диференціального піропріемніка. Суть обробки полягає в порівнянні сигналу з двома порогами (позитивним і негативним) і в ряді випадків - в порівнянні амплітуди і тривалості сигналів різної полярності. Можлива також комбінація цього методу з роздільним підрахунком перевищень позитивного і негативного порогів. Компанія PARADOX дала цим алгоритмом назву Entry / ExitAnalysis (аналіз входу / виходу) [76].

У зв'язку з тим, що електричні перешкоди мають або невелику тривалість, або крутий фронт, для підвищення завадостійкості найбільш ефективним є застосування алгоритму відбудови - виділення крутого фронту і блокування вихідного пристрою на час їх дії. Таким чином досягається стійка робота СО навіть в умовах інтенсивних електро- і радіоперешкод в діапазоні від сотень кілогерц до одного гігагерца при напруженості поля до ЮВ / м. У паспортах на сучасні ІКСО вказується стійкість до електромагнітних і радіочастотним перешкод з напруженістю поля до 20 ... 30 В / м.

Наступним ефективним методом підвищення завадостійкості є використання схеми "рахунки імпульсів". Діаграма чутливості для найпоширеніших "об'ємних" СО має багатопроменеву структуру. Це означає, що при русі людина перетинає послідовно кілька променів. При цьому їх

число прямо пропорційно кількості променів, що утворюють зону виявлення СО і відстані, долає людиною. Реалізація цього алгоритму різна в залежності від модифікації СО. Найчастіше використовується ручна установка перемикача на рахунок певного числа імпульсів (від одного до чотирьох). Очевидно, що в зв'язку з цим при збільшенні числа імпульсів підвищується стійкість ІКСО. Для спрацьовування приладу людина повинна перетнути кілька променів, але при цьому може знижуватися обнаружительная здатність приладу через наявність "мертвих зон". У ІКСО фірми PARADOX використовується запатентований алгоритм обробки сигналів піропріемнікаAPSP, що забезпечує автоматичне перемикання рахунку імпульсів в залежності від рівня сигналів. Для сигналів високого рівня детектор відразу виробляє тривогу, працюючи при цьому як пороговий, а для сигналів низького рівня автоматично перемикається в режим підрахунку імпульсів (від 2 до 25 в залежності від рівня). Це знижує ймовірність помилкових тривог при збереженні незмінної обнаружительной здатності.

У ІКСО Enforcer-QX (PYRONIX) застосовані наступні алгоритми рахунку імпульсів:

- SPP (алгоритм чергуються знаків) - підрахунок імпульсів ведеться тільки для сигналів з чергуються знаками (протилежної полярності);

- SGP3 (лічильник групових послідовностей) - підраховуються тільки групи імпульсів, що мають протилежну полярність. Тут стан тривоги виникає при появі трьох таких груп протягом встановленого часу.

В останніх модифікаціях ІКСО для підвищення завадостійкості застосовується схема "адаптованого прийому". Тут поріг спрацьовування автоматично відстежує рівень шуму, а при його підвищенні також збільшується. Однак цей спосіб не вільний від недоліків. При многолучевой діаграмі чутливості досить імовірно, що один або кілька променів будуть спрямовані на ділянку інтенсивних перешкод (наприклад, на розтруб кондиціонера). При цьому встановлюється мінімальна чутливість всього приладу, в тому числі і тих променів, де інтенсивність перешкод незначна. Тим самим знижується загальна ймовірність виявлення всього приладу. Для усунення цього недоліку пропонується перед включенням приладу "виявляти" промені з максимальним рівнем шуму і затінювати їх за допомогою спеціальних непрозорих екранів (шляхом заклеювання скотчем з внутрішньої сторони вхідного вікна). У деяких модифікаціях приладів вони входять в комплект поставки.

Аналіз тривалості сигналів може проводитися як прямим методом вимірювання часу, протягом якого сигнал перевищує певний поріг, так і в частотній області шляхом фільтрації сигналу з виходу піропріемніка, в тому числі з використанням "плаваючого" порога, що залежить від діапазону частотного аналізу. Поріг спрацьовування встановлюється на низькому рівні всередині частотного діапазону корисного сигналу (0,6 ... 10 Гц) і на більш високому рівні поза цим частотного діапазону. Цей метод закладений в ІКСО Enforcer-QX (PYRONIX) і був запатентований під назвою IFT.

Ще один вид обробки, призначений для поліпшення характеристик ІКСО - це автоматіческаятермокомпенсація. У діапазоні температур навколишнього середовища 25 ... 35 ° С чутливість піропріемніка знижується за рахунок зменшення теплового контрасту між тілом людини і фоном, а при подальшому підвищенні температури чутливість знову підвищується, але "з протилежним знаком". У так званих "звичайних" схемах термокомпенсации температура вимірюється і при її підвищенні автоматично збільшується усилене. При "справжньою", або "двосторонньої" компенсації, враховується підвищення теплового контрасту для температур вище 25 ... 35 ° С. Використання автоматичної термокомпенсации забезпечує майже постійну чутливість ІКСО в широкому діапазоні температур. Така термокомпенсация застосована в ІКСО фірм PARADOX і С & К SYSTEMS.

Перераховані види обробки можуть проводитися аналоговими, цифровими або комбінованими засобами. Всучасних ІКСО все ширше починають застосовуватися методи цифрової обробки з використанням спеціалізованих мікроконтролерів з АЦП і сигнальних процесорів, що дозволяє проводити детальну обробку "тонкої" структури сигналу для кращого виділення його на тлі перешкод. Останнім часом з'явилися повідомлення про розробку повністю цифрових ІКСО, взагалі не використовують аналогових елементів (Digital 404 фірми PARADOX). У цьому ІКСО сигнал з виходу піропріемніка безпосередньо надходить на аналого цифровий перетворювач з високим динамічним діапазоном і вся обробка проводиться в цифровому вигляді. Використання повністю цифрової обробки дозволяє позбутися від таких "аналогових ефектів" як можливі спотворення сигналів, фазові зрушення, надлишкові шуми. У Digital 404 використовується запатентований алгоритм обробки сигналів SHIELD, що включає в себе APSP, а також аналіз наступних параметрів сигналів: амплітуди, тривалості, полярності, енергії, часу наростання, форми, часу появи і порядку проходження сигналів. Кожна послідовність сигналів порівнюється зі зразками, відповідними руху і перешкод, причому орієнтується навіть вид руху (від повільного до бігу) і якщо не задовольняються критерії тривоги, то дані зберігаються в пам'яті для аналізу наступній послідовності або вся послідовність пригнічується. Спільне застосування металевого екранування і програмного придушення перешкод дозволило підвищити стійкість Digital 404 до електромагнітних і радіочастотним перешкод до 30 ... 60 В / м в діапазоні частот від 10 МГц до 1 ГГц (для порівняння: без алгоритму SHIELD цей показник в середньому становить 20 В / м).

Відомо, що внаслідок випадкового характеру корисних і перешкоджаючих сигналів найкращими є алгоритми обробки, засновані на теорії статистичних рішень. Судячи із заяв розробників, ці методи починають використовуватися в останніх моделях ІКСО фірми З & К SYSTEMS (МС-760).

Взагалі кажучи, об'єктивно судити про якість використовуваної обробки, грунтуючись лише на даних фірми-виробника, досить важко. Непрямими ознаками володіння СО високими тактико-технічними характеристиками можуть бути наявність аналого-цифрового перетворювача, мікропроцесора і великого обсягу використовуваної програми обробки (кілька кілобайт).

висновки

1. Принцип дії ІКСО заснований на реєстрації власного теплового випромінювання порушника (пасивні ІКСО) або зміні параметрів ІЧ-випромінювання при перетині променя порушником (активні ІКСО).

2. Розвиток ІКСО йде головним чином в напрямку підвищення завадостійкості за рахунок вдосконалення оптичних систем, алгоритмів обробки сигналів, широкого застосування методів цифрової обробки сигналів з використанням спеціалізованих мікроконтролерів і процесорів.

3. При виборі типів і кількості СО для забезпечення охорони конкретного об'єкта слід враховувати можливі шляхи і способи проникнення порушника, необхідний рівень захисту, витрати на придбання, монтаж та експлуатацію СО, особливості об'єкта, відповідність тактико-технічних характеристик СО передбачуваним умовам експлуатації.

4. Особливістю ІКСО є їх універсальність. З їх використанням можливе блокування проникнення в найрізноманітніші приміщення і блокування підходів до різноманітних конструкцій і предметів.

5. Загальний принцип використання ІКСО полягає в тому, що промені зони чутливості повинні бути перпендикулярні передбачуваному напрямку руху порушника. Місце установки СО слід вибирати так, щоб мінімізувати "мертві зони", викликані наявністю в приміщенні, що охороняється великих предметів, що перекривають промені.

6. До помилкових спрацьовувань ІКСО можуть привести перешкоди теплового, світлового, електромагнітного, вібраційного характеру. Незважаючи на те, що сучасні ІКСО мають високий ступінь захисту від зазначених впливів, все ж доцільно дотримуватися наступних рекомендацій:

- Не рекомендується розміщувати сов безпосередній близькості від джерел повітряних потоків (вентиляція, відкрите вікно);

- Слід уникати прямого попадання на ІКСО сонячних променів і яскравого світла; при виборі місця установки повинна враховуватися можливість засвічення протягом нетривалого часу рано вранці або на заході (коли сонце низько над горизонтом) або засвічення фарами проїжджав зовні транспорту;

- На час постановки на охорону доцільно відключати можливі джерела потужних електромагнітних завад, зокрема відключати люмінесцентні, неонові, ртутні, натрієві лампи;

- Для зниження впливу вібрацій доцільно встановлювати ІКСО на капітальних або несучих конструкціях;

- Не рекомендується направляти ІКСО на джерела тепла (радіатор, піч), що коливаються предмети (рослини, штори) і в бік місць знаходження домашніх тварин.

Контрольні питання до гл. 4

1. Що таке оптичне СО? Розкажіть про його призначення.

2. Яка класифікація інфрачервоних засобів виявлення (ІКСО) існує? Опишіть різні варіанти зон виявлення пасивних ІКСО.

3. Чим викликано вимога постійної чутливості по всій зоні виявлення ІКСО?

4. Розкажіть про оптичні системах, що використовуються в ІКСО (лінзи Френеля, дзеркальна оптика, комбінована оптика).

5. Поясніть принцип дії активних ІКСО. Намалюйте і поясніть структурні схеми побудови активних ІКСО, розкажіть про особливості їх застосування.

6. Розкажіть про принцип дії пасивних ІКСО.

7. Поясніть процес сігналообразованія в пасивних ІКСО на прикладі однолучевой зони виявлення.

8. Розкажіть про температурний контрасті в пасивних ІКСО.

9. Які перешкоди виникають в пасивних ІКСО (теплові, електричні, власні)? Чим вони викликані?

10 Назвіть методи підвищення завадостійкості пасивних ІКСО. Поясніть, в чому полягає диференційний метод прийому ІК-випромінювання?

11. Методи підвищення завадостійкості пасивних ІКСО. Розкажіть про оптичну спектральної фільтрації.

12. Методи підвищення завадостійкості пасивних ІКСО. Розкажіть про метод оптимальної просторово-частотної фільтрації.

13. Розкажіть про параметричних методах підвищення завадостійкості пасивних ІКСО.

14. Проведіть порівняльний аналіз методів підвищення завадостійкості пасивних ІКСО.

Розкажіть про алгоритми обробки сигналів, що застосовуються в сучасних пасивних ІКСО.

 Споживачі електричної енергії |  Основне обладнання електростанцій і підстанцій

© 2016-2022  um.co.ua - учбові матеріали та реферати