2.7 Оптико-электронные средства обнаружения (активные, пассивные, волоконно-оптические)

Оптико-электронные средства обнаружения (ОЭСО) построены на анализе оптического излучения. Они подразделяются на 2 типа: активные и пассивные. Активные регистрируют изменение собственного излучения, вызванное вторжением нарушителя в ЗО, пассивные регистрируют тепловое излучение нарушителя.

Требования к ОЭСО установлены в национальных стандартах Российской Федерации:

ГОСТ Р 52434-2005 Извещатели охранные оптико-электронные активные. Общие технические требования и методы испытаний.

ГОСТ Р 50777-95 Системы тревожной сигнализации. Часть 2. Требования к системам охранной сигнализации. Раздел 6. Пассивные оптико-электронные инфракрасные извещатели для закрытых помещений и открытых площадок.

В этих стандартах приведены требования к показателям функционального назначения, помехозащищенности, устойчивости к климатическим воздействиям, интерфейсу и др.

2.7.1 Активные ОЭСО

Линейные оптико-электронные извещатели (активные ИК извещатели), как правило, имеют двухблочную конструкцию и состоят из блока излучателя (БИ) и блока фотоприемника (БФ), образующих оптическую систему. Излучатель формирует поток инфракрасного излучения (инфракрасный луч) с заданными характеристиками, который попадает на приемник. Появление в ЗО извещателя оптически непрозрачного объекта вызывает прерывание ИК луча (или снижение его мощности), попадающего в приемник, который анализирует величину и длительность этого прерывания и в соответствии с заданным алгоритмом формирует извещение о тревоге путем изменения сопротивления контактов, подключаемых к ШС. Также встречаются извещатели, имеющие одноблочную конструкцию, оптическая система которых состоит из излучателя и фотоприемника, объединенных в одном корпусе, а также светоотражателя (катафота). Входные окна БИ и БФ обычно закрыты специальными фильтрами (иногда эти фильтры выполнены одним целым с крышкой корпуса извещателя). Схема активного ИК извещателя представлена на рисунке 53.

Достоинством активных ИК извещателей является то, что их обнаружительная способность не зависит от характеристик теплового излучения человека (нарушителя). Также они нечувствительны к изменению характеристик теплового излучения окружающих объектов (фона) и возникающим тепловым помехам, что очень актуально при эксплуатации на открытых площадках.

 

Рисунок 53 - Схема активного ИК извещателя

 

К недостаткам активных ИК извещателей можно отнести их способность формировать только линейную ЗО, что обуславливает узкую область применения. Отчасти эта проблема может быть решена путем организации поверхностной ЗО за счет применения извещателей, формирующих несколько ИК лучей, или построения ИК барьера из нескольких извещателей. Но при этом размеры ЗО для первого варианта будут небольшими, а второй вариант потребует увеличения финансовых затрат. К недостаткам можно отнести и чувствительность к оптическим засветкам.

В последнее время некоторыми фирмами-изготовителями предпринимаются попытки создания активного охранного извещателя с применением лазера ИК диапазона. Так, японская фирма «Optex» недавно начала выпуск извещателя, использующего принцип сканирования окружающего пространства лазерным лучом. (Подробнее об этом извещателе в разделе «Перспективные ТСО»).

Основные функциональные характеристики активных ИК извещателей и их влияние на применение и тактику охраны

Активные ИК извещатели формируют линейную ЗО. Их можно применять для организации первого рубежа охраны объектов (блокировка протяженных инженерных ограждений (заборов), окон или дверей снаружи здания, ворот, вентиляционных шахт и каналов и т.п.). Т.к. активные инфракрасные извещатели формируют линейную зону обнаружения, на их применение будет оказывать влияние форма охраняемого объекта, зависящая от особенностей ландшафта и самого объекта. Охраняемые объекты должны быть прямолинейными, в противном случае, объект разбивается на несколько прямолинейных участков, для блокировки которых используется отдельный извещатель (см. рисунки 54, 55).

 

Рисунок 54 - Неправильное использование активного ИК извещателя

 

На рисунке 54 показано неправильное использование активного ИК извещателя. В зонах А и Б возможно проникновение нарушителя через охраняемое ограждение. При этом в зоне Б ЗО извещателя находится за пределами охраняемого объекта, где есть высокая вероятность ее случайного перекрытия (качающиеся ветки деревьев, действия случайных прохожих и т.п.), что приведет к формированию ложного извещения о тревоге.

 

Рисунок 55 - Схема охраны объекта сложной формы

 

На рисунке 55 показана примерная схема охраны объекта сложной формы при помощи нескольких извещателей. Разбивка объекта на участки должна быть произведена таким образом, чтобы нарушитель не смог проникнуть на объект, не перекрыв ИК луча, т.е. максимальное расстояние между полотном ограждения и ИК лучом (воображаемой линией между БИ и БФ) должно быть меньше габаритов человека (примерно 300 – 350 мм).

Основными функциональными характеристиками активного ИК извещателя являются максимальная рабочая дальность действия, коэффициент запаса, чувствительность и помехозащищенность.

Максимальная рабочая дальность действия – максимально возможное расстояние, на которое могут быть разнесены излучатель и приемник извещателя при условии его соответствия требованиям национального стандарта.

Коэффициентом запаса называется максимальное значение уменьшения потока инфракрасной энергии, не приводящее к формированию извещения о тревоге. Этот коэффициент характеризует устойчивость извещателя к воздействию метеорологических факторов (дождь, снегопад, туман). Минимально допустимые значения коэффициента запаса зависят от рабочей дальности действия и приведены в национальном стандарте. Т.к. в помещениях не бывает атмосферных осадков, требования к коэффициенту запаса извещателей, предназначенных для эксплуатации в помещении, значительно ниже аналогичных требований для извещателей, предназначенных для эксплуатации на открытом воздухе.

Конкретные значения максимальной рабочей дальности действия и коэффициента запаса для каждой модели извещателя устанавливает предприятие-изготовитель.

Для обеспечения возможности применения на различных объектах большинство современных активных ИК извещателей имеет возможность регулировки дальности действия. Как правило, регулировка дискретна, каждое ее значение соответствует определенному диапазону дальности действия. Не допускается эксплуатировать извещатель при несоответствии фактической дальности действия установленному при регулировке диапазону. В случае если фактическая дальность превышает установленную, коэффициент запаса может оказаться недостаточным, что при наличии атмосферных осадков (интенсивный снег, дождь, плотный туман) может привести к нарушению работоспособности извещателя (проявляющемуся в виде формирования ложного извещения о тревоге и невозможности постановки на охрану). Если фактическая дальность ниже установленной мощность ИК излучения, попадающего на приемник, будет избыточной, что в некоторых случаях может привести к пропуску нарушителя. Избыточной мощностью сигнала обусловлено и наличие у активных ИК извещателей минимальной дальности действия. Расстояние между БИ и БФ не должно быть меньше значения, указанного в эксплуатационной документации, прилагаемой к извещателю.

Чувствительностью активного ИК извещателя называется длительность прерывания инфракрасного луча, при превышении которой извещатель должен формировать извещение о тревоге. Минимально допустимое значение чувствительности для извещателей, эксплуатируемых на открытых площадках, регламентировано национальным стандартом и составляет 50 мс.

Эта величина определена с учетом антропометрических характеристик человека и соответствует пересечению нарушителем ЗО извещателя бегом с максимальной скоростью. В современных извещателях предусмотрена дискретная регулировка чувствительности до значения 400 – 500 мс.

Устанавливать значение чувствительности рекомендуется с учетом наиболее вероятного времени нахождения нарушителя в ЗО, которое зависит от его размеров и скорости перемещения. Например, если извещатель установлен на открытом пространстве, где нарушитель будет иметь возможность разбежаться и пересечь ЗО с высокой скоростью, следует устанавливать высокую чувствительность (50 мс). В случае отсутствия у нарушителя возможности для разбега и перемещения с высокой скоростью (например, при блокировке узкого пространства между двумя заборами) значение чувствительности можно установить в диапазоне 100 – 200 мс. Если нарушитель будет вынужден находиться в ЗО достаточно продолжительное время, например, при преодолении блокируемого участка ползком или перелезании ограждения (забора), значение чувствительности можно установить в диапазоне 400 - 500 мс. Корректность выбора значения чувствительности необходимо проконтролировать после установки и настройки извещателя на объекте совершением тестовых пересечений ЗО наиболее вероятными способами и с максимально возможной скоростью. После каждого пересечения ЗО извещатель должен формировать извещение о тревоге. За исключением обоснованных случаев, не рекомендуется устанавливать максимально высокую чувствительность (50 мс), т.к. это снижает помехозащищенность извещателя.

Помехозащищенностью называется длительность прерывания инфракрасного луча, при отсутствии превышения которой извещатель не формирует извещение о тревоге. Минимально допустимое значение помехозащищенности для извещателей, эксплуатируемых на открытых площадках, регламентировано национальным стандартом и составляет 35 мс. Эта величина определена с учетом размеров и скорости перемещения наиболее вероятных помех, таких как падающие листья, пролетающие птицы и т.п.

В современных отечественных извещателях изменение помехозащищенности происходит автоматически одновременно с изменением чувствительности в процессе ее регулировки.

Повышению помехоустойчивости извещателя способствует применение в нем сдвоенного (синхронизированного) ИК луча.

Соотношения между чувствительностью и помехозащищенностью для современных отечественных активных ИК извещателей приведены в таблице 3.

Таблица 3

Параметр	Значение
Чувствительность, мс	50	100	200	400	500
Помехозащищенность, мс	35	70	140	280	350

Влияние внешних факторов на работу активных ИК извещателей и рекомендации по его уменьшению

1) Температурный фактор

Температура окружающей среды оказывает негативное влияние на работоспособность извещателя, если ее значение превышает допустимые значения рабочей температуры, установленные для данного извещателя.

Для уменьшения вероятности перегрева извещателя следует по возможности избегать установки его в местах, где он будет подвергаться длительному воздействию прямых солнечных лучей, а также использовать защитные козырьки.

Для эксплуатации в районах, где в зимнее время часто наблюдаются очень низкие температуры (минус 40 °С и ниже), необходимо выбирать извещатели, имеющие встроенный автоматический подогрев платы и оптики.

Нижнее значение диапазона рабочих температур для современных отечественных извещателей равняется минус 40 °С, при наличии встроенного обогрева оно снижается до минус 55 °С.

Если температура воздуха опустилась ниже допустимых значений извещателя, необходимо учесть, что он может не обнаруживать нарушителя, целесообразно организовать охрану объекта методом патрулирования.

2) Оптические засветки

Причиной высокой освещенности может быть как солнце, так и источники искусственного освещения.

Наличие на входном окне БФ извещателя освещенности, фактическое значение которой превышает нормы, установленные в национальном стандарте (более 20000 лк от естественного освещения и источников света, питающихся от источников постоянного тока, и 1000 лк от источников света (в т.ч. люминесцентных ламп), питающихся от сети переменного тока), может являться причиной ложных срабатываний или пропуска нарушителя.

Для исключения влияния данного фактора на работу извещателя он должен быть установлен таким образом, чтобы на входное окно БФ не попадали прямые солнечные лучи (это особенно актуально во время заката или восхода, когда неэффективны различные защитные козырьки) и излучение от мощных осветительных приборов (прожекторов, мощных люминесцентных ламп и пр.).

Большинство активных ИК извещателей, включенных на сегодняшний день в «Список…», обладают устойчивостью к естественному освещению величиной до 30000 лк.

3) Атмосферные осадки

Атмосферные осадки оказывают негативное влияние на коэффициент запаса извещателя вследствие ослабления излучения из-за рассеивания его каплями воды или снежинками. Также они могут быть причиной появления влаги в корпусах блоков извещателя, что может вызвать потерю его работоспособности. В зимнее время возможно также обледенение входных окон блоков извещателя.

Коэффициент запаса современных извещателей, как правило, позволяет им исправно функционировать при наличии атмосферных осадков, но в случае их особой интенсивности может возникнуть нарушение работоспособности извещателя (проявляющееся в виде постоянного формирования извещения о тревоге и невозможности постановки на охрану). В этом случае следует организовать охрану объекта методом патрулирования.

Для уменьшения вредного воздействия атмосферных осадков можно использовать защитные козырьки, следует чаще проводить техническое обслуживание (очистку входных окон от льда и снега) извещателя. Необходимо применять извещатели с более высокой степенью защиты оболочки (не ниже IP54 по ГОСТ 14254), тщательно герметизировать вводные технологические отверстия в корпусах блоков при монтаже.

В случае установки извещателя на небольшой высоте от земли или иной поверхности (например, непосредственно над полотном ограждения) постепенно увеличивающийся слой снега (сугроб) может перекрыть ЗО извещателя, что вызовет постоянное формирование ложного извещения о тревоге. ЗО извещателя также может быть перекрыта образовавшимися сосульками в случае ее расположения под какими-либо выступающими конструкциями и их элементами.

Для предотвращения нарушения нормальной работы извещателя необходимо расчищать снег, скапливающийся в зоне обнаружения, своевременно удалять образующиеся сосульки. В случае установки извещателя вдоль верхнего края ограждения рекомендуется смещать его от оси ограждения внутрь объекта.

4) Электромагнитные помехи (ЭМП)

Источником ЭМП, способных повлиять на работу извещателя, могут быть как работающее электрооборудование большой мощности, так и атмосферные электрические разряды (гроза). Для эксплуатации на открытом воздухе следует применять извещатели, имеющие устойчивость к ЭМП по ГОСТ Р 50009 (электростатический разряд, электромагнитное поле, электрические импульсы в цепи электропитания) не ниже 3 степени.

При установке извещателей на открытом воздухе приходится прокладывать протяженные соединительные линии, подверженные воздействию ЭМП. Для ослабления влияния ЭМП на работу извещателя необходимо все соединительные линии прокладывать в металлорукавах (стальных трубах) и использовать заземление в соответствии с РД 78.36.006-2005 [8].

5) Изменение положения в пространстве конструкций, на которых закреплены блоки извещателя

Эти изменения могут иметь как естественную, так и техногенную природу. Причиной их могут являться, например, вибрация вследствие работы каких-либо механизмов или движения большегрузного транспорта, сезонные подвижки грунта, ремонтные и другие работы, проводимые в непосредственной близости от места установки извещателя. Последствиями их могут быть ложные срабатывания и снижение коэффициента запаса.

Для предотвращения влияния данного фактора на работу извещателя необходимо по возможности устанавливать его на основаниях, не подверженных вибрации, деформации, имеющих устойчивый фундамент (несущие стены капитальных строений и т.п.).

6) Наличие в воздухе твердых мелкодисперсных частиц

Эти частицы могут иметь как естественное (пыль, пыльца растений), так и техногенное (пыль, копоть и пр.) происхождение. Их оседание на входном окне извещателя приводит к уменьшению коэффициента запаса.

Для борьбы с этим явлением на объектах с повышенным содержанием пыли или копоти в воздухе следует чаще проводить техническое обслуживание извещателя.

Эксплуатационные особенности активных ИК извещателей

Электропитание активных извещателей, как правило, допустимо осуществлять от источника постоянного тока с номинальным напряжением 12 или 24 В. Для электропитания извещателей, эксплуатируемых на открытых площадках (особенно при большой протяженности шлейфов питания), рекомендуется использовать источники с номинальным напряжением 24 В. Электропитание встроенного подогрева (при его наличии), как правило, осуществляется от отдельного источника, подключаемого к специально предназначенным для этой цели клеммам. Выходная мощность источников должна соответствовать нагрузке.

Особенности организации ИК барьера

Интервал между извещателями следует выбирать таким образом, чтобы у нарушителя отсутствовала возможность пролезть между ИК лучами, не перекрыв их. Для применения на открытом воздухе можно рекомендовать интервал около 350 мм.

Для организации ИК барьера можно применять извещатели, имеющие несколько рабочих частот. Это необходимо для исключения влияния излучения одного извещателя на работу соседнего.

В случае необходимости использования в барьере извещателей в количестве, превышающем количество рабочих частот, их нужно установить таким образом, чтобы ИК лучи извещателей, работающих на одной частоте, были направлены навстречу друг другу (рисунок 56). Таким же образом можно организовать и двухлучевой барьер из извещателей, имеющих одну рабочую частоту.

 

Рисунок 56 - Пример барьера ИК извещателей, работающих на одной частоте

 

При необходимости создания ИК барьера в горизонтальной плоскости извещатели необходимо устанавливать таким образом, чтобы излучения одной рабочей частоты близко расположенных БИ были разнонаправлены и не могли одновременно попадать на входное окно одного БФ (рисунок 57).

 

Рисунок 57 – Пример ИК барьера в горизонтальной плоскости

 

Настройка параметров извещателя, необходимых для работы на каждом конкретном объекте, производится либо с помощью переключателей, либо программированием. Процесс программирования параметров изложен в эксплуатационной документации, прилагаемой к извещателю.

После установки извещателя на объекте и подключения электропитания необходимо настроить взаимное расположение излучателя и приемника извещателя. Грубая настройка проводится визуально путем приблизительного совмещения их оптических осей или по показаниям индикатора ИК излучения (при наличии этого индикатора). В некоторых моделях извещателей (например, ИО209-32 «СПЭК-1115») для этой цели предусмотрен специальный оптический визир. После завершения грубой настройки необходимо произвести юстировку (точную настройку) блоков. Осуществляется она путем плавного поворота блока в разных направлениях на небольшой угол в горизонтальной и вертикальной плоскостях при помощи предусмотренных конструкцией извещателя юстировочных приспособлений (винтов или маховиков). Процесс юстировки контролируется в зависимости от конкретной модели извещателя либо по показаниям вольтметра, подсоединяемого к специальному разъему, либо по изменению встроенной световой индикации. Юстировка считается завершенной при максимальных показаниях вольтметра либо при наличии световой индикации, вид которой указан в эксплуатационной документации.

ВНИМАНИЕ. Юстировка блоков извещателя обеспечивает наличие на входном окне БФ необходимой мощности ИК излучения, а также достижение максимального коэффициента запаса и является необходимой и обязательной процедурой, даже в том случае, если после грубой настройки извещатель переходит в дежурный режим и способен формировать извещение о тревоге при пересечении ЗО.

Дистанционный контроль функционирования предназначен для проверки работоспособности извещателя с пульта централизованного наблюдения. Осуществляется путем кратковременной коммутации специально предназначенного для этой цели выхода и положительного выхода электропитания. В результате происходит кратковременное прерывание излучения БИ, после чего извещатель должен выдать извещение о тревоге. Данная функция требует прокладки дополнительного провода, но может оказаться полезной при охране периметров большой протяженности или затрудненном доступе к извещателю (например, в зимнее время).

В случае установки извещателя таким образом, что его ЗО направлена вдоль протяженной поверхности (полотна ограждения, стены и т.п), может проявиться эффект переотражения, заключающийся в том, что на входное окно БФ помимо прямого ИК излучения будет попадать и переотраженное (рисунок 58). В результате, при достаточной мощности переотраженного излучения извещатель не будет формировать извещения о тревоге при перекрытии основного. Данный эффект может проявляться и при атмосферных осадках небольшой интенсивности, когда ИК излучение будет отражаться от снежинок, капель воды.

 

Рисунок 58 – Эффект переотражения

 

Для исключения отрицательного влияния эффекта переотражения в современных отечественных извещателях предусмотрена возможность включения т.н. «интеллектуального режима обработки сигнала», суть которого заключается в том, что извещатель формирует извещение о тревоге при уменьшении мощности ИК излучения на входном окне БФ примерно на 70 %.

Рекомендации по выбору извещателей

На отечественном рынке активные ИК извещатели в настоящее время представлены в основном продукцией российской фирмы ЗАО «СПЭК», (г. Санкт-Петербург), японских фирм «Optex» и «Aleph», немецкой «Bosch» и некоторых других.

На сегодняшний день полностью соответствуют требованиям отечественных национальных стандартов и ЕТТ только извещатели производства ЗАО «СПЭК». Ниже приведены рекомендации по их выбору для охраны различных объектов с учетом основных особенностей и характеристик.

Следует отметить, что конструктивные особенности активных ИК извещателей, особенно предназначенных для эксплуатации на открытых площадках, обусловливают их высокую стоимость. Поэтому применение большинства из них будет наиболее целесообразно на объектах подгруппы А1 по РД 78.36.006-2005 [8].

Выбор однолучевых извещателей (или со сдвоенным синхронизированным ИК лучом), как правило, осуществляется с учетом максимальной рабочей дальности действия. Нецелесообразно применять извещатель с максимальной рабочей дальностью действия, значительно превышающей фактические размеры охраняемого объекта. Для эксплуатации в районах, где в зимнее время часто наблюдаются очень низкие температуры (минус 40 °С и ниже), необходимо выбирать извещатели, имеющие встроенный автоматический подогрев платы и оптики (см. пункт «Влияние внешних факторов»).

Монтаж, подключение, настройка и эксплуатация извещателей должны проводиться в строгом соответствии с прилагаемой эксплуатационной документацией.

Некоторые извещатели можно эксплуатировать также и в помещениях. В этом случае их максимальная рабочая дальность действия увеличивается вследствие более низких требований к коэффициенту запаса, что должно быть отражено в эксплуатационной документации.

Каждому активному ИК извещателю, включенному в список, присвоено условное обозначение вида «ИО209-ХХ/У», где «И» означает вид продукции (извещатель), «О» – область применения (охранный), «2» – характеристику зоны обнаружения (линейная), «09» – принцип действия (оптико-электронный), «ХХ» - порядковый номер разработки, зарегистрированный в установленном порядке, через косую дробь «У» – порядковый номер конструктивной модификации (при наличии нескольких модификаций).

 

Рисунок 59 - ИО209-16 «СПЭК-7»

 

ИО209-16 «СПЭК-7»

Многолучевой извещатель выпускается в двух исполнениях (модификациях) ИО209-16/1 «СПЭК-7-2» (формирует 2 луча с интервалом 350 мм) и ИО209-16/2 «СПЭК-7-6» (формирует 6 лучей с интервалом 70 мм). Излучатели и фотоприемники смонтированы в единых корпусах (т.н. колонках КИ и КФ). Извещатель рекомендуется использовать для охраны проемов ворот, калиток, блокирования доступа к окнам и дверям здания извне. При этом ИО209-16/2 «СПЭК-7-6» способен обнаруживать протянутую через ЗО руку. Оба исполнения извещателя имеют рабочую дальность действия от 0,4 до 15 м (на открытом воздухе), 4 значения чувствительности. Имеется возможность использования до 5 извещателей в ИК барьере. КИ при этом объединяются линией синхронизации. КФ могут быть как синхронизированы, так и работать каждый со своими собственными настройками. Максимальная длина линии синхронизации между соседними КИ или КФ - не более 10 м. Синхронизация позволяет экономить средства за счет прокладки меньшего количества ШС. Имеется возможность настройки количества ИК лучей, одновременное пересечение которых необходимо для формирования извещения о тревоге, что повышает устойчивость извещателя к пересечению ЗО мелкими животными, птицами и т.п. Извещатель можно применять и в помещениях.

ИО209-17 «СПЭК-8»

Извещатель имеет сдвоенный в горизонтальной плоскости ИК луч, 4 рабочих частоты, 4 значения чувствительности, встроенный подогрев.

Дальность действия извещателя - от 35 до 300 м.

Извещатель рекомендуется применять для блокировки прямолинейных участков периметров большой протяженности, в т.ч. в районах с холодным климатом.

 

Рисунок 60 - ИО209-17 «СПЭК-8»




Рисунок 61 - ИО209-22 «СПЭК-11»

 

ИО209-22 «СПЭК-11»

Максимальная рабочая дальность действия - 150 м (на открытом воздухе). Извещатель имеет 1 ИК луч, 2 рабочих частоты, 2 значения чувствительности.

Данный извещатель предназначен для применения во взрывоопасных зонах класса 1 и 2 помещений и наружных установок по ГОСТ Р 52350.14 (классы B-Ia, B-Iб, B-Iг по ПУЭ) и другим нормативным документам, регламентирующим применение электрооборудования во взрывоопасных зонах. Взрывозащищенное исполнение вида «взрывонепроницаемая оболочка». Маркировка взрывозащиты 1 Ex d IIB T5 X. Извещатель можно применять и в помещениях. Применение на иных объектах нецелесообразно вследствие высокой стоимости.

ИО209-29 «СПЭК-1112»

Извещатель с двумя горизонтально расположенными несинхронизированными ИК лучами. Благодаря наличию двух выходных реле, извещатель позволяет определять направление пересечения ЗО нарушителем (при пересечении лучей в одном направлении размыкается одно реле, при пересечении в другом направлении – второе). Рабочая дальность действия - от 10 до 150 м. Извещатель имеет встроенный обогрев, 4 рабочих частоты, 2 значения чувствительности. Рекомендуется для охраны различных объектов в т.ч. в районах с холодным климатом.

 

Рисунок 62 - ИО209-29 «СПЭК-1113»

 

ИО209-29 «СПЭК-1113»

Извещатель имеет одноблочную конструкцию со светоотражателем, 5 рабочих частот, 4 значения чувствительности. Рабочая дальность действия - от 5 до 10 м (на открытом воздухе). Встроенный обогрев отсутствует.

Рекомендуется применять для блокировки проемов ворот, калиток, выходов воздуховодов, вентиляционных шахт и других объектов, имеющих небольшие размеры. Благодаря относительно невысокой стоимости, извещатель целесообразно будет применять в т.ч. для охраны объектов подгруппы Б2 по РД 78.36.006-2005 [8], объектов ИЖС и т.п. Извещатель можно применять в помещениях.

 

Рисунок 63 - ИО209-32 «СПЭК-1115»

 

ИО209-32 «СПЭК-1115»

Выпускается в четырех исполнениях, отличающихся максимальной рабочей дальностью действия и наличием встроенного подогрева:

а) ИО209-32/1 «СПЭК-1115» имеет дальность действия от 1 до 75 м;

б) ИО209-32/2 «СПЭК-1115М» имеет дальность действия от 1 до 75 м и встроенный подогрев;

в) ИО209-32/3 «СПЭК-1115-100» имеет дальность действия от 1 до 100 м;

г) ИО209-32/4 «СПЭК-1115М-100» имеет дальность действия от 1 до 100 м и встроенный подогрев.

Извещатель имеет сдвоенный в вертикальной плоскости ИК луч, 4 рабочих частоты, 4 значения чувствительности.

Рекомендуется для охраны различных объектов, в т.ч. в районах с холодным климатом (для исполнений с литерой «М»).

ИО209-29 «СПЭК-1117»

Данный извещатель является упрощенной модификацией извещателя «СПЭК-1115» и имеет более низкую стоимость, благодаря чему его целесообразно будет применять в т.ч. и для охраны объектов подгруппы Б2 по РД 78.36.006-2005 [8], объектов ИЖС и т.п.

Извещатель имеет сдвоенный в вертикальной плоскости ИК луч, 1 рабочую частоту, 2 значения чувствительности.

Импортные извещатели, присутствующие на отечественном рынке ТСО, часто не соответствуют действующему национальному стандарту и ЕТТ в части устойчивости к воздействию низких температур окружающей среды и коммутационных параметров выходных реле. Также зарубежные производители в технических характеристиках своих извещателей не приводят значение коэффициента запаса.

2.7.2 Пассивные ОЭСО

Пассивные ОЭСО в настоящее время можно разделить на два класса:

а) оптико-электронные ИК извещатели;

б) СО на основе тепловизионной техники.

Для обнаружения нарушителя ОЭСО используют анализ изменения теплового излучения, возникающего при перемещении нарушителя в ЗО и попадающего на чувствительный элемент (ЧЭ). Для пассивных ИК извещателей ЧЭ является пироприемник, преобразующий тепловое излучение в электрические сигналы. ЧЭ тепловизоров является специальная матрица.

Пассивные оптико-электронные ИК извещатели

Пассивные ИК извещатели, предназначенные для эксплуатации на открытом воздухе, разделяются по типу формируемой ЗО: объемные, поверхностные и линейные. Они предназначены для обнаружения нарушителя, перемещающегося в их ЗО. Основными их характеристиками являются:

- максимальная рабочая дальность действия – максимальное расстояние, на котором извещатель обнаруживает движение нарушителя в соответствии с действующим национальным стандартом;

- диапазон обнаруживаемых скоростей движения нарушителя (согласно действующему стандарту он составляет от 0,1 до 5,0 м/с);

- чувствительность – согласно действующему стандарту извещатель должен сформировать извещение о тревоге при величине перемещения нарушителя не более 3 м.

Пассивные ИК извещатели подвержены сильному влиянию различных внешних факторов, при этом на открытом воздухе их количество и степень влияния значительно выше, чем в закрытом помещении.

Так как принцип действия пассивных ИК извещателей основан на регистрации изменения уровня теплового излучения, то одним из основных факторов, оказывающих влияние на их работу, является изменение температуры предметов, находящихся в зоне обнаружения извещателя (фона), и окружающего воздуха. Можно выделить несколько основных проявлений данного фактора:

а) резкое (со скоростью свыше 5 °С/мин) изменение температуры какого-либо предмета, находящегося в ЗО, относительно температуры фона, что может вызвать выдачу ложного извещения о тревоге. В качестве примера можно привести металлическую трубу, в которую началось поступление среды, имеющей температуру, превышающую температуру фона более чем на 4 °С (пар, горячая вода, дым).

Таким образом, на работу извещателя будут оказывать влияние находящиеся в ЗО горячие трубопроводы с отсутствующей или поврежденной теплоизоляцией, дымоходы и другие предметы с резко меняющейся температурой;

б) повышение температуры фона до величин, близких к температуре тела человека, что приводит к снижению обнаружительной способности из-за уменьшения теплового контраста между нарушителем и фоном. К его уменьшению также приводит надетая на нарушителя зимняя теплоизолирующая одежда.

На открытых площадках может наблюдаться значительная неравномерность температуры фона вследствие различности характеристик (цвет, теплопроводность и т.д.) грунта и предметов в ЗО. Это приведет к тому, что в некоторых областях ЗО обнаружительная способность извещателя может оказаться недостаточной;

в) наличие перемещения в зоне обнаружения больших объемов теплого воздуха, что может вызвать выдачу ложного извещения о тревоге.

Перемещение воздуха в зоне обнаружения может быть вызвано конвекцией (как естественной, так и имеющей техногенную природу) или наличием выходов вентиляционных воздуховодов и т.п.;

г) температура окружающей среды.

Температура окружающей среды оказывает влияние на обнаружительную способность и помехозащищенность извещателя, а также на его работоспособность в целом, если ее значение превышает допустимые значения рабочей температуры, установленные для данного извещателя разработчиком.

Для уменьшения вероятности перегрева извещателя следует избегать установки его в местах, где он будет подвергаться длительному воздействию прямых солнечных лучей, а также использовать защитные козырьки.

Для уменьшения влияния сезонных изменений температуры окружающей среды на обнаружительную способность необходимо в зависимости от времени года производить регулировку (при ее наличии) чувствительности, коэффициента усиления, порогов срабатывания извещателя. В противном случае, извещатель может или пропустить нарушителя, или часто формировать ложные извещения о тревоге.

В случае если температура окружающего воздуха ниже допустимых значений рабочей температуры извещателя, необходимо учесть, что он может не обнаруживать нарушителя, целесообразно организовать охрану объекта методом патрулирования.

Оптические засветки

Наличие на входном окне извещателя постоянной или переменной освещенности, фактическое значение которой превышает нормы, установленные в национальном стандарте (более 20000 или 6500 лк соответственно), может являться причиной ложных срабатываний или пропуска нарушителя. Причиной высокой освещенности может быть как солнце, так и источники искусственного освещения.

Для исключения влияния данного фактора на работу извещателя он должен быть установлен таким образом, чтобы на его входное окно не попадали прямые солнечные лучи (это особенно актуально во время заката или восхода, когда неэффективны различные защитные козырьки) и излучение от мощных осветительных проборов (прожекторов и пр.).

Следует заметить, что резкое чередование на входном окне извещателя света и тени (вызванное, к примеру, перемещающимися по небу облаками, качающимися ветвями деревьев и т.п., перекрывающими солнце) негативно влияет на работу извещателя и может послужить причиной частых ложных срабатываний.

Атмосферные осадки

Атмосферные осадки оказывают негативное влияние на обнаружительную способность и максимальную дальность действия извещателя вследствие ослабления теплового излучения от нарушителя из-за рассеивания его каплями воды или снежинками. Также они могут быть причиной появления влаги в корпусе извещателя, что может вызвать потерю его работоспособности. В зимнее время возможно также обледенение входного окна (линзы) извещателя.

Для уменьшения вредного воздействия атмосферных осадков нужно использовать защитные козырьки и чаще проводить техническое обслуживание. Следует применять извещатели с более высокой степенью защиты оболочки (не ниже IP54) и тщательно герметизировать вводные технологические отверстия в корпусе извещателя при монтаже.

Для своевременного предупреждения оператора ПЦО об обледенении линзы необходимо применять извещатели, имеющие функцию антимаскирования.

Наличие в воздухе твердых мелкодисперсных частиц

Эти частицы могут иметь как естественное (пыль, пыльца растений), так и техногенное (пыль, копоть и пр.) происхождение. Их оседание на входном окне извещателя приводит к уменьшению максимальной рабочей дальности действия и обнаружительной способности.

Для борьбы с этим явлением на объектах с повышенным содержанием пыли или копоти в воздухе следует чаще проводить техническое обслуживание извещателя.

Для своевременного предупреждения оператора ПЦО о чрезмерном загрязнении линзы необходимо применять извещатели, имеющие функцию антимаскирования.

Изменение положения в пространстве конструкций, на которых закреплен извещатель

Эти изменения могут иметь как естественную, так и техногенную природу. Причиной их могут являться, например, вибрация вследствие работы каких-либо механизмов или движения большегрузного транспорта, сезонные подвижки грунта, ремонтные и другие работы, проводимые в непосредственной близости от места установки извещателя. Последствиями их могут быть ложные срабатывания или переориентация зоны обнаружения, что может привести к пропуску нарушителя.

Для предотвращения влияния данного фактора на работу извещателя необходимо устанавливать его на основаниях, не подверженных вибрации, деформации, имеющих устойчивый фундамент (несущие стены капитальных строений и т.п.), а также периодически проводить контроль ориентации зоны обнаружения путем совершения тест-прохода.

Наличие в зоне обнаружения крупногабаритных предметов и конструкций

Такие предметы (небольшие строения, сплошные и сетчатые ограждения и т.п.) перекрывают зону обнаружения извещателя, перемещение нарушителя за ними обнаружено не будет. При этом обеспечить полное отсутствие таких предметов на большинстве объектов невозможно.

Следует исключить возможность появления в зоне обнаружения извещателя вне периода охраны каких-либо посторонних предметов, перекрывающих зону обнаружения (не допускать стоянки автотранспорта, складирования и т.п). При невозможности соблюдения этого требования необходимо либо изменить место установки извещателя, либо применить дополнительные ТСО или патрулирование объекта.

Электромагнитные помехи (ЭМП)

ЭМП могут иметь природное или техногенное происхождение.

Источником ЭМП, способных повлиять на работу извещателя, могут быть как работающее электрооборудование большой мощности, так и атмосферные электрические разряды (гроза). Для эксплуатации на открытом воздухе следует применять извещатели, имеющие устойчивость к ЭМП по ГОСТ Р 50009 (электростатический разряд, электромагнитное поле, электрические импульсы в цепи электропитания) не ниже 3 степени.

При установке извещателей на открытом воздухе приходится прокладывать протяженные соединительные линии, подверженные воздействию ЭМП. Для ослабления влияния ЭМП на работу извещателя необходимо все соединительные линии прокладывать в металлорукавах (трубах) и использовать заземление в соответствии с РД 78.36.006-2005 [8].

Возможность появления на охраняемом объекте животных

На многих объектах имеется вероятность появления животных (например, бродячих собак). Перемещающееся в ЗО извещателя животное может привести к формированию извещателем ложного извещения о тревоге. Вероятность ложного срабатывания зависит от размеров животного, длины его шерсти, скорости перемещения и др. факторов, а также от количества животных, находящихся в ЗО.

Направление перемещения нарушителя в ЗО

Обнаружительная способность пассивных ИК извещателей из-за их конструктивных особенностей сильно зависит от направления перемещения нарушителя в ЗО. При его перемещении поперек ЗО она будет максимальной, а при перемещении в радиальном направлении (от внешней границы к извещателю) – минимальной.

Извещатель следует устанавливать на объекте таким образом, чтобы наиболее вероятные траектории перемещения нарушителя проходили поперек ЗО.

Исходя из вышеизложенного, можно сделать вывод о том, что эксплуатация пассивных ИК извещателей на открытых площадках будет сопряжена со значительными трудностями, в том числе:

а) частыми ложными срабатываниями. Попытки снизить чувствительность в целях уменьшения их числа приведут к снижению обнаружительной способности, т.е. к повышению вероятности пропуска нарушителя;

б) сложностями с ориентацией ЗО, при определении которой необходимо одновременно учитывать как наличие тепловых и оптических помех, так и вероятное направление движения нарушителя;

в) выполнением большого объема работ по обслуживанию извещателей.

В настоящее время в «Списке…» пассивные ИК извещатели отсутствуют. Имеющиеся на сегодняшний день на российском рынке ТСО извещатели производятся преимущественно зарубежными фирмами, зачастую не соответствуют в полной мере требованиям отечественного национального стандарта (в основном в части устойчивости к воздействию низких температур, диапазона обнаруживаемых скоростей и коммутационных параметров выходных реле). Применять их допускается в исключительных случаях, под личную ответственность лица, принявшего решение о применении, только в сочетании с другими СО и видеонаблюдением для организации первого рубежа охраны объектов, имеющих внутреннюю охрану. Целесообразно применять их для включения освещения и камер видеонаблюдения.

2.7.3 Тепловизионная техника

Тепловизором называется устройство, преобразующее тепловое (инфракрасное) излучение в видимое человеческим глазом изображение.

Достоинством тепловизоров является возможность их работы в различных условиях. Они нечувствительны к оптическим засветкам, конвективным потокам воздуха, могут работать в полной темноте, имеют большую дальность действия, могут обнаружить нарушителя (в т.ч. одетого в камуфляж), скрывающегося в пыли, дыму, тумане, высокой траве, кустарнике, достаточно надежно работают при наличии атмосферных осадков средней интенсивности.

К недостаткам можно отнести, прежде всего, очень высокую стоимость, зависимость обнаружительной способности от теплового контраста нарушителя и фона, чувствительность к перемещению животных в ЗО.

Для решения задач охраны объектов используются тепловизоры на основе неохлаждаемых матриц, которые обеспечивают небольшую массу, простоту в обслуживании, низкое энергопотребление.

Восприятие изображения нарушителя на мониторе тепловизора определяется тремя критериями (т.н. критерии Джонсона):

а) обнаружение – на мониторе отображается расплывчатое пятно, по которому можно сделать вывод о том, что в ЗО появился инородный объект;

б) распознавание – на мониторе отображается силуэт инородного объекта, по которому можно сделать вывод о том, является он человеком (нарушителем) или, например, бродячей собакой, т.е. помехой, не представляющей угрозы;

в) идентификация – на мониторе появляется детализированное изображение, позволяющее определить какую угрозу может представлять нарушитель (например, имеется ли у него оружие).

Дальность, на которой происходят обнаружение, распознавание, идентификация, зависит от погодных условий и характеристик нарушителя. При благоприятных климатических условиях дальность обнаружения человека может составлять 1–2 км.

В настоящий момент тепловизионную технику можно классифицировать больше как средство наблюдения, чем как средство обнаружения. Хотя в некоторых системах и применяются специальные программы распознавания человека (т.н. видеоаналитика), которые сигнализируют оператору о вторжении, в основном тепловизионное изображение выводится на монитор оператора, который принимает окончательное решение о тревоге.

Наиболее эффективным является применение тепловизоров в составе комплексов технических средств охраны совместно с видеокамерами видимого спектра для наблюдения за объектом и подтверждения извещений о тревоге, поступивших от установленных СО проникновения. Переносные тепловизоры могут существенно облегчить поиск группой реагирования уже проникшего на объект и скрывающегося там нарушителя. При этом если нарушитель находился некоторое время в одном месте (например, прятал похищенные ценности), то с помощью тепловизора можно обнаружить это место по оставленным нарушителем тепловым следам, которые возможно будет различать в течение нескольких минут.

Наблюдение за объектом с помощью тепловизора помимо обнаружения преступных посягательств может выявлять на ранней стадии некоторые опасные ситуации и производственные неполадки (например, аномальный перегрев отдельных частей электрооборудования и т.п., возникающие очаги пожара).

На сегодняшний день тепловизионная техника применяется для охраны объектов как за рубежом, так и в России, но из-за высокой стоимости оснащения охраняемого объекта тепловизорами они применяются только на стратегических и особо важных объектах (подгруппы А1 по РД 78.36.006-2005 [8]). В основном это объекты оборонного комплекса, ТЭК,
культурного наследия и т.п.

Сложившаяся на настоящий момент на отечественном рынке ситуация с изготовлением и импортом тепловизионных матриц не позволяет гарантировать бесперебойных поставок, не обеспечивает большого выбора. Тепловизионные матрицы сегодня в России не производятся, а импортируются в основном из Франции. Еще одним аспектом, негативно влияющим на развитие тепловизионной техники, является запрет правительства США на экспорт в Россию (и частично в страны ЕС) матриц высокого разрешения, которые не изготавливаются в других странах.

Некоторые изготовители и импортеры тепловизионной техники, работающие на отечественном рынке:

- Центральный научно-исследовательский институт «Циклон», на протяжении нескольких десятилетий являвшийся одним из наиболее известных и авторитетных в СССР предприятий электронной промышленности, в настоящее время является единственным в России разработчиком и производителем неохлаждаемых тепловизоров;

- ОАО «Пергам-Инжиниринг», которое представляет продукцию фирмы FLIR;

- ООО «Эл Би Скай Глобал» Group LB, которое представляет продукцию фирмы OPGAL.

В настоящее время в «Списке технических средств безопасности, удовлетворяющих "Единым техническим требованиям к системам централизованного наблюдения, предназначенным для применения в подразделениях вневедомственной охраны" и "Единым техническим требованиям к объектовым подсистемам охраны, предназначенным для применения в подразделениях вневедомственной охраны", одобренном на заседании технического совета ГУВО МВД России от 24 апреля 2012г., тепловизионная техника отсутствует [12].

2.7.4 Волоконно-оптические средства обнаружения

По способу применения и определения нарушителя по физическому воздействию на ЧЭ волоконно-оптические системы (ВОС) аналогичны вибрационным извещателям. Однако ЧЭ этих систем по сравнению с обычными кабельными линиями обладают иными параметрами и потребительскими свойствами.

Оптическое волокно – основа любой ВОС. Состоит оно из внутреннего слоя с высоким показателем преломления (сердечника), наружного слоя с низким показателем преломления и защитной оболочкой. Свет распространяется во внутреннем слое, претерпевая полное внутреннее отражение на границе слоев.

Оптическое волокно бывает одномодовое (ООВ) и многомодовое (МОВ). В ООВ (толщина сердечника от 7до 9 мкм) реализуется режим распространения одной моды (одного типа световой волны). МОВ (толщина сердечника 50 мкм и более) дают возможность использовать многие типы световых волн.

В волоконно-оптических охранных системах используются различные методы регистрации сигналов вторжения.

Метод регистрации межмодовой интерференции

Полупроводниковый лазер обычно генерирует несколько десятков близких по частоте мод (спектральных линий) с определенным распределением энергии по спектру излучения. Если многомодовый оптоволоконный кабель подвергается механическим воздействиям, то на его выходе регистрируемый приемником спектр излучения меняется, что позволяет детектировать деформации кабеля.

Метод регистрации спекл-структуры

На выходе многомодового оптоволокна наблюдается так называемая "спекл-структура", представляющая собой нерегулярную систему светлых и темных пятен. При деформациях или вибрациях волокна спекл-структура излучения претерпевает изменения. Для детектирования деформаций кабеля здесь применяют пространственно-чувствительные фотоприемники.

Интерференционный метод

В этом методе используется принцип двухлучевой интерферометрии. Луч лазера расщепляется на два и направляется в два идентичных одномодовых оптических волокна, одно из которых является детектирующим, а другое – опорным. На приемном конце оба луча образуют интерференционную картину. Механические воздействия на чувствительный кабель приводят к изменениям интерференционной картины, которые и регистрируются фотоприемником.

Волоконно-оптическая система, как правило, содержит:

- передатчик (светодиод или лазер);

- волоконно-оптический сенсорный кабель - ЧЭ;

- волоконно-оптический кабель связи (нечувствительный к воздействиям);

- приемник;

- процессор для обработки сигнала.

Внешние воздействия на ЧЭ могут приводить к изменениям амплитуды, фазы, модового состава или поляризации волны. Процессор обрабатывает сигналы от воздействия на ЧЭ и принимает решение о выдаче извещения о тревоге.

ЧЭ прочен, легок, гибок и прокладывается любыми способами (в трубах, на инженерных ограждениях, в земле).

К несомненным достоинствам волоконно-оптических систем следует отнести:

- их невосприимчивость к электромагнитным помехам, что позволяет использовать их в зонах с высоким уровнем таких помех;

- возможность их применения для защиты не только ограждений, но и не огражденных территорий;

- возможность организации охраны достаточно протяженного периметра с конфигурацией практически любой сложности;

- высокая электробезопасность. Зону обнаружения с этим ЧЭ можно организовать на взрывоопасных объектах, а также под водой (пресной или морской среде);

- отсутствие излучения электромагнитной энергии (трудно обнаружить с помощью поисковой техники);

- возможность эксплуатации в неблагоприятных атмосферных условиях (морской туман, кислотные пары, индустриальные выбросы, песок) и в диапазоне температур от минус 30 до плюс 70 °С. Оболочка ЧЭ обеспечивает защиту оптоволокна от УФ излучения, влаги, т.п.

К недостаткам волоконно-оптических систем следует отнести:

- высокую стоимость работ при укладке ЧЭ в грунт;

- необходимость использования ЧЭ в оболочке при установке на ограждении, что повышает стоимость системы;

- сложность процедуры сращивания и ремонта ЧЭ в полевых условиях (требуется применение дорогостоящего устройства для сварки волокон);

- отстройка от помех приводит к тому, что система способна обнаруживать только «силовые» вторжения, сопровождающиеся значительными механическими воздействиями;

- потерю чувствительности при промерзании грунта;

- усложнение аппаратуры ВОС для локализации места нарушения с достаточной точностью.

Среди отечественных разработок волоконно-оптических периметровых систем можно отметить систему «Ворон». Она предназначена для защиты «мягких» металлических оград (из сетки «рабица», колючей проволоки и т.п.). Комплексы ВОРОН^ТМ предназначены для создания протяженных систем обнаружения (ПСО) на ограждениях различных типов. Любой вариант комплекса ВОРОН^ТМ состоит из пультовой (аппаратно-программной) и линейной частей (рисунок 64).

 

Рисунок 64 – Состав комплекса Ворон^ТМ

 

В качестве ЧЭ в системе «Ворон» использован специальный многомодовый волоконно-оптический кабель-датчик типа КДВО-18И. От внешних воздействий он защищен полиэтиленовой оболочкой, обеспечивающей работоспособность чувствительного элемента до температур минус 65 °С. Кабель усилен двумя стальными жилами и имеет прочность на разрыв 32 кг. В модернизированных системах планируется использовать новый сенсор КДВО-3Т («трос»), в котором ЧЭ защищен армирующей оплеткой из стальных жил, обеспечивающих прочность на разрыв до 600 кг.

К особенностям системы «Ворон» можно отнести применение волоконно-оптической линии связи с кольцевой конфигурацией, позволяющей полностью отказаться от электрических кабелей сигнализации и питания, прокладываемых вдоль периметра.

В каждой зоне охраны устанавливается муфта типа Ворон-2МС, которая соединяет ЧЭ с волоконно-оптическим кабелем связи. Сварка обоих кабелей производится так, что фазовые изменения в ЧЭ трансформируются в амплитудную модуляцию в оптическом кабеле связи. Сигналы ЧЭ обрабатываются центральным процессором, построенным по принципу многопараметрического нейронного анализатора. Анализатор «обучается» непосредственно на объекте, обрабатывая и запоминая реальные отклики от ЧЭ, соответствующие как сигналам вторжения, так и фоновым сигналам помех. Центральный процессор системы «Ворон», содержащий блок приемопередатчиков, распределительные устройства, нейропроцессорный блок, монитор компьютера, клавиатуру и блок бесперебойного питания выполнен в виде стандартной стойки. Вариант установки системы Ворон^ТМ представлен на рисунке 65.

 

Рисунок 65 – Вариант монтажа системы Ворон^ТМ

 

Основные тактико-технические данные комплекса ВОРОН-3М-К (Базовый вариант) представлены в таблице 4.

Примечание

Все недостатки по изменению чувствительности при климатических изменениях, присущие сейсмическим средствам охраны, распространяются и на волоконно-оптический кабель. Вместе с тем «фотографии картинок» попыток проникновений с помощью подкопа, хранящихся в памяти блока обработки, будет отсекать помехи от проезда транспорта и перемещения корней деревьев при сильных порывах ветра.

Максимальная длина кабель - датчика совместно с кабелем связи может составлять 60 км. Например, при охране периметра длиной 50 км пультовая часть может быть размещена на расстояние до 10 км.

Таблица 4

Тип ограждения	Любые профессиональные заграждения деформационного типа: ССЦП, «сетка-рабица», «Репейник» и т.п.
Максимальное число охраняемых зон	Определяется вычислительными возможностями процессорного модуля блока обработки, распознавания и отображения сигналов
Максимальная длина кабеля (максимальное удаление адресной зоны от аппаратно–программной части)	60 000 м
Длина одной охраняемой зоны	До 500 м
Климатические зоны применения	Любые климатические зоны России и мира
Восприимчивость к электромагнитным помехам	Абсолютная невосприимчивость к любым электромагнитным помехам
Срок эксплуатации	Не менее 12 лет
Гарантийный срок	3 года

Отечественные разработки на основе ВОС

ЗАО «Омега» представляет на рынке систему непрерывного виброакустического мониторинга протяженного объекта (САМПО), предназначенную для обнаружения проникновений в охранную зону объекта, несанкционированных воздействий на охраняемый объект. Действие системы основано на изменении положения световода, проложенного вдоль контролируемого объекта. Информационным параметром является интенсивность спонтанного комбинационного рассеяния света в материале световода. Производитель указывает, что точность локализации воздействия – +/-5 м. Для определения координаты внешнего воздействия весь оптоволоконный тракт кабеля-датчика разбивается на независимые каналы (до 14000 каналов по 5 м каждый на 70 км плеча системы), в каждом из которых проводится отсчет амплитуды сигнала с заданной дискретизацией и многоступенчатая цифровая обработка полученной информации. Взаимное влияние на соседних каналах составляет не ниже 10 дБ. Поэтому количество одновременно локализуемых воздействий на датчик в разных его точках ограничено числом каналов на подключенном кабеле.

Длина контролируемого одним модулем САМПО участка - до 140 км (рекомендуемая 100 км), число каналов измерения - до 28000.

Возможное количество одновременно регистрируемых одинаковых и/или различных воздействий – по числу каналов измерения. Предусмотрена возможность сопряжения одиночных модулей для контроля более протяженного объекта. Ограничения по длине объекта отсутствуют. Для точного позиционирования на местности ЗАО «Омега» использует GPS-привязку прокладываемой трассы кабеля-датчика к используемой карте местности. Также указывается, что многоступенчатая обработка полезного сигнала гарантирует отсутствие ложных срабатываний каналов даже в случае регистрации несанкционированного воздействия на фоне многократно более сильной помехи.

Кабель-датчик выполнен (рисунок 66) на базе серийного оптического кабеля, не содержит проводников электрического тока и не требует особых условий по его размещению. Строительные длины кабеля-датчика (обычно от 4 до 6 км) соединяются между собой при помощи специальных защищенных муфт для оптоволоконного кабеля. Соединение кабелей и последующий их ремонт в случае разрыва производятся путем сварки оптических волокон стандартным оборудованием.

 

Рисунок 66 – Волоконно-оптический кабель

 

Единичный модуль системы представляет собой комплекс оборудования, состоящий из специализированного волоконно-оптического кабеля-датчика, логического модуля системы и персонального компьютера.

В 2011 году предприятие ЗАО «СИГМА» приступило к сертификационным испытаниям системы оптического контроля «Сокол», по своим параметрам аналогичной системе ЗАО «Омега», но с меньшим числом каналов измерения (до 20000). Производитель указывает, что количество и длина зон обнаружения не ограничены, определяются программным способом. Минимальный размер зоны обнаружения - 5 м. При прокладке многожильного оптического кабеля допускается использование свободных оптических волокон для передачи информации, включая видео.

Система «Сокол» представляет собой комплекс оборудования, состоящий из специализированного волоконно-оптического кабеля-датчика, логического модуля системы, источника бесперебойного питания, контроллера управления внешним оборудованием (при необходимости) и консоли оператора, представляющей собой моноблочный персональный компьютер.

Основные принципы системы защищены патентом Российской Федерации № 2271446 «Устройство для мониторинга виброакустической характеристики протяженного объекта». Действие системы основано на фазовой чувствительности оптоволоконного кабеля к внешним воздействиям (вибрации, температуры), который играет роль распределенного датчика виброакустических возмущений окружающей среды.

Использование рефлектометрического принципа, аналогичного радиолокационному, позволяет определять место и тип (характеристику) воздействия. Действие системы основано на изменении положения световода, проложенного вдоль контролируемого объекта. Фактически чувствительным элементом системы является сам световод, при этом одна такая система заменяет множество точечных датчиков.

Принципиальная схема одного плеча системы «Сокол» включает в себя непрерывный лазер, волоконно-оптический циркулятор, фотоприемник, таймер, аналого-цифровой преобразователь, буферную память, цифровой спецпроцессор и группу промышленных компьютеров. Принцип действия и метрологические характеристики системы обусловлены использованием запатентованных технических решений и высоким качеством самостоятельно производимых узлов.

Зарубежные системы

Австралийская компания Future Fibre Technologies (FFT) использует две основных технологии детектирования с использованием волоконно-оптических датчиков.

Первая технология, получившая название M/V, позволяет обнаруживать движение и вибрации кабеля (Movement & Vibration – M/V). Сенсорный кабель (рисунок 67) подключается к начальному и оконечному модулям. M/V-анализатор связан с начальным модулем через пассивный оптический кабель. Излучение от полупроводникового лазера подается в чувствительный элемент, и система регистрирует отраженный от концевого модуля сигнал.

 

Рисунок 67 - Структурная схема технологии M/V фирмы FFT для обнаружения движения и вибраций волоконно-оптического кабеля

 

При перемещениях или вибрациях многомодового оптического волокна изменяется распределение энергии между отдельными модами. Эти изменения регистрируются оптическим фотоприемником и обрабатываются анализатором. В системе M/V используется многомодовые оптические волокна с диаметром сердечника 62,5 мкм. Источником света служит полупроводниковый лазер мощностью 1…2 мВт, работающий на длине волны 1,31 мкм. Технология M/V позволяет регистрировать вибрации в диапазоне частот от нескольких герц до 300…600 Гц. Система на базе многомодового волокна позволяет организовывать зоны охраны протяженностью до 6 км, используется главным образом на эластичных (деформируемых) оградах.

Вторая технология фирмы FFT построена на принципе обнаружения микронапряжений в оптическом волокне (MSL, от MicroStrain Locator – Локатор Микродеформаций).

На рисунке 68 показана структурная схема системы.

 

Рисунок 68 - Структурная схема технологии MSL фирмы FFT для обнаружения микродеформаций волоконно-оптического кабеля

 

В состав протяженного датчика входят три отдельных волокна многожильного оптического кабеля. Два верхних волокна выполняют функцию чувствительных элементов: в них подается излучение от полупроводникового лазера, работающего в непрерывном режиме. Третье (выходное) волокно служит для передачи сигналов на анализатор системы. Источник излучения расположен в блоке анализатора, от него излучение лазера по входному пассивному кабелю подается на начальный модуль. В этом модуле излучение расщепляется на два пучка, которые подаются на два волокна. Излучение через оба волокна передается на оконечный модуль, в котором происходит интерференция обоих лучей. По сути дела эта система является интерферометром. Если оба плеча этого интерферометра находятся в невозмущенном состоянии, то интерференционная картинка на его выходе, т.е. на оконечном модуле, остается неизменной. При этом сигнал, передаваемый с оконечного модуля по выходному оптическому волокну на анализатор, не имеет переменной составляющей. При деформациях или вибрациях кабеля оптическая разность хода в чувствительных волокнах (т.е. плечах интерферометра) изменяется, оконечный модуль регистрирует переменную составляющую сигнала, передавая ее на анализатор. В системе MSL используются серийно выпускаемые одномодовые оптические волокна с диаметром сердечника 9 мкм.

Особенность системы MSL состоит в том, что в качестве чувствительных элементов могут использоваться одномодовые жилы стандартного многожильного волоконно-оптического кабеля, предназначенного для передачи сигналов. На рисунке 69 показана структура такого кабеля, где две одномодовых жилы являются плечами чувствительного интерферометра. Жилы должны быть расположены на диаметрально противоположных краях кабеля, чтобы чувствительность сенсора к изгибу была максимальной.

 

Рисунок 69 - Схема многожильного волоконно-оптического кабеля фирмы FFT

 

В качестве источников света в технологии MSL используются полупроводниковые лазеры с выходной мощностью 12…50 мВт, работающие на длине волны 1,31 или 1,55 мкм. Высокая мощность излучения и малые потери в сенсоре позволяют увеличить длину отдельной зоны до 60 км. Как заявляют разработчики, по чувствительности технология MSL примерно на три порядка превосходит технологию M/V. Система MSL регистрирует вибрации в диапазоне частот примерно от 300 Гц до 2 кГц, что соответствует характерным частотам, возникающим в типовых металлических оградах при попытках их преодоления.

Очевидно, что длина зоны в несколько десятков километров неудобна для практического применения. При отсутствии информации о конкретном месте вторжения сигнал тревоги будет почти бесполезен. Поэтому весьма интересно, что модифицированная технология MSL позволила реализовать функцию определения места вторжения с достаточно высокой точностью. Для этого используются три активных сенсорных волокна, конструктивно объединенных в многожильном оптическом кабеле. Два верхних волокна (рисунок 70) используются для обнаружения вторжения интерферометрическим способом, а в третье волокно подается зондирующий сигнал, определяющий расстояние от начала кабеля до точки возникновения микродеформаций. Начальный и оконечный модули здесь используются для обработки сигналов от всех трех волокон. Данные о примененном методе локализации вторжения являются секретом фирмы, однако можно предположить, что здесь использована модифицированная технология оптической рефлектометрии во временном диапазоне (OTDR), применяемая для диагностики повреждений коммуникационных волоконно-оптических кабелей.

 

Рисунок 70 - Схема волоконно-оптической охранной системы фирмы FFT с функцией обнаружения места вторжения

 

Разработанные фирмой FFT технологии реализованы в нескольких версиях охранных систем с протяженными сенсорами. Система Secure Fence в версии M/V предназначена для эластичных сетчатых оград. Длина отдельной зоны – до 2 км. Сенсорный кабель крепится непосредственно к сетке с помощью пластиковых стяжек. Начальный и оконечный модули (рисунок 71) помещаются под землей в стандартных телекоммуникационных колодцах, расположенных на краях зоны.

 

Рисунок 71 - Начальный модуль системы Secure Fence в подземном колодце

 

За последние годы фирма FFT заметно улучшила параметры системы Secure Fence, увеличив протяженность одной зоны охраны с 40 до 80 км и повысив точность обнаружения места вторжения с 50 до 25 м. Особенность охранных систем фирмы FFT состоит в том, что в них используются промышленно выпускаемые многожильные волоконно-оптические кабели, оптические патч-панели (наборные, коммутационные) и промышленные компьютеры в качестве сигнальных процессоров. К оригинальному оборудованию относятся начальный и конечный "сенсорные модули", обеспечивающие разделение и сведение интерференционных потоков.

Отметим, что модифицированная система может теперь применяться не только на "мягких" оградах (из сетки типа "рабица"), но и на жестких оградах в виде сварной решетки (рисунок 72) или оградах "палисадного" типа, собранных из тяжелых стальных элементов (рисунок 73). Сенсор крепится к ограде гибкими пластиковыми стяжками шириной 4,8 мм, стойкими к ультрафиолетовому излучению. При креплении сенсорного кабеля разработчики рекомендуют избегать:

- резких изгибов сенсора;

- излишних механических напряжений в точках крепления.

 

Рисунок 72 – Крепление сенсора на сварной решетке




Рисунок 73 – Крепление сенсора на оградах из тяжелых стальных элементов

 

Вблизи опорных столбов ограды, где жесткость ограды выше, кабель прокладывают в виде петли, чтобы обеспечить равномерность чувствительности. На "палисадных" оградах волоконно-оптический сенсор монтируют в пластиковой или металлической защитной трубе, которая крепится к горизонтальной опорной балке.

По сообщениям фирмы FFT, независимое тестирование показало, что вероятность обнаружения системы Secure Fence составляет не менее 95% при вероятности ложных срабатываний не выше 3%. Точность локализации максимальна на мягких оградах - на сетке "рабица" достигает 10 м, на жестких сварных оградах гарантируется точность не хуже 25 м. Сенсорный кабель в защитной оболочке, стойкой к УФ-излучению, имеет ресурс не менее 15 лет; диапазон рабочих температур сенсора и других наружных элементов системы - от минус 40 до плюс 70 °С.

В 2006 г. фирма FFT представила два варианта упрощенной волоконно-оптической системы охраны для периметральных оград, получивших наименования Secure Fence 408 и Secure Fence 108. Эти системы не поддерживают функцию локализации вторжения и предназначены для охраны отдельных удаленных объектов. В отличие от описанной выше "однозонной" системы Secure Fence в указанных моделях один процессор обслуживает до 8 отдельных зон охраны. Все зонные сенсорные кабели подключаются к процессору через многожильный коммуникационный оптический кабель. Длина сенсорного кабеля в зонах охраны не ограничивается жестко; ограничена только общая протяженность сенсора и соответствующего коммуникационного кабеля в данной зоне. Общая длина сенсора и соединительного (пассивного) волокна не должна превышать 40 км (система Secure Fence 408) или 10 км (система Secure Fence 108). Эти системы могут быть привлекательны при организации охраны серии удаленных объектов небольшой протяженности, когда на периметрах не требуется подключать электропитание и устанавливать электронное оборудование. Коммуникационный оптический кабель в этих случаях может быть скрытно проложен под землей. Для передачи сигналов от сенсоров можно также использовать проложенные ранее стандартные связные оптические кабели.

Кроме того, компания FFT выпускает периметральную охранную систему Secure Fence Taut Wire, которая представляет собой комбинацию волоконно-оптического сенсора и проводно-натяжного барьера. Сенсорный кабель монтируется на опорных столбах высотой 3,2 м. Лучи из колючей проволоки механически связаны с волоконными сенсорами на опорных столбах, которые регистрируют изменения натяжения проволоки. Максимальная длина отдельной зоны – 4 км. Система устойчива к ветрам со скоростью до 100 км/час; система автоматической коррекции регулирует параметры сенсоров при изменении температуры в диапазоне от –40° до +75° С. Система Secure Fence Taut Wire обнаруживает попытки перелезания через ограду, раздвижения проволочных лучей или перерезания их. Фирма-изготовитель отмечает очень высокую обнаруживающую способность системы при весьма умеренной стоимости ее обслуживания.

Для всех систем фирмы FFT анализатор конструктивно представляет собой промышленный компьютер, устанавливаемый на посту охраны. Алгоритм обработки сигналов сенсора позволяет отфильтровывать помехи окружающей обстановки (ветер, дождь, шум транспорта, птицы и т.п.). Анализаторы снабжены релейными выходами для управления дополнительным оборудованием.

Основное "ноу-хау" разработок фирмы сосредоточено в весьма дорогом программном обеспечении, используемом для обработки сигналов сенсоров и обнаружения нарушителя на фоне различных помех. Поэтому применение такой системы для небольших периметров невыгодно - цена процессора с программой превышает $100 тыс. Затраты на систему становятся оправданными при длине зоны охраны более 30 км, когда удельная стоимость одного метра периметра не превышает $10.

Английская компания Remsdaq

Система SabreFonic предназначена для защиты периметров из сетчатых или решетчатых металлических оград. Максимальная длина ЧЭ между передатчиком и приемником – 1000 м. Диапазон рабочих температур - от минус 10 до плюс 50 °С.

Система SabreLine предназначена для блокирования подходов к объектам или запретным зонам (рисунок 74). Фирма утверждает, что при правильной подготовке траншеи на периметре подземная охранная система эффективно работает в пустынях, на травяных и гравийных грунтах, а также под асфальтовыми дорогами.

 

Рисунок 74 - Система SabreLine

 

Оптический ЧЭ 1 располагается вдоль границы охраняемого периметра и маскируется защитным покрытием. ЧЭ помещают между двумя эластичными матами 2 и укладывают в виде параллельных петель с шагом 20 см под поверхностью земли 3 на глубине 5 см. ЧЭ обнаруживает изменения давления, вызываемые идущим или ползущим человеком. Излучатель и анализатор по своим характеристикам аналогичны системе SabreFonic: электронный блок 4 устанавливают под землей в специальном колодце 5, закрытом металлической крышкой 6. Подземный сигнальный кабель 7 соединяет анализатор с контрольной панелью 8.

Система SabreTape. ЧЭ прикреплен к режущей ленте, смонтированной на ограде или козырьке. Лента натянута так, что попытка перелезть через ограду вызывает ее обрыв, что и регистрируется системой. Система рассчитана только на обнаружение весьма энергичных действий нарушителя, но практически не выдает ложных тревог. Система разработана по спецификации министерства обороны Великобритании, рассчитана на эксплуатацию в неблагоприятных атмосферных условиях (морской туман, кислотные пары, индустриальные выбросы, песок) и диапазон рабочих температур от минус 30 до + 70 °С.

Система Optimesh. ЧЭ образует сеть с квадратными ячейками, которую монтируют внутри стен или перегородок. Система срабатывает только при обрыве ЧЭ, поэтому она регистрирует только «силовые» воздействия (пролом стены и т.п.). При таком критерии детектирования вероятность ложной тревоги получается достаточно низкой.

Система Aquamesh. В подводной версии ЧЭ помещен в жесткую защитную оболочку. Эту сеть применяют для охраны водозаборных каналов, морских буровых установок и т.п.

Израильская фирма TRANS Security Systems and Technology (TSS)

Система F-5000. ЧЭ является сеть, спаянная из одножильного многомодового оптического волокна, защищенного пластиковой оболочкой, упрочненной кевларом. Диапазон рабочих температур системы - от минус 30 до плюс 70 °С.

ЧЭ устанавливается автономно или крепится рядом с уже существующей оградой. Он разделен на две части: нижняя часть высотой от 2 до 3 м крепится к ограде, а верхняя часть сети выполняется в виде козырька, прикрепленного к эластичным фибергласовым стойкам, устанавливаемым с наклоном 20° через каждые 2 м.

Нижняя часть ЧЭ образует отдельную зону охраны, которая настраивается на срабатывание только в случае разрыва ячеек сети, что позволяет исключить срабатывания от случайных факторов (животные, проходящие рядом люди, транспорт и т.п.) при использовании системы в густонаселенных районах.

Система F-5000 может встраиваться в стены (защита зданий и помещений) или монтироваться под землей на глубине до 50 см (противоподкопные барьеры).

Система F-6000 предназначена для объектов с очень высокой степенью защиты. Фирма выпускает модифицированную систему, образующую защитный барьер высотой 4 м.

Системы серии F-7000т сравнительно недороги, их ЧЭ устанавливаются непосредственно на ограде или под грунтом.

Система F-7000-FODS предназначена для сетчатых оград. ЧЭ помещают в трубчатую пластиковую оболочку и монтируют вдоль верхнего края ограды. Вблизи опорных столбов формируют петли из ЧЭ, прикрепляя их к лучам колючей проволоки дополнительного козырька.

Система F-7000-FODS предназначена для подземной установки и регистрирует изменение давления почвы, создаваемое нарушителем. Для этого ЧЭ помещают на глубине от 5 до 10 см под поверхностью грунта, изгибая его в виде петли, перекрывающей полосу шириной от 1 до 2 метра. Для обеспечения высокой и однородной чувствительности ЧЭ укладывают на легкую металлическую решетку и сверху накрывают такой же решеткой. Такая система может применяться практически во всех типах грунта – песок, гравий, глинистые почвы и т.п. Максимальная длина ЧЭ – 5000 м.

Система F-8000 Marinet предназначена для защиты морских и подводных объектов. ЧЭ системы является сеть, аналогичная по параметрам сети системы F-5000 и отличающаяся лишь наличием дополнительной оболочки, защищающей волокно от соленой воды. Сеть выпускается в двух вариантах – для крепления к жестким конструкциям охраняемого объекта и для установки в открытых акваториях.

При этом в процессоре предусмотрена фильтрация фоновых шумов, вызываемых морскими волнами.

Фирма Senstar-Stellar

Система INNO-FENCE предназначена для защиты «жестких» металлических оград. Отличительная особенность системы состоит в том, что ЧЭ встроен в верхний горизонтальный элемент металлических панелей ограды.

Полностью скрытый ЧЭ реагирует на деформации ограды, возникающие при попытке ее преодоления.

По заявлениям разработчиков, система отличается низким уровнем ложных тревог и практически не нуждается в техническом обслуживании, однако недостатком системы является ее относительно низкая чувствительность. Для срабатывания системы к ограде требуется приложить усилие более 40 кг или деформировать прутья ограды, создав между ними зазор не менее 220 мм. Поэтому система будет регистрировать только «силовые» вторжения, сопровождающиеся значительными механическими воздействиями. Диапазон рабочих температур системы – от минус 20 до плюс 71 °С.

Фирма FiberDefender

Система FD-340 состоит из двух основных компонентов – процессора и оптоволоконного ЧЭ. Процессор с помощью лазера передает в ЧЭ луч с определенным шаблоном рисунка. При прокладке ЧЭ по забору либо по периметру вибрации, создаваемые нарушителем, пытающимся пересечь линию периметра или перелезть через забор, приводят к смещению лазерного луча в ЧЭ, изменению шаблона, в результате чего выдается извещение о тревоге.

В системе применяется специализированный кабель, разработанный для оптимизации эффектов вибрации и давления, оказываемых на ограждения. Система проходит опытную эксплуатацию. Примеры прокладки ЧЭ приведены на рисунках 75-79.

 

Рисунок 75 - Декоративный кованый забор




Рисунок 76 - Установка ЧЭ на кованом заборе




Рисунок 77 - Бетонный забор с АКЛ




Рисунок 78 – Фрагмент ЧЭ на АКЛ




Рисунок 79 - Установка ЧЭ на АКЛ

 

Наиболее целесообразными способами использования оптоволоконных систем является установка ЧЭ в траншее (при условии компенсации потери чувствительности при промерзании грунта) и на жестких ограждениях (типа железобетонного забора, кирпичной стены) для обнаружения вторжения путем разрушения полотна ограждения.

В этом случае необходимо дополнительное использование охранных извещателей других типов, позволяющих обнаруживать попытки преодоления периметра путем перелаза ограждения.

Выводы по использованию систем охраны периметра на основе волоконно-оптических систем.

1 Кабель – датчик является универсальным средством преобразования вибрации и деформации элементов заграждения в оптический сигнал, несущий полную информацию о воздействии на заграждение, что позволяет его устанавливать на любых профессиональных заграждениях (сварные сетки ССЦП, сетка-рабица, АСКЛ, «Репейник» и т.п.), применять для работы на слабодеформируемых ограждениях типа кованого забора или жесткого забора из профильных труб, а также использовать как сейсмически чувствительный элемент для обнаружения подкопа.

2 Система позволяет охранять километровые периметры одним кабелем без установки блоков обработки сигналов на ограждении. (При охране вибрационным кабелем необходимо устанавливать блок обработки через каждые 250-500 м).

3 На ограждении устанавливается полностью пассивная волоконно-оптическая линейная часть, что определяет ее следующие преимущества:

- кабель-датчик не имеет электрических проводников, на которые могут наводиться помехи, связанные с природными и техногенными электромагнитными излучениями;

- отсутствуют электрические линии электропитания и передачи сигнала;

- отсутствуют устройства, требующие регулировки и настройки.

4 Можно использовать проложенный вдоль периметра волоконно-оптический кабель связи для передачи любой другой информации, включая передачу телевизионных сигналов.

5 Протяженность охраняемого периметра объекта может достигать 50 км с его разделением на отдельные участки длиной до 500 м. В этом случае точность определения места нарушения определяется длиной отдельного участка.

6 Работоспособность всей системы охраны не нарушается при умышленном обрыве кабель-датчика на одном из участков.

7 Кабель-датчик выполнен в антивандальном исполнении и выдерживает усилие на разрыв почти в одну тонну. Кабель связи – бронированный, закапывается в землю.

8 Линейная часть обладает полной электромагнитной совместимостью с любыми радиоэлектронными и электромагнитными приборами и устройствами.

9 Периметр объекта практически является необслуживаемым, за исключением исполнения необходимых требований, предъявляемых к контролю сопряжения кабеля с полотном ограждения и проверке чувствительности при сезонном климатическом переходе.

Далее >>>