Sensores de alarma de seguridad combinados.

Sensores de alarma de seguridad combinados.

Andreev S.P.
SENSORES DE ALARMA DE SEGURIDAD COMBINADOS

Fuente: revista «Equipos especiales»

Los sensores combinados, también llamados sensores de doble tecnología, son relativamente nuevos y cada vez son más populares. La ventaja de estos sensores es una reducción significativa en la frecuencia de falsas alarmas. Esto se logra mediante el uso de una combinación de dos principios de detección física diferentes en un solo sensor. Sólo se emite una alarma si ambos detectores se activan simultáneamente o en un breve intervalo de tiempo. Para reducir la tasa de falsas alarmas, los principios de detección utilizados deben ser tales que la interferencia que causa falsas alarmas afecte a cada detector de la combinación de manera diferente.

La combinación de principios de detección activa por microondas y pasiva por IR es la más extendida actualmente. Se utiliza con mucha menos frecuencia una combinación de detectores ultrasónicos e infrarrojos. También hay algunos ejemplos de sensores que utilizan tres principios de detección física diferentes, pero dichos sensores aún no han ganado popularidad. En esta revisión consideraremos el grupo más común de sensores de doble tecnología: IR + microondas. Antes de proceder a un análisis detallado de las características de los sensores de doble tecnología, conviene detenerse en la presentación de los principios básicos del método de detección por microondas.

El principio de funcionamiento del método de detección activa por microondas se basa en la radiación de un campo electromagnético en el rango de microondas al espacio circundante y el registro de sus cambios provocados por la reflexión de un intruso que se mueve en la zona de sensibilidad del sensor. Los sensores activos de microondas que implementan este método pertenecen a la clase de detectores de movimiento.

Los sensores de microondas constan de los siguientes elementos principales:

• Microondas generador
• un sistema de antena que crea un campo electromagnético en el espacio circundante, recibe señales reflejadas, forma el patrón de radiación del sensor y determina la forma de la zona de sensibilidad espacial;
• Receptor de microondas que registra cambios en las características de la señal recibida;
• Receptor de microondas que registra cambios en las características de la señal recibida;
• Receptor de microondas que registra cambios en las características de la señal recibida;
• li>
• una unidad de procesamiento que separa las señales causadas por una persona en movimiento del ruido de fondo.

El generador de sensores de microondas está diseñado para generar una señal de microondas, generalmente en el rango de longitud de onda de 3 centímetros (10…11 GHz). Recientemente, los fabricantes de sensores han comenzado a desarrollar rangos de longitud de onda más cortos (24…25 GHz); Inicialmente, los sensores de microondas utilizaban osciladores de diodos de Hahn; ahora los fabricantes han cambiado a osciladores de transistores. Los modernos generadores de microondas permiten generar una señal estable con las características requeridas con pequeñas dimensiones y bajo consumo.

El sistema de antena de los sensores de microondas suele utilizar una única antena combinada de transmisión y recepción. La mayoría de los sensores modernos utilizan antenas microstrip, que son más pequeñas, más livianas y menos costosas que las antenas de bocina utilizadas anteriormente. Sin embargo, algunos fabricantes de sensores siguen utilizando antenas de bocina en la actualidad, ya que proporcionan una precisión de formación del haz ligeramente mayor. En general, las formas de las zonas de sensibilidad de los detectores de microondas no son tan diversas como las de los sensores IR pasivos. La configuración de la zona de sensibilidad de los sensores de microondas es un cuerpo volumétrico con forma de elipsoide. Idealmente, se requiere que un sistema de antena irradie (y por lo tanto reciba) solo en el medio espacio frontal, sin radiación trasera o lateral perceptible (para minimizar falsos positivos). Para un sistema de antena ideal, la zona de sensibilidad es un cuerpo volumétrico en forma de gota (ver figura), caracterizado por ángulos de visión A (en planos horizontal y vertical), longitud Rmax (rango máximo) y ancho D(altura). Son estos parámetros los que generalmente se indican en la documentación de los sensores de microondas (a veces complementados con los valores del área y volumen de la habitación controlada por el sensor). Los tamaños típicos de zonas de sensibilidad para sensores de microondas son:

Rmax =10…15 m, D=5…10 m, A=60О…100О.

La zona de sensibilidad formada por un sistema de antena real se diferencia de la ideal debido a la radiación/recepción trasera y lateral. La relación entre los rangos de detección en los semiespacios delantero y trasero Rз/Rmax puede ser de 0,03…0,1.

Las características anteriores son válidas para espacio libre. Cuando el sensor se coloca en el interior, la forma de la zona de sensibilidad se distorsiona significativamente. Debido a la reflexión de las estructuras circundantes (el coeficiente de reflexión del campo de las paredes de ladrillo y hormigón armado es de 0,3…0,6), el campo electromagnético «llena» con mayor o menor grado de uniformidad, casi toda la habitación, si las dimensiones de esta habitación no superan las dimensiones de la zona de sensibilidad. Por otro lado, las particiones delgadas hechas de materiales livianos, puertas de madera, vidrio y cortinas no son una barrera importante para el campo electromagnético, por lo que la zona de sensibilidad puede extenderse más allá de las instalaciones protegidas, lo que puede provocar falsas alarmas, por ejemplo, cuando la gente pasa por un pasillo o por una entrada de transporte junto a las ventanas del primer piso. Al mismo tiempo, los objetos grandes (armarios, cajas fuertes, etc.) ubicados en la habitación crean «sombras» (zonas muertas). Todo esto debe tenerse en cuenta a la hora de elegir el lugar de instalación y el número de sensores utilizados.

El movimiento del intruso da como resultado la aparición de una señal reflejada que varía en el tiempo. Aquí se distinguen dos efectos: un cambio en el patrón espacial de las ondas estacionarias y un cambio de frecuencia de la onda reflejada por una persona en movimiento (el efecto Doppler). Los sensores de microondas basados ​​​​en el registro del primer efecto se denominan modulación de amplitud, el segundo, Doppler. En general, ambos efectos están indisolublemente ligados, tienen una naturaleza común y la misma manifestación y, por tanto, son prácticamente inseparables. De hecho, la diferencia se manifiesta en la estructura constructiva y las características del receptor de microondas del sensor de microondas. Los más utilizados son los sensores de microondas Doppler, que tienen mayor sensibilidad. El cambio de frecuencia Doppler df ocurre cuando el intruso se mueve a lo largo del haz: la frecuencia de la señal reflejada aumenta cuando se acerca al sensor y disminuye cuando se aleja del sensor. El valor absoluto de df es proporcional a la frecuencia de la señal de sondeo f y la componente de la velocidad de movimiento a lo largo de la viga Vл. Dependencias de df en Vлse presentan en la figura, en la que se puede ver que los valores típicos de los valores de desplazamiento Doppler registrados por el sensor se encuentran en el rango de frecuencia de interferencia de la red 50/60 Hz y sus armónicos. Para combatir estas interferencias, los sensores de microondas modernos están equipados con filtros de muesca (incluidos los adaptativos) para los armónicos de la red. Otras fuentes de interferencia que causan falsas alarmas en los sensores de microondas Doppler son los reflejos de objetos altamente reflectantes que vibran, oscilan y se mueven. Tales fuentes de falsas alarmas pueden ser, por ejemplo:

• accesorios de instalación para lámparas fluorescentes encendidas;
• operar equipos eléctricos que crean vibraciones;
• chorros de agua de lluvia sobre vidrio;
• movimiento de agua en tuberías de plástico;
• animales pequeños y pájaros.

En años anteriores, antes del uso generalizado de los detectores de infrarrojos, los sensores activos de microondas eran muy populares. Ahora tanto la demanda como la oferta de estos sensores han disminuido significativamente. Las principales características de los sensores de microondas de fabricación rusa destinados a instalación en interiores se indican en la Tabla 1. Todos estos sensores tienen una zona de sensibilidad volumétrica continua y es posible ajustar el rango máximo de detección dentro de un amplio rango. La altura de instalación recomendada es de 2…2,5 m. Es posible operar varios sensores en una habitación; para eliminar la influencia mutua de las señales, puede seleccionar una de las cuatro frecuencias de operación.

Tabla 1.