Акустические извещатели разрушения стекла.
Новый российский стандарт, устанавливающий общие технические требования к акустическим извещателям разрушения стекла (АИРС), вступил в силу в июле этого года.
Стандарт поможет решить многие проблемы, связанные с выбором АИРС для использования на отечественных объектах.
Недостатки зарубежных образцов
Пассивные акустические (или звуковые) извещатели, предназначенные для контроля целостности остекленных конструкций в закрытых помещениях, относятся к одним из самых распространенных на международном рынке технических средств охраны.
Их популярность растет с каждым годом.
Появившись всего несколько лет назад, они распространились во всех развитых странах, составив достойную конкуренцию извещателям аналогичного назначения (вибрационным, электро- и ударноконтактным). Но путь к успеху складывался не просто.
В начале 90-х гг. в России появилась зарубежная охранная техника, в том числе и широкий ассортимент этих новых датчиков. Многим отечественным потребителям и специалистам, работавшим в сфере охраны и обеспечения безопасности объектов, они сразу пришлись по душе.
Однако извещатели имели различные недостатки: одни обладали слабой устойчивостью к помехам, другие — не фиксировали разрушение стекол, изготовленных в России.
Особенно остро данную проблему ощутили в подразделениях вневедомственной охраны МВД России, в чьи обязанности входят выбор и установка сигнализации, реагирование на сигнал тревоги (задержание нарушителя), страхование клиента (возмещение ущерба от кражи).
В связи с этим в 1994 г. НИЦ «Охрана» ГУВО МВД России и Госстандарт России начали активно разрабатывать нормативную базу для обеспечения профессионального контроля за качеством поступающей на российский рынок продукции данного вида.
К работе над новым государственным стандартом было привлечено более десяти заинтересованных и компетентных организаций, ведомств, НИИ и производителей охранной техники, в том числе и постоянных членов Технического комитета по стандартизации ТК 234 «Технические средства охраны, охранной и пожарной сигнализации».
В результате совместных усилий в 1998 г. появился ГОСТ Р 51186-98 «Извещатели охранные звуковые пассивные для блокировки остекленных конструкций в закрытых помещениях.
Общие технические требования и методы испытаний» (Alarm sonic passive glass break detectors for use in buildings. General technical requirements and methods of test), вступивший в действие с 01.07.99 г.
Структура документа представлена на рис. 1.
ТК 234 направил также предложения, необходимые при разработке соответствующего международного документа, в представительство МЭК в России (ТК-79/МЭК).
Рис. 1. Стуктура ГОСТР51186-98
Но низкая помехоустойчивость первых образцов АИРС беспокоила не только российских специалистов.
Так, в результате анализа причин ложных сигналов тревоги, поступавших с объектов, где использовались рассматриваемые сигнализаторы, в 1994 г. под эгидой «Ассоциации производителей средств безопасности» (SIA) в Вашингтоне был разработан «Стандарт акустических извещателей разбивания стекла — меры по уменьшению числа ложных срабатываний», представляющий собой, главным образом, инструкцию по эксплуатации этих датчиков (его структура представлена на рис. 2).
Рис. 2. Структура стандарта SIA
Высокий уровень российских стандартов
Как показывает анализ развития АИРС, в борьбе за помехоустойчивость далеко не все разработчики и производители выбрали правильное направление.
Так, например, некоторые зарубежные (в основном, американские) компании начали борьбу за снижение ложных срабатываний своих датчиков даже в ущерб их обнаруживающей способности.
Такая ситуация категорически не устраивала службу вневедомственной охраны и органы Госстандарта России, поэтому с определенного момента к выбору этого типа извещателей для использования на отечественных объектах стали подходить с повышенным вниманием.
Успешно преодолеть этот отбор удавалось лишь единицам производителей (см. статью «Акустические извещатели разрушения стекла», «Системы безопасности, связи и телекоммуникаций», 1998, № 22).
При этом одни фирмы, получившие отрицательное заключение российских специалистов, соответственно дорабатывали свои изделия и в дальнейшем успешно проходили отбор, другие же искали оправдания своим «провалам», публично обвиняя экспертов в неумении читать инструкцию, а российские стекла — в издавании «неземных» звуков в момент их преднамеренного разрушения,
Технические особенности АИРС
Рассмотрим основные характеристики АИРС с точки зрения вышеупомянутых стандартов, а также нормативных документов из смежных областей, с которыми они взаимосвязаны.
Наиболее существенные требования к извещателям будут сопровождаться выдержками из соответствующих разделов методов испытаний российского стандарта, комментариями и практическими рекомендациями.
Функционирование
В соответствии с ГОСТ Р 51186-98 основными функциональными параметрами АИРС являются: чувствительность, рабочая частота, дальность действия, вероятность обнаружения, помехозащищенность при неразрушающих ударах по охраняемой конструкции, устойчивость к воздействию акустических помех, время готовности к работе и восстановления нормального состояния, параметры извещения о тревоге.
Чувствительность рассматриваемых извещателей на рабочей частоте (частотах) должна соответствовать минимально необходимому уровню (уровням) звукового давления для формирования извещения о тревоге при разрушении стеклянного листа.
Выражается она, как правило, в дБ (относительно стандартного нулевого уровня 2х10-5 Па) и выступает преимущественно в качестве контролируемого параметра при проведении ряда испытаний.
Контроль чувствительности проводят при помощи стандартных генераторов (низкой частоты, белого шума, дискретного спектра и т. п.), усилителей, акустических излучателей, измерительных микрофонов, эквалайзеров или нормированных полосовых фильтров (октавных, 1/3 октавных и т. п.), измерителей уровня звукового давления (шумомеров) в соответствии со структурной схемой, представленной на рис. 3.
При проведении таких измерений должны соблюдаться условия «свободного поля» по ГОСТ Р 16123-88 (МЭК 268-4-72).
Таким образом, реализуется возможность создания метрологического оборудования, соответствующего требованиям российских стандартов, а также необходимый уровень воспроизводимости результатов испытаний.
Рис. 3. Структурная схема установки дли испытаний рабочей частоты чувствительности и помехозащищенности АИРС при звуковой помехе
В этой связи для обеспечения удобства и приемлемой стоимости испытаний, связанных с измерением (контролем) чувствительности извещателей, в ГОСТ Р 51186-98 установлено требование к их рабочей частоте (частотам), которую рекомендуется выбирать из ряда (табл.1) по ГОСТ 12090-80 (МЭК-1, ISO 266) в диапазоне от 31,5 до 16 000 Гц.
Таблица 1. Предпочтительные ряды для выбора рабочей частоты АИРС по ГОСТ 12090-80
Так называемая акустическая помехозащищенность АИРС проверяется при воздействии на них синусоидального сигнала (сигналов) с несущей частотой, соответствующей рабочей частоте, а также широкополосного звукового сигнала со спектральной характеристикой белого шума (рис. 4).
При экспертном исследовании извещателей, кроме указанных требований, анализируется их устойчивость к воздействию типичных бытовых шумов, сигналов от звуковых охранно-пожарных оповещателей, систем жизнеобеспечения и других.
Рис. 4. Примеры сигналов для проверки акустической помехозащищенности АИРС Сигнал дискретного спектра «белый шум «, спектральные характеристики сигналов.
Помехозащищенность датчиков при механическом ударе по охраняемому стеклу проверяется нанесением многократных неразрушающих воздействий с энергией 1,9 Дж.
Для этих целей при испытаниях используют резиновый шар массой 0,39 кг и твердостью 60 международных единиц IRHD.
Следует отметить, что все требования по помехозащищенности АИРС в соответствии с ГОСТ Р 51186-98 проверяются при их максимальной чувствительности (если имеется соответствующая регулировка).
Pис.5. Ряд значенийдля выбора максимальной дальности действипАИРС
Для выбора максимальной дальности действия извещателей российский стандарт рекомендует использовать ряд значений от 3 до 15 м (рис. 5), позволяющих установить номинальный показатель данного параметра и соответствующую погрешность его измерения.
Как показывает опыт эксплуатации АИРС, важнейшей функциональной характеристикой, во многом определяющей пригодность извещателей для использования на объектах, является вероятность обнаружения ими разрушения охраняемого стекла. По ГОСТ Р 51186-98 — не менее 0,9.
Это не что иное, как минимально допустимый уровень, соответствие которому позволяет считать извещатель «профессиональным».
Данному требованию, напомним, сегодня удовлетворяет только очень небольшое число серийно выпускаемых датчиков.
Испытания вероятности обнаружения АИРС, как правило, проводятся совместно с проверкой их максимальной дальности действия и помехоустойчивости при неразрушающем ударе по охраняемому стеклу.
Рис. 6. Схема испытаний дальности действия,вероятности обнаружения и помехозащищенности АИРС
Однако следует иметь в виду, что при оценке обнаруживающей способности извещателей российские эксперты никогда не ограничиваются данными о стандартном разрушении только одного вида и размера стекла.
В процессе натурных испытаний проникновение через остекленную конструкцию происходят так, как это чаще всего бывает в известной криминальной практике.
При этом разрушению подвергаются стекла различных видов и размеров, начиная от минимальной охраняемой площади. Толщина стекол выбирается из диапазона, указанного в сопроводительной документации на испытываемый прибор. Понятно, что сложность и стоимость таких испытаний довольно высоки.
Таблица 2. Данные для планирования испытаний АИРС по ГОСТ Р 51186-98
В табл. 2 представлена необходимая информация для планирования функциональных испытаний АИРС и оценки их результатов в соответствии с ГОСТ Р 51186-98.
В табл. 3 приведены основные виды строительных стекол, используемых в России для заполнения светопрозрачных проемов закрытых помещений и подлежащих блокировке на пролом.
Таблица 3. Строительные стекла, используемые в России
Уместно отметить, что в сопроводительной документации на большинство импортных датчиков информация о видах и параметрах охраняемых стекол либо полностью отсутствует, либо приведенные данные не соответствуют требованиям российских стандартов, также используются сомнительные утверждения о неограниченных возможностях конкретного типа детектора.
В стандарте SIA функциональные требования к АИРС не конкретизированы, утверждается лишь. что потребитель должен иметь возможность купить некое устройство для точного измерения дальности действия извещателей при установке на объекте.
Согласитесь, не совсем понятно, что имеется в виду. Можно лишь предположить, что речь идет об электронных звуковых имитаторах разбития стекла (симуляторах).
Но эти приспособления не совсем годятся для подобных измерений, тем более точных.
Вероятность ошибки в этом случае может быть весьма значительной, поскольку нет привязки к конкретному объекту.
Электронные симуляторы можно эффективно использовать лишь для частичной проверки работоспособности датчиков, уже установленных на объекте.
Оценку дальности действия АИРС или ее адаптацию под конкретные условия охраняемого объекта можно правильно осуществить лишь путем нанесения реальных имитационных воздействий на защищаемые стекла, как это, к примеру, делается при установке большинства отечественных приборов.
При этом не обязательно покупать дорогостоящие симуляторы.
Сложность в разработке рассмотренных функциональных требований к данному виду извещателей заключается, главным образом, в специфике акустических сигналов, возникающих при разрушении остекленной конструкции и распространяющихся в воздушной среде закрытого помещения.
Специфика этих сигналов такова, что априори их невозможно безошибочно описать с помощью конкретных параметров.
Связано это с влиянием на формирование сигналов множества объективных, меняющихся от случая к случаю факторов — от условий в месте излучения сигналов (параметры стекла, способы его закрепления и разрушения, особенности несущей конструкции и др.) до условий распространения и приема сигналов (особенности интерьера, акустические свойства помещения, конструкция извещателя).
Основные из этих факторов представлены на рис. 7.
Рис. 7. Факторы, влияющие на формирование акустического сигнала
Работая в составе системы охранной сигнализации, АИРС должны обеспечивать все необходимые требования по стыковке с ее другими частями.
В соответствии с российским стандартом извещатели должны быть готовы к работе по истечении не более 60 с.
После их включения в результате разрушения стекла формируется сигнал тревоги с последующим восстановлением нормальной деятельности или с фиксацией момента.
При этом длительность тревоги (без фиксации) должна быть не менее 2 с, а время возврата к нормальному функционированию ~ не более 30 с.
Электропитание, ЭМС, устойчивость к воздействию внешних факторов
ГОСТ Р 51186-98 устанавливает три способа электропитания АИРС:
— от источника постоянного тока:
— от сети переменного тока;
— от шлейфа сигнализации (ШС).
Таблица 4. Требования к электропитанию АИРС по ГОСТ Р 51186-98
Основные параметры электропитания даны в табл. 4.
В российском стандарте представлены также нормы электромагнитной совместимости (ЭМС) извещателей с указанием конкретных степеней жесткости по ГОСТ Р 50009-92, а также — напряженности поля радиопомех, создаваемых приборами при функционировании.
Некоторые требования по ЭМС приведены и в стандарте SIA (раздел «Требования к конструкции», подраздел «Внешние факторы»). Обобщенные данные о нормах ЭМС приведены в табл. 5.
Таблица 5. Перечень стандартных воздействий для проверки АИРС на ЭМС
Требования устойчивости АИРС к воздействию на них внешних факторов (по ГОСТ Р 51186-98) приведены в табл. 6.
Таблица 6. Пелечень внешних факторов для проверки устойчивости АИРС по ГОСТ Р51186-98
Безопасность
Извещатели должны соответствовать общим требованиям безопасности по ГОСТ Р 5077595 (МЭК 839-1-1-88); классу защиты человека от поражения электрическим током по ГОСТ 12.2.007.0-75; электрической прочности изоляции и электрическому сопротивлению изоляции их цепей по ГОСТ 12997-84.
Конструкция
В соответствии с ГОСТ Р 51186-98 АИРС должны состоять из чувствительного элемента (одного или нескольких микрофонов) и процессора, расположенных в одном или разных корпусах.
При размещении чувствительного элемента в отдельном корпусе соединяющие чувствительный элементе процессором электрические линии следует рассматривать как часть сигнализатора. При нарушении этих линий (обрыве, коротком замыкании), препятствующем прохождению сигнала, процессор должен обеспечивать выдачу извещения о тревоге не позднее чем через 10 с после обнаружения указанных нарушений.
Для удобства потребителей, а также для повышения качества установки и функционирования на охраняемом объекте конструкцией извещателей должны быть предусмотрены:
— регулятор (регуляторы) чувствительности (дальности действия), для их адаптации под конкретные условия работы (удаление от охраняемой конструкции, параметры контролируемого стекла, размеры и акустические свойства помещения);
— индикатор извещения о тревоге и вспомогательные индикаторы, например, для визуального контроля уровня помех на объекте или режимов (тест/работа) функционирования извещателей.
Для защиты от вскрытия АИРС должны иметь встроенное устройство (обычно это микропереключатель или микрокнопка), обеспечивающее выдачу извещения о тревоге (неисправности, вскрытии и т. п.) при попытке несанкционированного доступа к органам управления, клеммам подключения внешних электрических цепей и элементам фиксации.
Корпус извещателей проверяется на соответствие степени защиты по ГОСТ Р 14254-96 (МЭК 529-89), выбираемой из ряда: 1РЗО, 1РЗЗ, 1Р34, 1Р40, 1Р41, 1Р44, и должен обеспечивать их надежное крепление при установке.
Требования к интерфейсу АИРС заключаются в том, что они должны иметь на выходе электронный ключ, открытый в нормальном состоянии (дежурном режиме) и закрытый в момент тревоги, или контакты реле, замкнутые в нормальном состоянии и размыкающиеся в состоянии тревоги.
Для сигнализаторов с электропитанием от ШС ПКП параметры интерфейса устанавливаются в их ТУ.
Надежность
В соответствии с ГОСТ Р 51186-98 средняя наработка извещателей на отказ в нормальном состоянии — не менее 60000 43.
Сопроводительная документация Кроме общих требований (по ГОСТ Р 5077595) к технической документации, прилагаемой к АИРС, в соответствии с ГОСТ Р 51186-98 требуется наличие информации о диапазоне толщин, минимальных размерах (площади) и марке контролируемого стеклянного листа, видах охраняемых остекленных конструкций и особенностях закрепления в них стекол (при их наличии).
Стандарт SIA рекомендует, чтобы в инструкции по установке извещателей были дополнительно указаны: виды контролируемых стекол, процедуры проверки (настройки) дальности действия и требуемая модель измерителя, перечень известных источников помех, рекомендации по проведению периодической проверки работоспособности датчиков, указания по их установке, применению и пр.
Рекомендации по применению
В стандарте SIA содержатся общие рекомендации по использованию и установке АИРС, выполнение которых может способствовать повышению достоверности обнаружения извещателей (снижению числа ложных срабатываний и повышению вероятности регистрации разбития стекла).
Основные из этих рекомендаций приведены в табл. 7.
Таблица 7. Эксплуатационные меры по повышению достоверности обнаружения АИРС
Кроме того, все необходимые данные по размещению и обслуживанию современных отечественных приборов содержатся в их руководствах по эксплуатации.