3 Устройство, технические характеристики и конструктивные особенности ИК извещателей, определяющие порядок их выбора и применения на охраняемых объектах

3.1 Устройство и принцип действия

Физический принцип действия ИК извещателя основан на регистрации инфракрасного (теплового) излучения, которое свойственно всем предметам (в том числе и телу человека), имеющим температуру выше абсолютного нуля. Извещатель называется «пассивным», потому что собственного излучения он не формирует, а воспринимает и анализирует изменение теплового излучения нарушителя и окружающих предметов (фона).

Общая структурная схема извещателя представлена на рисунке 3.1.

1. Фокусирующие элементы
2. Приемник излучения (пироприемник)
3. Усилитель
4. Устройство обработки сигнала
5. Устройство выдачи информации

Рисунок 3.1 – Общая структурная схема ИК извещателя

Фокусирующий элемент предназначен для фокусировки поступающего в извещатель теплового излучения нарушителя и фона на приемник излучения (в дальнейшем – чувствительный элемент (ЧЭ), что позволяет увеличить дальность действия по сравнению с извещателем, не имеющим фокусирующих элементов. В настоящее время фокусирующим элементом большинства извещателей является линза Френеля. На практике линза извещателя представляет собой систему, состоящую из нескольких сегментов, каждый из которых является линзой Френеля (см. рисунок 3.5).

Существуют также извещатели, в которых в качестве фокусирующего элемента используется зеркало (на практике – система из нескольких зеркал), отражающее поступающее излучение на ЧЭ. Количество, форма и взаимное расположение линз Френеля (зеркал) определяют тип формируемой извещателем ЗО (описание типов ЗО приведено в п. 3.3 настоящего методического пособия). Область пространства, в которой один из сегментов линзы извещателя способен фокусировать на ЧЭ тепловое излучение движущегося нарушителя, называется элементарной чувствительной зоной (ЭЧЗ). Размеры ЭЧЗ зависят от размера площадок (пирокристаллов) ЧЭ, фокусного расстояния линзы Френеля и расстояния до извещателя.

ЧЭ пассивных ИК извещателей являются двух- или четырехплощадный пироприемник, который вместе с линзой образует оптическую систему, схема которой показана на рисунке 3.3. Каждый сегмент линзы извещателя в сочетании с двухплощадным пироприемником формирует одну пару ЭЧЗ, а в сочетании с четырехплощадным – две пары.

Конструкция пироприемника с расположением и примерными размерами (в миллиметрах) чувствительных площадок приведена на рисунке 3.2 (в зависимости от типа пироприемника размеры могут отличаться).

Рисунок 3.2 – Конструкция пироприемника

Площадки пироприемников, устанавливаемых в извещатели, закрыты оптическим фильтром (на видах спереди рисунка 3.2 условно не показан), имеющим пропускную способность в диапазоне длин волн от 5 до 14 мкм, характерных для излучения тела человека.

Рисунок 3.3 – Оптическая система ИК извещателя

Пироприемник преобразует тепловое излучение в электрический сигнал, поступающий через усилитель на устройство обработки сигнала (в настоящее время, как правило, – микропроцессор), которое производит анализ поступившего сигнала и в соответствии с заданным алгоритмом при помощи устройства выдачи информации формирует (или не формирует) извещение о тревоге.

При отсутствии движения нарушителя и отсутствии тепловых помех в ЗО в извещатель поступает тепловое излучение от фона, и пироприемник на выходе формирует слабые, хаотично изменяющиеся сигналы (шум). При движении нарушителя, температура которого отлична от температуры фона, поперек ЗО в тангенциальном направлении (стрелка А на рис. 3.3) его тепловое излучение фокусируется одним из сегментов линзы сначала на одну площадку двухплощадного пироприемника (пару площадок для четырехплощадного), а затем на вторую. Изменение энергии теплового излучения на площадке вызывает формирование на выходе пироприемника электрического сигнала, амплитуда и длительность которого зависят от интенсивности потока теплового излучения и скорости его изменения, то есть от размера и скорости перемещения нарушителя, а также разницы его температуры и температуры фона (температурного контраста). Этот сигнал получил название «импульс». Параметры импульса, анализируемые устройством обработки сигнала показаны на рисунке 3.4.

Рисунок 3.4 – Параметры импульса

Площадки в пироприемнике включены встречно (см. схему на рисунке 3.2), поэтому импульсы на выходе пироприемника будут положительными и отрицательными. При одновременном попадании теплового излучения (например, от фона) на площадки пироприемника возникающие разнополярные импульсы будут взаимно компенсироваться и полезный сигнал на выходе пироприемника будет отсутствовать.

Также это явление наблюдается при движении нарушителя в радиальном направлении по траектории от внешней границы ЗО к извещателю (стрелка Б на рисунке 3.3). Этим свойством пироприемника объясняется неодинаковая обнаружительная способность извещателя при движении нарушителя в ЗО в тангенциальном и радиальном направлении.

Изменение сигнала в зависимости от фазы перемещения нарушителя относительно пары ЭЧЗ, сформированных одним сегментом линзы извещателя, показаны на рисунке 3.5.

При перемещении нарушителя вне ЭЧЗ на выходе пироприемника присутствует шум. При пересечении нарушителем границы ЭЧЗ на пироприемник начинает попадать его тепловое излучение, что обусловливает появление полезного сигнала. Величина этого сигнала находится в прямой зависимости от площади поверхности тела нарушителя, находящейся в ЭЧЗ (а также от скорости перемещения нарушителя и температурного контраста). По мере движения нарушителя в ЭЧЗ сигнал сначала нарастает, достигает и превышает на некоторое время значение порога (на рисунке 3.5 – положительного), а затем снижается. При прохождении нарушителя через границы двух ЭЧЗ сигнал переходит через ноль из-за особенностей конструкции пироприемника, чувствительные площадки которого расположены на расстоянии друг от друга (см. рисунок 3.2), а также из-за возможного присутствия нарушителя в обеих ЭЧЗ при движении на небольшом расстоянии от извещателя и вытекающей из этого компенсации разнополярных сигналов. По мере дальнейшего движения нарушитель выходит из ЭЧЗ, входит и в дальнейшем пересекает вторую. Как и в случае с первой ЭЧЗ, по мере движения нарушителя последовательно происходят нарастание и снижение сигнала, с той лишь разницей, что сигнал будет иметь другую полярность. После того, как нарушитель выйдет из второй ЭЧЗ, на выходе пироприемника снова будет присутствовать только шум.

Рисунок 3.5 – Зависимость изменения сигнала от фазы движения нарушителя

Если сигнал в течение определенного времени превышает заданное значение, называемое «порогом», устройство обработки сигнала извещателя принимает решение о формировании извещения о тревоге.

В зависимости от заданного алгоритма извещение о тревоге может формироваться после появления как одного, так и нескольких импульсов за определенный промежуток времени после появления первого импульса. Изменение этого алгоритма позволяет изменять некоторые характеристики извещателя (см. п. 3.2 настоящего методического пособия). Если за указанный промежуток времени заданное количество импульсов достигнуто не было, формирование извещения о тревоге не происходит, устройство обработки сигнала сбрасывает счетчик, и счет начинается заново.

В случае если устройство обработки сигнала приняло решение о формировании извещения о тревоге, оно переводит устройство выдачи информации из состояния «Норма», соответствующего дежурному режиму работы извещателя, в состояние «Тревога». Особенности различных способов формирования извещения о тревоге приведены в п. 3.3 настоящего методического пособия.

Далее >>>