Вибрационные микрофонные средства обнаружения.
Вибрационные микрофонные средства обнаружения (СО) предназначены для обнаружения нарушителя по создаваемым им вибрациям прочного инженерного заграждения (физического барьера) в процессе проникновения на охраняемый объект.
Принцип действия таких средств обнаружения основан на регистрации механических вибраций или перемещений ограды, возникающих при попытках нарушителя разрушить или преодолеть инженерное заграждение. Чувствительным элементом систем является специально разработанный электромагнитный микрофонный кабель, преобразующий механические вибрации в электрический сигнал. Кабель крепят непосредственно к ограде либо к специальному металлическому козырьку над ней. Сигналы кабеля поступают в блок обработки сигналов, который в соответствии с заданным алгоритмом выдает сигнал тревоги.
Функциональная схема извещателя представлена на рис. 1.13.
Применительно к вибрационному микрофонному извещателю ее элементы представляют собой:
— внешнее воздействие – представляет собой механические вибрации или перемещение ограды, возникающие при попытках нарушителя разрушить или преодолеть инженерное заграждение.
— чувствительным элементом извещателя является микрофонный кабель,
— блок обработки сигнала – присутствует.
Следовательно, функциональная схема вибрационного микрофонного извещателя будет иметь вид (рис. 2.15):
На рис. 2.16 показана конструкция электродинамического сенсорного альфа-кабеля, специально разработанного для обнаружения вибраций при защите периметров. В защитной оболочке кабеля размещены два полимерных магнита. В их магнитных зазорах уложены фторопластовые трубки, в которых свободно перемещаются подвижные чувствительные проводники. Для уменьшения трения трубки изнутри покрывают силиконовой смазкой. При смещении тела кабеля под воздействием вибрации перемещаются магниты, а проводники остаются на месте. Под действием переменного магнитного поля в проводниках возникает электрический ток, который воспринимается блоком обработки сигнала.
Рис. 2.16. Электродинамический сенсорный альфа-кабель является пассивным. Он не требует внешнего источника электрической энергии, а сам генерирует электрический ток. Чувствительность электродинамического сенсора очень высока. Она соизмерима с чувствительностью капсюля микрофона. Эти сенсоры отличаются стабильностью параметров и обеспечивают высокое отношение сигнала к шуму, приведенному к входу анализатора.
Другим примером микрофонного кабеля является сенсор. Представленный рис. 2.17. Сенсорный кабель содержит два неподвижных и два подвижных проводника, расположенных в зазоре между двумя полосками полукруглого сечения, выполненными из гибкого магнитного полимера. Сердечник кабеля покрыт изолирующим слоем майлара и экраном из алюминиевой фольги, к которому подключен провод заземления. Снаружи сенсорный кабель защищен прочной полиэтиленовой оболочкой.
Для минимизации внешних наводок активные проводники сформированы в виде витой пары. Центральные многожильные проводники выполняют роль упрочняющих элементов и ограничивают термические деформации сенсорного кабеля.
Для массивных оград (тяжелых сварных или кованых решеток и т.п.) может применяться усовершенствованный сенсорный кабель (рис. 2.18), который содержит только два проводника, которые помещены в полиэтиленовые трубки с силиконовой смазкой, обеспечивающие повышение подвижности проводников и, соответственно, уровня сигнала.
Физический принцип функционирования микрофонного кабеля заключается в следующем. В соответствии с законом электромагнитной индукции в проводящем контуре, находящемся в переменном магнитном поле, возникает ЭДС-индукции ε, которая определяется по закону Фарадея как: ε = N
где: N – число проводников, находящихся в переменном магнитном поле,
— изменение магнитного потока во времени.
Индукция в проводнике, движущемся в магнитном поле, определяется как:
U = — B l v
где: U – индуцируемое напряжение,
B – магнитная индукция, определяет плотность магнитного потока
[B] = [ ] = Тл (Тесла)
L – длина проводника,
v – скорость движения проводника в магнитном поле.
Знак «–» означает, что при увеличении магнитного потока направление индуцированного тока противоположно определяемому правилом буравчика.
В = μ μо Н
где: Н – напряженность магнитного поля, определяется свойствами полимерных магнитов и величиной магнитного зазора.
μо – магнитная постоянная, μо = 1,257. 10 — 6 [ ]
μ – относительная магнитная проницаемость среды.
Таким образом:
1. Проводники расположены в магнитном поле гибкого магнитного полимера.
2. Локальные деформации микрофонного кабеля (вызванные вибрацией контролируемого заграждения) приводят к перемещению гибкого магнитного полимера относительно проводников. Это является причиной возникновения переменного магнитного поля, которое индуцирует напряжение в проводниках.
3. Величина индуцируемого напряжения зависит от:
— скорости перемещения проводников в магнитном поле;
— свойств полимерных магнитов и величины магнитного зазора;
— числа проводников в кабеле;
— размера локального участка кабеля, подвергшегося деформации.
Блок обработки сигнала
Блок обработки сигнала предназначен для:
— обработки сигнала от чувствительного элемента;
— формирования сигнала тревоги;
— дистанционного контроля работоспособности трибоэлектрического извещателя.
Обработка сигнала от чувствительного элемента включает в себя:
— анализ частоты сигнала;
— анализ амплитуды сигнала;
— логическую обработку.
При анализе частоты сигнала производится частотная фильтрация с помощью фильтров:
— высокой частоты, обеспечивающим выделение признаков «перекуса» нарушителем проволочных элементов (сетки) ограждения;
— низкой частоты, обеспечивающим выделение признаков преодоления нарушителем инженерного заграждения путем «перелаза».
При анализе амплитуды сигнала производится амплитудная фильтрация с целью выделения признаков именно преодоления инженерного заграждения нарушителем, а не воздействия на заграждение различного рода механическими способами, которые можно рассматривать как помехи.
Функциональная схема блока обработки сигнала представлена на рисунке 2.19.
В данном случае сигнал с чувствительного элемента поступает не на усилитель входного сигнала, а на входное устройство. Это объясняется тем, что с микрофонного кабеля снимается более мощный электрический сигнал.
Основные технические характеристики
Получение электрического сигнала в процессе перемещения проводников относительно гибкого полимерного магнита при деформациях микрофонного кабельного чувствительного элемента, закрепленного на заграждении, вибрирующем во время проникновения нарушителя на охраняемую территорию. Количество входов (плеч) для подключения чувствительных элементов — до двух. Протяженность участка, блокируемого одним: плечом при однопроходной схеме — обычно не менее 250 метров. Один извещатель при однопроходной схеме обычно блокирует не менее 500 метров.
Зона обнаружения вибрационного микрофонного извещателя представляет собой некоторую площадь инженерного заграждения, расположенную вокруг чувствительного элемента. Размеры зоны определяются прочностными характеристиками заграждения и чувствительностью извещателя.
Кроме уже упомянутых устройств, в обзорной части материала представлены известные на рынке извещатели российского и зарубежного производства. Не все из них относятся к микрофонным средствам обнаружения, но путаницы тут нет. Дело в том, что данный материал – первый из серии обзоров о периметровых средствах обнаружения, и наша цель – представить читателям наиболее полную информацию об устройствах, представленных на российском рынке.
Вибрационно-чувствительная система для охраны периметров Defensor (Geoquip, Великобритания) Предназначена для охраны металлических и деревянных оград. В системе используется электромагнитный микрофонный кабель с парой проводников, расположенных в зазорах между протяженными магнитами. Сенсор крепится к охраняемой ограде. При вибрациях сенсора его проводники перемещаются в магнитном поле, и в них генерируется напряжение, отображающее активность на ограде. Сенсор отличается высокой чувствительностью и широкой полосой частот. Анализатор регистрирует два основных вида вторжения: пролом ограды и перелезание через нее. Анализатор снабжен релейными выходами сигналов тревоги и вскрытия, а также системой самодиагностики. Длина зоны охраны до 300 м. Питание анализатора: 10-24 В / 90 мА. Диапазон рабочих температур от -40°Сдо +70°С, герметизация аппаратуры по нормам IP65.
Вибрационный двухканальный извещатель TREZOR-V 02 («Восток-специальные системы», Россия)
Предназначен для обнаружения нарушителя, преодолевающего заграждение, а также разрушения или демонтажа его полотна. Рассчитан на контроль «легких» металлических заграждений: из сварной (ССЦП) или витой металлической сетки (рабица), колючей проволоки или ленты (АКЛ), тонких металлических листов (профлист).
Обладает универсальностью и высокой эффективностью применения благодаря настройке по 8 параметрам. Имеется функция отстройки от помех (сильный ветер, дождь и т.п.).
Длина кабельного чувствительного элемента до 2х1000 м. Уличное исполнение (IP65, диапазон рабочих температур от — 40°С до +60 °C). Напряжение питания 10-30 VDC.
Потребляемая электрическая мощность не более 400 мВт (при подключенном пульте — 500 мВт). Вероятность обнаружения не менее 0,95.
Вибрационный извещатель SL-3 (Rbtec, Израиль)
Предназначен для блокирования ограждений различных типов: металлических панельных, ограждений из колючей проволоки и армированной колючей ленты (АКЛ).
Сенсорная линия SL-3 состоит из нескольких (до 33) многовекторных вибрационных сенсоров, соединенных кабелем с интервалом 3 метра. Уникальные характеристики сенсора обеспечивают высокую чувствительность и помехоустойчивость, что является залогом успешной охраны объекта.
Сенсорная линия монтируется на ограждении так, чтобы на каждой секции находилось не менее одного сенсора. Одна сенсорная линия позволяет блокировать до 100 метров рубежа при высоте ограждения не более 3-х метров. Наличие 2-ступенчатой грозозащиты обеспечивает надежную работу изделия в условиях грозы.
Годограф-Универсал (НИКИРЭТ, Россия)
Предназначен для организации рубежей охраны протя¬женных участков местности. В зависимости от типа чувствительных элементов может применяться в качестве вибрационного СО (для обнаружения нарушителя, преодо¬левающего заграждение путем перелаза, разрушения или подкопа) или сейсмическо¬го СО (для обнаружения нарушителя, движу¬щегося по поверхности грунта).
Вибрационный кабельный чувствитель¬ный элемент (ЧЭ) устанавливается на:
— заграждения из сварной сетки с прокладкой его в коробе или без короба, объемной или плоской спирали АКЛ;
— козырьки из объемной и плоской спирали АКЛ, сварной сетки;
— заграждения из железобетонных плит;
— заграждения из профлиста;
— в грунт под заграждением на глубину до 1 м.
Сейсмический чувствительный элемент устанавливается в грунт на открытой местности или вдоль заграждений. Имеется возможность создания одного или двух независи¬мых участков рубежа охраны длиной до 250 м каждый. Диапазон рабочих температур от -50°С до +50° С.
Вибрационное средство охраны «МУРЕНА-2» (Фирма «ЮМИРС», Россия)
В новом поколении вибрационных извещателей серии «МУРЕНА-2» полностью модернизирован алгоритм анализа сигналов от вибрационного кабельного сенсора, чувствительного элемента (ЧЭ). В новой версии программы «МУРЕНА-2» анализируется весь спектр частот сигнала от предполагаемого нарушителя, делающего попытку преодолеть заграждение, на котором установлен вибрационный кабель (ЧЭ).
При установке «МУРЕНА-2» на заграждении фиксируются попытки перелаза, подкопа (при заглублении ЧЭ в грунт), разрушения заграждения перепиливанием или «выкусыванием» прутьев сетки.
При этом полностью «отсекаются» провокационные воздействия нарушителя: одиночные удары или серия ударов по заграждению, а также кратковременное сотрясание заграждения.
Блок «МУРЕНА-2» имеет 4 независимых входа для подключения ЧЭ. На каждый вход можно подключить ЧЭ длиной до 500 метров. Общая длина участка, охраняемого одним блоком «МУРЕНА-2», составляет до 1000 метров. При этом дополнительные 1000 метров ЧЭ можно установить по верху заграждения.
Настройка «МУРЕНА-2» производится с помощью ноутбука или с помощью стационарного компьютера в помещении охраны.
Извещатель «Рубикон-1» («Ровалент», Беларусь)
Предназначен для охраны территории от проникновения, контроля нарушения целостности элементов гибких ограждений — проволочных сварных и плетеных сеток, колючей проволоки, жестких палисадных оград.
Автономный режим: вывод сигналов на ППКП. Централизованный режим: в составе интегрированных систем безопасности и комплекса радиоохраны.
Имеет две независимые зоны охраны по 300 м каждая, чувствительный кабель — КТВ-МФ, ТППэП, E-Flex и т.п. Программирование осуществляется с компьютера или клавиатуры. Индикация событий происходит отдельно по каждой зоне охраны. Извещатель защищен от электромагнитных и радиопомех, может распознавать попытки проникновения на фоне сложных погодных условий.
Независимая регистрация двух типов вторжения на охраняемую территорию — перелаз и перерезание ограждения. Контроль чувствительных элементов на обрыв и короткое замыкание.
Система MICALERT-303 (RBtec, Израиль)
Предназначена для пассивного обнаружения вторжения и представляет собой сенсорный микрофонный кабель и блок обработки сигнала. Система устанавливается на сетчатых металлических ограждениях различного типа.
Блок обработки сигнала анализирует характерные шумовые эффекты, создаваемые при попытке вторжения. Система в состоянии распознать сигналы, возникающие при попытке проникновения через забор, и игнорирует шумы, вызванные погодными условиями, тем самым, предотвращая ложные тревоги.
Поставляется в трех базовых конфигурациях: комплект для охраны одной или двух зон, или как целостная интегрированная система, включающая в себя центр контроля и программное обеспечение. Стандартная длина охраняемой зоны — 305 метров.
(Продолжение в следующем номере)