Инфрачервени детектори за сигурност. Пасивни IR датчици за движение

Сензорът за движение е устройство, което ви позволява да идентифицирате всякакви движения във вашата зона на отговорност. Логическото ниво на цифровата електроника обикновено се използва като сигнал за отговор. В резултат на това става възможно да се установи наличието на движение в рамките на алармени системи, осветление, автоматично управление на вратите и др.

Видове и принципи на действие на сензори за движение

Пасивни инфрачервени сензори за движение

В местната литература често говорим за пасивни инфрачервени сензори за движение (PIR). Тази продуктова категория има редица недостатъци. Обикновено пасивният инфрачервен сензор работи въз основа на пироелектричния ефект: той усеща топлина от разстояние. Разработчиците, като правило, се приспособяват към температурата на човешкото тяло и улавят средни инфрачервени вълни в района на 10 микрона. Това е много по-ниско от видимата радиация, спомням си филма с участието на великия Арни и лова на Хищника. Сетивната система на извънземното реагира на горещи вълни.

Поради тази причина пасивният инфрачервен сензор може да бъде измамен. Те не се използват в сериозни алармени системи. Пироелектричният сензор за движение съдържа кристал, който преобразува определена дължинамаха навътре електрически заряд. За елиминиране на смущенията на входа има филтър под формата на силиконова леща. Той значително ограничава спектъра на входящата радиация, например от 7 до 15 микрона, намалявайки нивото на външни смущения.

По правило системата се състои от две части, за да регистрира едновременно външния фон. Прозорецът на чипа, който предава радиация, е разделен на две еквивалентни части, всяка обърната настрани от центъра. В резултат на това, ако в зрителното поле на прозореца има движещо се топло тяло, разликата веднага ще стане очевидна. Разработчиците уверяват, че благодарение на лещите Fresnel мощност от около 1 μW е достатъчна, за да се получи отговор. В светлината на горното повечето пасивни инфрачервени сензори за движение изискват време и обучение. За кратък период от време в зрителното поле на лещите не трябва да влизат движещи се обекти.

Периодът трае до минута, след което е допустимо да използвате сензора за движение. Принципът на предаване на сигнала е различен. По правило производителят произвежда сензор и съответен многофункционален контролер в рамките на серия от микросхеми, чиято задача е да работи със съпътстващия тип оборудване. Това прави възможно създаването на сложни системи. Нивото съответства например на CMOS логическа единица или произвежда серия от импулси с определена честота. Известни са пасивни инфрачервени сензори, с възможност за конфигуриране на този параметър, което прави чиповете по-гъвкави.

Вътре има усилвател за генериране на желания отговор. Това изисква външно захранване. Схемата на конектора е изключително проста:

Силов крак.
Заземяване (верига нула).
Изход на информационен сигнал.

Недостатъци на пасивните инфрачервени сензори за движение

Всеки запознат с електрониката е наясно с недостатъците на гореописаните сензори: радиацията лесно се екранира. Достатъчно е да поставите твърд предмет в зрителното поле на сензора, за да нарушите работата на системата. Топлинното излъчване вече няма да достигне до чувствителния елемент. Облечен човек, например, генерира много по-малък отговор.

Освен това обхватът е ограничен. Определя се от чувствителността на елемента и силата на топлинното излъчване на обекта. В повечето случаи само на няколко метра, което налага ограничения при използването.

Температурата на средата е от голямо значение; когато тя намалява, температурният модел ще започне да пада върху честотната скала, нарушавайки чувствителността на сензора. Вариантът, когато първият прозорец на сензора гледа към улицата, а вторият към стаята, се счита за спорен. Трябва да разчитате на препоръките на производителя относно условията на употреба.

Лазерни прекъсвачи

Лазерните сензори са известни във филмите за парични банки. Това е техника за фиксиране на движение по права линия. Източникът на радиация и приемникът са разположени един срещу друг. Когато предмет попадне между тях, се генерира алармен сигнал. Лазерът понякога е невидим, използването на специални кутии с газ, който свети под въздействието на инфрачервени или ултравиолетови лъчи, не е изобретение на режисьорите. Явлението луминесценция се използва за определяне на местоположението на невидимите пътища.

С увеличаването на дължината на вълната свойствата на насоченост на радиацията рязко спадат и радиочестотните ленти вече не се използват като лъчи. Що се отнася до високите честоти, които могат да преминават през препятствия като рентгенови лъчи, те не са подходящи за използване по очевидни причини.

Сензори, базирани на ефекта на Доплер

Групата включва две отделни семейства: ултразвукови и микровълнови сензори за движение. Принципът на действие се основава на един ефект. Доплер открива явлението през 1842 г., докато наблюдава системи двойни звездии други небесни тела. Три години по-късно Бойс-Бало доказва, че изместване в спектъра се наблюдава и при източници на звук.

Всеки жител на столицата и жителите на др главни градовезабелязал, че свирката на приближаващия влак е по-висока от тази на заминаващия влак. Така човек, който е повече или по-малко музикално надарен, може да определи дали влакът се приближава към перона или бяга. Това е ефектът на Доплер: всяка вълна, излъчвана от обект, се възприема от неподвижен наблюдател в съответствие с относителната скорост на движение. Големината на изместването на спектъра зависи от скоростта.

Отдалечаващата се звезда изглежда малко по-хладна, отколкото е в действителност: спектърът ще се измести надолу по честотната скала. Напротив, цветът на приближаващия изглежда по-топъл. Подобен ефект се наблюдава във всеки диапазон: радио, звук и други. Читателите вече са се досетили как работят сензорите с ефект на Доплер. Във въздуха се излъчва ултразвукова или радиочестотна вибрация и се улавя отговор. При наличието на движещи се обекти картината се променя радикално: вместо хомогенна излъчвана вълна се получава цял набор от честоти, различни от първоначалната.

Предимството на метода: радиацията лесно се огъва около препятствия или преминава през тях. Но движението се записва по отношение на всякакви обекти, включително неодушевени. Телесната температура няма значение. Работните характеристики на системата зависят от честотата на излъчване. Например радиообхватът е до голяма степен забранен за използване. Оставени са малки прозорци, редактирани от специална държавна комисия. Ултразвукът няма ограничения, но е вреден за човешкия слух (дори и да не се усеща директно). Например уредите за отблъскване на кучета и хлебарки работят в посочения диапазон.

Така че ултразвуковите и RF сензори за движение са много по-трудни за екраниране.

Томографски сензори за движение

Думата наподобява медицинско оборудване; според разработчиците това означава наличието на мрежа от активни предаватели в системата. Комплексът работи в разрешената честотна лента 2,4 Hz, където работят WiFi модеми, микровълнови печки и редица устройства. Което веднага налага ограничения: системата трябва да ограничава употребата на изброените по-горе продукти.

Ефектът се основава на добре познатото поглъщане на 2,4 Hz радиация от водните молекули. Най-често срещаната течност на планетата навлиза в тялото на живо същество в изобилие, което прави възможно изграждането на картина на закрито. Вълни от 2,4 Hz преминават през стени относително лесно и е възможно да покрият относително големи площи със сложна конфигурация. На земята е инсталирана мрежа от приемо-предаватели, подобни на WiFi точки за достъп.

Сложна компютърна система анализира разпределението на полето. Това предполага етап на обучение, когато се оценяват условията на разпространение на вълната в конкретно помещение. В бъдеще, използвайки специални алгоритми, системата може да посочи местоположението на всякакви тела в космоса. Възможно е също така да се открият неподвижни живи тела. Когато биологична форма на живот навлезе в зоната на действие на вълните, тяхната сила започва да избледнява според определени закони. Енергията се превръща в топлина, както се случва в микровълновата фурна. В резултат на това става възможно генерирането на алармен сигнал.

Излъчвателите не са опасни за хората, а работната мощност е регламентирана в съответствие със закона. Локалният администратор е поканен, започвайки от определен размер, да регистрира системата по предписания начин. Сензорите са по-скъпи от другите, представени в прегледа. Доплеровите също струват много.

Видеокамери като сензори

Днес повечето отцифровите видеокамери откриват опцията за улавяне на движение. Става възможно да се запише сигнал на рекордера и да се генерира аларма по предписания начин. Сензорът е напълно достатъчен за нуждите на организацията. Процесът на регистрация, началото и краят на записа на събитие се определят от възможностите на отделното оборудване.

Голям плюс на системата е възможността за автоматична работа и възможност за записване на неправомерни действия при необходимост. Като единствена пречка се смята законът за личния живот на гражданите. Предлага се ясно разграничаване на незаконните действия от другите. И не разпространявайте получената информация в нарушение на закона.

За работа на тъмно се използват инфрачервени записващи устройства с незаменима осветеност на околния пейзаж. В интернет има уроци, които предлагат да направите инфрачервен рекордер от визьор на камера за нощна фотография. Подсветката е сглобена на базата на конвенционални инфрачервени диоди. Диапазонът на стрелба в този случай силно зависи от мощността на инфрачервените лъчи. За целите на усилването се препоръчва използването на рефлектори.

Използване на сензори за движение

Често използването на сензори за движение среща определени ограничения. Пасивните инфрачервени сензори са най-прости в това отношение, тяхното използване не е стандартизирано по никакъв начин. Къде започва ултразвукът и радиовълните - предлага се внимателно да се изчислят последствията. Лазерите не са безопасни, предупредителният етикет на лазерен принтер не е шега. Кохерентното лъчение изгаря ретината не по-лошо от хартията, причинявайки сериозни наранявания.

Тясно свързани със сензорите за движение са системите за откриване на наличие на дим в помещението. В този случай се използват явленията за промяна на условията за преминаване на радиация, плюс ефекта на Доплер. Чисто химическите методи са доста редки.

Сензорите за движение се използват в системи:

сигнализация и охрана;
управление на вратите;
развлекателни комплекси;
осветяване.

Обхватът на приложенията зависи само от въображението на авторите, поради което чуждестранните производители произвеждат интегрирани системи с възможност за интегрирането им в по-сложни. Така че, за да покриете определена площ, е допустимо да сглобите набор от сензори като конструктор. Най-голяма гъвкавост в това отношение имат томографските системи, но те са и по-скъпи. Най-простите инфрачервени сензори са по-подходящи за управление на единични обекти, например врати.

В момента пасивните електрооптични инфрачервени (IR) детектори заемат водеща позиция при избора на защита на помещенията от неоторизирано проникване в съоръженията за сигурност. Естетичният външен вид, лесната инсталация, конфигуриране и поддръжка често им дават приоритет пред другите средства за откриване.

Пасивните оптико-електронни инфрачервени (IR) детектори (те често се наричат сензори за движение) откриват факта на човешко проникване в защитената (контролирана) част на пространството, генерират алармен сигнал и чрез отваряне на контактите на изпълнителното реле (мониторинг) реле на станция), предават сигнал „аларма“ към предупредителното оборудване. Като средства за предупреждение могат да се използват крайни устройства (TD) на системи за предаване на известия (TPS) или централа за пожароизвестяване (PPKOP). От своя страна, горепосочените устройства (UO или Control Panel) съгл различни каналипредаването на данни предава полученото известие за аларма към централната станция за наблюдение (MSC) или локалната конзола за сигурност.

Принципът на работа на пасивните оптико-електронни инфрачервени детектори се основава на възприемането на промените в нивото на инфрачервеното лъчение на температурния фон, чийто източници са човешкото тяло или малки животни, както и всички видове обекти в тяхното поле. на зрението.

Инфрачервеното лъчение е топлина, която се излъчва от всички нагрети тела. В пасивни оптико-електронни IR детектори инфрачервено лъчениепада върху френелова леща, след което се фокусира върху чувствителен пироелемент, разположен на оптичната ос на лещата (фиг. 1).

Пасивните IR детектори приемат потоци от инфрачервена енергия от обекти и се преобразуват от пироелектричен приемник в електрически сигнал, който се изпраща през усилвател и схема за обработка на сигнала към входа на драйвера на алармата (фиг. 1)1.

За да може нарушител да бъде открит от пасивен IR сензор, трябва да бъдат изпълнени следните условия:

Пасивните IR сензори се състоят от три основни елемента:

оптична система

В зависимост от конструкцията на френеловата леща, пасивните оптико-електронни IR детектори имат различни геометрични размери на контролираното пространство и могат да бъдат както с обемна зона на детекция, така и с повърхностна или линейна. Обхватът на такива детектори варира от 5 до 20 m. Външен видТези детектори са показани на фиг. 2.

Оптична система

Съвременните инфрачервени сензори се характеризират с голямо разнообразие от възможни модели на излъчване. Зоната на чувствителност на инфрачервените сензори е набор от лъчи с различни конфигурации, които се отклоняват от сензора в радиални посоки в една или няколко равнини. Поради факта, че IR детекторите използват двойни пироелектрически приемници, всеки лъч в хоризонталната равнина се разделя на две:

Зоната на чувствителност на детектора може да изглежда така:

Разнообразието и сложната конфигурация на формите на зоната на чувствителност се дължат предимно на следните фактори:

Препоръчително е да се спрем по-подробно на изискването за еднаква чувствителност. Сигналът на изхода на пироелектричния детектор, при равни други условия, е толкова по-голям, колкото по-голяма е степента на припокриване от нарушителя в зоната на чувствителност на детектора и колкото по-малка е ширината на лъча и разстоянието до детектора. За откриване на нарушител на голямо (10...20 m) разстояние е желателно ширината на лъча във вертикалната равнина да не надвишава 5°...10°; в този случай човекът почти напълно блокира лъча , което осигурява максимална чувствителност. При по-къси разстояния чувствителността на детектора в този лъч се увеличава значително, което може да доведе до фалшиви аларми, например от малки животни. За да се намали неравномерната чувствителност, се използват оптични системи, които образуват няколко наклонени лъча, докато инфрачервеният детектор е инсталиран на височина над човешкия ръст. По този начин общата дължина на зоната на чувствителност се разделя на няколко зони, а лъчите, „най-близки“ до детектора, обикновено се правят по-широки, за да се намали чувствителността. Това осигурява почти постоянна чувствителност на разстояние, което от една страна помага за намаляване на фалшивите аларми, а от друга страна увеличава способността за откриване чрез елиминиране на мъртвите зони в близост до детектора.

При изграждането на оптични системи от IR сензори могат да се използват:

Обикновено всеки сегмент от лещата на Fresnel образува свой собствен лъч от диаграмата на излъчване. Използването на съвременни технологии за производство на лещи позволява да се осигури почти постоянна чувствителност на детектора за всички лъчи поради избора и оптимизирането на параметрите на всеки сегмент на лещата: площ на сегмента, ъгъл на наклон и разстояние до пироприемника, прозрачност, отразяваща способност, степен на разфокусиране. IN напоследъкУсвоена е технологията за производство на френелови лещи със сложна прецизна геометрия, която дава 30% увеличение на събраната енергия спрямо стандартните лещи и съответно повишаване на нивото на полезен сигнал от човек на големи разстояния. Материалът, от който са направени съвременните лещи, осигурява защита на пироприемника от бяла светлина. Незадоволителното функциониране на инфрачервения сензор може да бъде причинено от такива ефекти като топлинни потоци в резултат на нагряване на електрическите компоненти на сензора, насекоми, попадащи върху чувствителни пироелектрични детектори, възможно повторно отражение на инфрачервено лъчение от вътрешни частидетектор. За да елиминирате тези ефекти в IR сензорите последно поколениеизползва се специална запечатана камера между обектива и пироприемника (запечатана оптика), например в новите IR сензори от PYRONIX и C&K. Според експерти съвременните високотехнологични лещи Fresnel практически не отстъпват по оптични характеристики на огледалната оптика.

Огледалната оптика като единствен елемент на оптичната система се използва доста рядко. IR сензори с огледална оптика се произвеждат например от SENTROL и ARITECH. Предимствата на огледалната оптика са възможността за по-точно фокусиране и в резултат на това увеличаване на чувствителността, което ви позволява да откриете нарушител на големи разстояния. Използването на няколко огледала със специална форма, включително многосегментни, позволява да се осигури почти постоянна чувствителност на разстояние, като тази чувствителност на големи разстояния е приблизително 60% по-висока, отколкото при обикновените френелови лещи. С помощта на огледална оптика е по-лесно да се защити близката зона, разположена непосредствено под мястото на инсталиране на сензора (така наречената антисаботажна зона). По аналогия със сменяемите френелови лещи, инфрачервените сензори с огледална оптика са оборудвани със сменяеми подвижни огледални маски, чието използване ви позволява да изберете необходимата форма на зоната на чувствителност и дава възможност за адаптиране на сензора към различни конфигурации на защитени помещения. .

Съвременните висококачествени IR детектори използват комбинация от френелови лещи и огледална оптика. В този случай се използват френелови лещи за образуване на зона на чувствителност на средни разстояния, а огледална оптика се използва за образуване на антитамперна зона под сензора и за осигуряване на много голямо разстояние на детекция.

Пиро приемник:

Оптичната система фокусира инфрачервеното лъчение върху пироелектричен приемник, който в инфрачервените сензори използва ултрачувствителен полупроводников пироелектричен преобразувател, способен да регистрира разлика от няколко десети от градуса между температурата на тялото на човек и фона. Промяната на температурата се преобразува в електрически сигнал, който след подходяща обработка задейства аларма. IR сензорите обикновено използват двойни (диференциални, DUAL) пироелементи. Това се дължи на факта, че един пироелемент реагира по един и същ начин на всяка промяна на температурата, независимо от какво е причинена - от човешкото тяло или например от отопление на стая, което води до увеличаване на честотата на фалшивите аларми. В диференциална верига сигналът на един пироелемент се изважда от друг, което прави възможно значително потискане на смущенията, свързани с промените във фоновата температура, както и значително намаляване на влиянието на светлината и електромагнитните смущения. Сигналът от движещ се човек се появява на изхода на двойния пироелектричен елемент само когато човекът пресече лъча на зоната на чувствителност и представлява почти симетричен биполярен сигнал, близък по форма до периода на синусоида. Поради тази причина самият лъч за двоен пироелектричен елемент е разделен на две в хоризонталната равнина. В най-новите модели IR сензори, за да се намали допълнително честотата на фалшивите аларми, се използват четворни пироелементи (QUAD или DOUBLE DUAL) - това са два двойни пироелектрични сензора, разположени в един сензор (обикновено разположени един над друг). Радиусите на наблюдение на тези пиро приемници са направени различни и следователно локален топлинен източник на фалшиви аларми няма да се наблюдава в двата пиро приемника едновременно. В този случай геометрията на разположението на пироприемниците и тяхната схема на свързване е избрана по такъв начин, че сигналите от човек да са с противоположна полярност, а електромагнитните смущения причиняват сигнали в два канала с еднаква полярност, което води до потискане от този тип смущения. За четворните пироелементи всеки лъч е разделен на четири (виж фиг. 2) и следователно максималното разстояние за откриване при използване на една и съща оптика е приблизително наполовина, тъй като за надеждно откриване човек трябва с височината си да блокира и двата лъча от два пироелектрически детектори. Разстоянието за откриване на четворните пироелементи може да се увеличи чрез използване на прецизна оптика, която образува по-тесен лъч. Друг начин да се коригира до известна степен тази ситуация е използването на пироелементи със сложна преплетена геометрия, които компанията PARADOX използва в своите сензори.

Блок за обработка на сигнали

Блокът за обработка на сигнала на пироприемника трябва да осигури надеждно разпознаване на полезен сигнал от движещ се човек на фона на смущения. За инфрачервените сензори основните видове и източници на смущения, които могат да причинят фалшиви аларми, са:

Идентификацията на полезен сигнал от блока за обработка на фона на смущения се основава на анализ на параметрите на сигнала на изхода на пироелектрическия детектор. Тези параметри са размерът на сигнала, неговата форма и продължителност. Сигналът от човек, пресичащ лъча на зоната на чувствителност на инфрачервения сензор, е почти симетричен биполярен сигнал, чиято продължителност зависи от скоростта на движение на нарушителя, разстоянието до сензора, ширината на лъча и може да бъде приблизително 0,02...10 s със записан диапазон на скоростите на движение от 0,1...7 m/s. Смущаващите сигнали са предимно асиметрични или имат различна продължителност от полезните сигнали (виж фиг. 3). Сигналите, показани на фигурата, са много приблизителни, в действителност всичко е много по-сложно.

Основният параметър, анализиран от всички сензори, е величината на сигнала. В най-простите сензори този записан параметър е единственият и неговият анализ се извършва чрез сравняване на сигнала с определен праг, който определя чувствителността на сензора и влияе върху честотата на фалшивите аларми. За да се увеличи устойчивостта на фалшиви аларми, обикновените сензори използват метод за броене на импулси, който отчита колко пъти сигналът е надхвърлил прага (т.е. по същество колко пъти нарушителят е пресекъл лъча или колко лъча е пресекъл). В този случай аларма не се издава при първото превишаване на прага, а само ако в рамките на определено време броят на превишенията стане по-голям от определена стойност (обикновено 2...4). Недостатъкът на метода за броене на импулси е влошаването на чувствителността, което е особено забележимо при сензори със зона на чувствителност като единична завеса и други подобни, когато нарушителят може да пресече само един лъч. От друга страна, при броене на импулси са възможни фалшиви аларми поради повтарящи се смущения (например електромагнитни или вибрации).

При по-сложните сензори процесорът анализира биполярността и симетрията на формата на сигнала от изхода на диференциалния пироелектричен приемник. Специфичното изпълнение на такава обработка и терминологията, използвана за обозначаването й1, може да варира от производител до производител. Същността на обработката е да се сравни сигнал с два прага (положителен и отрицателен) и в някои случаи да се сравни величината и продължителността на сигнали с различни полярности. Възможна е и комбинация от този метод с отделно преброяване на превишенията на положителните и отрицателните прагове.

Анализът на продължителността на сигналите може да се извърши или чрез директен метод за измерване на времето, през което сигналът надвишава определен праг, или в честотната област чрез филтриране на сигнала от изхода на пироприемника, включително с помощта на „плаващ ” праг, в зависимост от обхвата на честотния анализ.

Друг вид обработка, предназначена да подобри работата на инфрачервените сензори, е автоматичната термична компенсация. В температурния диапазон на околната среда от 25°C...35°C чувствителността на пироприемника намалява поради намаляване на топлинния контраст между човешкото тяло и фона; с по-нататъшно повишаване на температурата чувствителността отново се увеличава , но „с обратен знак“. В така наречените "конвенционални" вериги за термична компенсация температурата се измерва и когато се повиши, усилването автоматично се увеличава. „Истинската“ или „двупосочна“ компенсация отчита увеличаването на топлинния контраст за температури над 25°C...35°C. Използването на автоматична температурна компенсация осигурява почти постоянна чувствителност на IR сензора в широк температурен диапазон.

Изброените видове обработка могат да се извършват по аналогов, цифров или комбиниран начин. Съвременните инфрачервени сензори все повече използват методи за цифрова обработка с помощта на специализирани микроконтролери с ADC и сигнални процесори, което позволява детайлна обработка на фината структура на сигнала за по-добро разграничаване от фоновия шум. Наскоро имаше съобщения за разработването на напълно цифрови IR сензори, които изобщо не използват аналогови елементи.
Както е известно, поради случайния характер на полезните и смущаващите сигнали, най-добрите алгоритми за обработка са тези, базирани на теорията на статистическите решения.

Други защитни елементи за IR детектори

IR сензорите, предназначени за професионална употреба, използват така наречените антимаскиращи вериги. Същността на проблема е, че конвенционалните IR сензори могат да бъдат деактивирани от нарушител чрез първо (когато системата не е активирана) залепване или рисуване върху входния прозорец на сензора. За борба с този метод за заобикаляне на инфрачервени сензори се използват схеми против маскиране. Методът се основава на използването на специален канал за инфрачервено излъчване, който се задейства, когато маска или отразяващо препятствие се появи на малко разстояние от сензора (от 3 до 30 cm). Веригата против маскиране работи непрекъснато, докато системата е дезактивирана. Когато фактът на маскиране бъде открит от специален детектор, сигналът за това се изпраща от сензора към контролния панел, който обаче не издава аларма, докато не дойде времето за активиране на системата. Точно в този момент на оператора ще бъде дадена информация за маскирането. Освен това, ако това маскиране е било случайно (голямо насекомо, поява на голям обект за известно време близо до сензора и т.н.) и до момента, в който алармата е зададена, тя се е изчистила, аларменият сигнал не се подава.

Друг защитен елемент, с който са оборудвани почти всички съвременни инфрачервени детектори е контактен тампер сензор, който сигнализира при опит за отваряне или взлом на корпуса на сензора. Релетата за тампер и маскиращи сензори са свързани към отделен защитен контур.

За да се елиминира задействането на инфрачервения сензор от малки животни, се използват или специални лещи с мъртва зона (Pet Alley) от нивото на пода до височина около 1 m, или се използват специални методи за обработка на сигнала. Трябва да се има предвид, че специалната обработка на сигнала позволява животните да бъдат игнорирани само ако общото им тегло не надвишава 7...15 кг и те могат да се доближат до сензора не по-близо от 2 м. Така че, ако има скачаща котка в защитена зона, тогава такава защита няма да помогне.

За защита от електромагнитни и радиосмущения се използва плътен повърхностен монтаж и метално екраниране.

Монтаж на детектори

Пасивните оптико-електронни IR детектори имат едно забележително предимство пред други видове устройства за детекция. Лесен е за инсталиране, конфигуриране и поддръжка. Детекторите от този тип могат да се монтират както върху равна повърхност на носеща стена, така и в ъгъла на стаята. Има детектори, които се поставят на тавана.

Компетентният избор и тактически правилното използване на такива детектори са ключът към надеждната работа на устройството и цялата система за сигурност като цяло!

При избора на видовете и броя на сензорите за осигуряване на защитата на конкретен обект трябва да се вземат предвид възможните пътища и методи за проникване на нарушител, необходимото ниво на надеждност на откриване; разходи за придобиване, инсталиране и експлоатация на сензори; характеристики на обекта; тактико-технически характеристики на сензорите. Характеристика на IR пасивните сензори е тяхната универсалност - с тяхното използване е възможно да се блокират голямо разнообразие от помещения, конструкции и обекти от приближаване и влизане: прозорци, витрини, плотове, врати, стени, тавани, прегради, сейфове и отделни предмети , коридори, обеми на стаи. Освен това в някои случаи няма да са необходими голям брой сензори за защита на всяка структура; може да е достатъчно да се използват един или няколко сензора с необходимата конфигурация на зоната на чувствителност. Нека да разгледаме някои от характеристиките на използването на IR сензори.

Общ принципизползване на инфрачервени сензори - лъчите на зоната на чувствителност трябва да са перпендикулярни на предвидената посока на движение на нарушителя. Мястото за инсталиране на сензора трябва да бъде избрано по такъв начин, че да се сведат до минимум мъртвите зони, причинени от наличието на големи предмети в защитената зона, които блокират лъчите (например мебели, стайни растения). Ако вратите в стаята се отварят навътре, трябва да обмислите възможността за маскиране на нарушителя с отворени врати. Ако мъртвите точки не могат да бъдат премахнати, трябва да се използват множество сензори. При блокиране на отделни обекти сензорът или сензорите трябва да бъдат инсталирани така, че лъчите на зоната на чувствителност да блокират всички възможни подходи към защитените обекти.

Диапазонът на допустимите височини на окачване, посочени в документацията (минимални и максимална височина). Това се отнася особено за моделите на излъчване с наклонени лъчи: ако височината на окачването надвишава максимално допустимата, това ще доведе до намаляване на сигнала от далечната зона и увеличаване на мъртвата зона пред сензора, но ако височината на окачването е по-малко от минимално допустимото, това ще доведе до намаляване на откриването на обхвата, като същевременно намалява мъртвата зона под сензора.

1. Детекторите с обемна зона на откриване (фиг. 3, а, б) като правило се монтират в ъгъла на помещението на височина 2,2-2,5 м. В този случай те равномерно покриват обема на защитено помещение.

2. Поставянето на датчици на тавана е за предпочитане в помещения с високи тавани от 2,4 до 3,6 м. Тези датчици имат по-плътна зона на засичане (фиг. 3, в) и работата им се влияе по-малко от съществуващото обзавеждане.

3. Детекторите с повърхностна зона за откриване (фиг. 4) се използват за защита на периметъра, например непостоянни стени, отвори за врати или прозорци, а също така могат да се използват за ограничаване на достъпа до всякакви ценности. Зоната на откриване на такива устройства трябва да бъде насочена, като опция, покрай стена с отвори. Някои детектори могат да се монтират директно над отвора.

4. Детекторите с линейна зона на детекция (фиг. 5) се използват за защита на дълги и тесни коридори.

Смущения и фалшиви положителни резултати

При използване на пасивни оптико-електронни IR детектори е необходимо да се има предвид възможността от фалшиви аларми, които възникват поради различни видове смущения.

Смущения от топлинно, светлинно, електромагнитно или вибрационно естество могат да доведат до фалшиви аларми на инфрачервените сензори. Въпреки факта, че съвременните инфрачервени сензори имат висока степен на защита от тези влияния, все пак е препоръчително да се придържате към следните препоръки:

въздушно течение

Термична интерференция - причинена от нагряване на температурния фон при излагане на него слънчева радиация, конвективни въздушни потоци от работата на радиатори на отоплителни системи, климатици, течение.
Електромагнитни смущения - причинени от смущения от източници на електрически и радиоизлъчвания към отделни елементи на електронната част на детектора.
Външни смущения - свързани с движението на малки животни (кучета, котки, птици) в зоната на засичане на детектора. Нека разгледаме по-подробно всички фактори, влияещи върху нормалната работа на пасивните оптико-електронни IR детектори.

Термични смущения

Това е най-опасният фактор, който се характеризира с промени в температурния фон на околната среда. Излагането на слънчева радиация причинява локално повишаване на температурата на отделни участъци от стените на помещението.

Конвективната интерференция се причинява от влиянието на движещи се въздушни потоци, например от течения с отворен прозорец, пукнатини в отворите на прозорците, както и по време на работа на битови отоплителни уреди - радиатори и климатици.

Електромагнитни смущения

Те възникват при включване на всякакви източници на електрическо и радио излъчване, като измервателна и битова техника, осветление, електродвигатели и радиопредавателни устройства. Силни смущения могат да бъдат причинени и от удари на мълнии.

Външна намеса

Малки насекоми като хлебарки, мухи и оси могат да бъдат уникален източник на смущения в пасивните оптико-електронни инфрачервени детектори. Ако се движат директно по лещата на Френел, може да възникне фалшива аларма на този тип детектор. Опасност представляват и така наречените домашни мравки, които могат да влязат в детектора и да пълзят директно върху пироелектрическия елемент.

Грешки при инсталиране

Специално място в неправилната или неправилна работа на пасивните оптико-електронни инфрачервени детектори заемат грешките при монтажа при извършване на работа по инсталирането на тези видове устройства. Нека обърнем внимание на фрапиращи примери за неправилно поставяне на IR детектори, за да избегнем това на практика.

На фиг. 6 а; 7 а и 8 а показват правилното, правилно инсталиране на детектори. Трябва да ги инсталирате само по този начин и по никакъв друг начин!

На фигури 6 b, c; 7 б, в и 8 б, в са представени варианти за неправилен монтаж на пасивни оптико-електронни IR детектори. С тази инсталация могат да се пропуснат реални прониквания в охранявани помещения, без да се издава сигнал „Аларма“.

Не монтирайте пасивни оптико-електронни детектори така, че да са изложени на пряка или отразена слънчева светлина, както и на фаровете на преминаващи автомобили.
Не насочвайте зоната на детектора към нагревателните елементи на отоплителните и климатичните системи, към пердета и завеси, които могат да се люлеят поради течение.
Не поставяйте пасивни оптико-електронни детектори в близост до източници на електромагнитно излъчване.
Запечатайте всички отвори на пасивния оптично-електронен инфрачервен детектор с уплътнителя, доставен с продукта.
Унищожавайте насекомите, които се намират в защитената територия.

Понастоящем има огромно разнообразие от инструменти за откриване, които се различават по принцип на работа, обхват, дизайн и работни характеристики.

Правилният избор на пасивен оптико-електронен инфрачервен детектор и мястото му за монтаж е ключът към надеждната работа на алармената система.

При написването на тази статия са използвани материали, наред с други неща, от списание „Системи за сигурност” № 4, 2013 г.

Дейността на нашия онлайн магазин за видеонаблюдение обхваща цялата гама оборудване за системи за сигурност и безопасност, която включва:

и още много

Извършвайки доставки в цяла Русия, нашата компания доставя стоки дори до най-отдалечените региони на страната. Стараем се да задоволим и най-взискателния клиент.

Специалистите на Актив-СБ разбират спецификата на работата на системите за сигурност и видеонаблюдение не само в Москва, но и в отдалечени региони с трудни климатични условия. Нашите служители ще ви предложат най-подходящите варианти както по отношение на функционалност, така и по цена, ще ви разкажат за техните възможности и ще обосноват необходимостта от използване на определени технически системи.
Търговската къща за системи за сигурност Aktiv-SB осигурява сервиз и гаранционна поддръжка на продадено оборудване, приема и проверява стоки с неподходящо качество и обменя дефектно оборудване.

Наши клиенти са търговски организации и крайни потребители, инсталационни компании и държавни предприятия. Повече от 50 000 регистрирани потребители на корпоративния сайт имат достъп до постоянно актуализирана база данни техническа документация, сертификати за съвременни системи за сигурност, а също така участват в партньорската програма и специалните промоции, провеждани от компанията.

За удобство на нашите взаимоотношения с клиентите си сътрудничим с монтажни организации, които са готови да инсталират системи за видеонаблюдение с всякаква сложност и винаги ще ви помогнат. Ето защо, ако е необходимо, можете не само да закупите оборудване от нас, но и например да поръчате инсталиране на системи за видеонаблюдение или да извършите поддръжка на други системи за сигурност.

Работата на нашия хипермаркет за системи за сигурност се основава на принципите на честност, откритост и почтеност. Ние гледаме в бъдещето с увереност и се стремим да се развиваме и подобряваме всеки ден.

Пасивен инфрачервен сензор за движение, захранван от ~220 V, се доставя в комплект с халогенен прожектор и е проектиран като едно устройство. Нарича се пасивен, защото не осветява контролираната зона с инфрачервено лъчение, а използва своето фоново инфрачервено лъчение, поради което е абсолютно безвреден

Предназначение на IR сензора и практическо приложение

Сензорът е проектиран да включва автоматично товар, например прожектор, когато движещ се обект навлезе в контролната му зона и да го изключи, след като обектът напусне зоната. Използва се за осветяване на фасади на къщи, дворове, строителни обекти и др.

Технически данни на PIR сензор модел 1VY7015

Захранващото напрежение на сензора и цялото устройство е ~220 V, консумацията на ток на самия сензор в режим на охрана е 0.021 A, което съответства на консумация на енергия от 4.62 W.

Естествено, когато включите халогенна лампа от 150 или 500 W, консумацията на енергия съответно се увеличава. Максимален радиус на засичане на движещ се обект (пред сензора) 12 m, зона на чувствителност в хоризонтална равнина 120...180°, регулируемо закъснение на светене (след като обектът напусне контролната зона) от 5...10 s до 10 ...15 мин. Допустимият температурен диапазон на работа е –10…+40°С. Допустима влажност до 93%.

IR сензорът може да бъде в един от следните режими. “Охранен режим”, при който “зорко” наблюдава контролираната зона и е готов да включи изпълнителното реле (товар) по всяко време. „Режим на аларма“, при който сензорът, използвайки изпълнително реле, включи товара, тъй като движещ се обект влезе в неговата контролирана зона. „Режим на заспиване“, при който сензорът, който е във включено състояние (под ток), през деня не реагира на външни стимули и с настъпването на здрача (тъмнината) автоматично превключва в „Режим на защита“. Този режим е предназначен да избегне включването на осветлението през деня. След подаване на захранване сензорът стартира в „Режим на аларма“ и след това преминава в „Режим на защита“.

Подобни сензори се продават и отделно. Те се използват много по-широко от комплект (прожектор със сензор), като според режима на захранване могат да бъдат проектирани за напрежение ~220 V или = 12 V.

Принцип на работа на пасивен инфрачервен сензор

Фоновото инфрачервено лъчение на контролираната зона се фокусира от предното стъкло (леща) върху фототранзистор, чувствителен към инфрачервени лъчи. Ниското напрежение, идващо от него, се усилва с помощта на операционни усилватели (op-amps) на микросхемата, включена в сензорната верига. IN нормални условияЕлектромеханичното реле за превключване на товара е изключено. Веднага щом в контролираната зона се появи движещ се обект, осветяването на фототранзистора се променя и той извежда променено напрежение на входа на операционния усилвател. Усиленият сигнал изважда веригата от баланс, задействайки реле, което включва товар, като например осветителна лампа. Веднага след като обектът напусне зоната, лампата продължава да свети известно време, в зависимост от зададеното време на електронното реле за време, след което преминава в първоначалното си състояние - „Режим на защита“.

Схематичната диаграма на пасивен инфрачервен сензор модел 1VY7015 е показана на фиг. 1. В сравнение с подобни 12V IR сензори, схемата на този модел е проста. Изчертава се според електрическата схема. Тъй като производителите не посочиха всички радиоелементи на електрическата схема, авторът трябваше да направи това сам. На платка с размери 80x68 mm се поставят монтирани радио елементи без използване на CHIP елементи.

Предназначение на основните радиоелементи на електрическата схема

1. Захранващият блок на сензора е без трансформатор, направен с помощта на охлаждащ кондензатор C2 с капацитет 0,33 μF x 400 V. След токоизправителния мост ценеровият диод ZD (1N4749) задава напрежението на 25 V, което се използва за захранване на намотката на реле K1, а стабилизаторът DA1 (78L08) от 25 V стабилизира 8 V, който се използва за захранване на чипа LM324 и цялата верига като цяло. Кондензатор C4 е изглаждащ кондензатор, а C3 предпазва сензора от високочестотни смущения.

2. Тритерминалният инфрачервен фототранзистор PIR D203C е „зоркото око” на сензора, неговият основен елемент, той издава „команда” за включване на изпълнителното реле при бърза промяна на инфрачервения фон на контролираната зона. Захранва се от +8 V през резистор R15. Кондензатор C13 е изглаждащ кондензатор, а C12 предпазва фототранзистора от високочестотни смущения.

3. Чипът LM324N (пазарна стойност $0,1) е основният усилвател на сензора. Състои се от 4 операционни усилвателя, които са свързани последователно (4 3 2 1) от сензорната верига (радиоелементи R7, C6; D1, D2; R21, D3), което осигурява високо усилване на сигнала, генериран от IR1 фототранзистор и висока чувствителност на целия сензор. Захранва се от 8 V ("плюс" - пин 4, "минус" - пин 11).

4. Предназначението на електромеханичното реле K1 модел LS-T73 SHD-24VDC-F-A (пазарна стойност $0,8) е да включи товара или по-скоро да му достави ~220 V. +25 V напрежение към намотката на релето се подава чрез транзистор VT1. Номиналното работно напрежение на намотката на релето е 24 V, а контактите му, според надписа на кутията, позволяват ток от 10 A при ~ 240 V, което поражда съмнения относно способността на такова малко реле да превключва натоварване от 2400 W. Чуждестранните производители често надценяват параметрите на своите радиоелементи.

5. Транзистор VT1 тип SS9014 или 2SC511 (пазарна стойност около $0,2). Основни гранични параметри: Uke.max=45 V, Ik.max=0,1 A. Осигурява включване/изключване на реле К1 в зависимост от съотношенията на напрежението (извод 1 на LM324N и колектор VT2) в основата му.

6. Мостът (R5, R6, R7, VR2, фоторезистор CDS) и транзисторът VT2 (SS9014, 2SC511) са предназначени да установят един от двата режима на работа на сензора: „Режим на защита“ или „Режим на заспиване“. Необходимият режим се осигурява от осветеността на фоторезистора CDS (той е този, който със своето съпротивление, което се променя в зависимост от осветеността, показва на сензора дали е ден или нощ) и позицията на променливия резистор VR2 (DAY LIGHT ) плъзгач. И така, когато плъзгачът на променливия резистор е в положение „Ден“, сензорът работи както през деня, така и през нощта, а в положение „Нощ“ – само през нощта, а през деня е в режим „заспиване“.

7. Регулируемо електронно реле за време (C14, R22, VR1) осигурява времезакъснение за изключване на светещата лампа от 5...10 s до 10...15 минути след напускане на обекта от контролираната зона. Регулирането се осъществява от променливия резистор TIME VR1.

8. Променливият резистор SENS VR3 регулира чувствителността на сензора чрез промяна на дълбочината на негатива обратна връзкав ОУ No3.

9. Веригата на амортисьора R1C1 абсорбира пренапреженията на напрежението, които възникват при включване/изключване на халогенната лампа.

10. Останалите радио елементи (например R16–R20, R11, R12 и т.н.) осигуряват нормална работа на операционния усилвател на чипа LM324N.

Когато започвате ремонт на инфрачервен сензор, трябва да запомните, че всички негови радиоелементи са под фазово напрежение, което е опасно за живота. При ремонт на такива устройства се препоръчва включването им чрез изолационен трансформатор. Сензорът работи надеждно и рядко се налага ремонт, но при повреда ремонтът започва с външен преглед на платката му. Ако не се установи повреда, трябва да проверите изходното напрежение на захранването (25 и 8 V). Захранващото устройство и всеки друг елемент на веригата (микросхема, транзистори, стабилизатор, кондензатори, резистори) могат да се повредят поради пренапрежения в захранващата мрежа или удари от мълния и, за съжаление, няма защита срещу тях в предоставена сензорна верига. Тестерът може да провери изправността на всички тези елементи, с изключение на микросхемата. Ако подозирате, че не работи, микросхемата може да бъде заменена. Слабата връзка в сензора може да бъде контактите на релето K1, тъй като те превключват значителни пускови токове на халогенната лампа; тяхната работа се проверява с тестер.

Настройка на IR сензора

Настройката на IR сензора се състои в правилното инсталиране на три регулиращи резистора, разположени в долната част на сензора (фиг. 2). Какво регулират тези резистори?

ВРЕМЕ– настройва времето за забавяне на изключване на халогенната лампа, след като обектът, който я е причинил, е напуснал контролираната зона. Диапазон на настройка от 5...10 s до 10...15 min.

ДНЕВНА СВЕТЛИНА– настройва сензора на „Режим на защита“ или „Режим на заспиване“ през деня. От физическа гледна точка, позицията на плъзгача на променливия резистор позволява или забранява сензора да работи при определени условия на осветление. Регулируем обхват на осветеност 30 лукса. Така че, ако регулаторът се завърти обратно на часовниковата стрелка (настроен на знака „полумесец“), тогава сензорът работи само на тъмно и „спи“ през деня. Ако го завъртите в крайно положение обратно на часовниковата стрелка (знакът „малко слънце“), сензорът работи както през деня, така и през нощта, т.е. цял ден. В междинна позиция между тези стойности сензорът може да премине в „Режим за сигурност“ още привечер. Сензорът автоматично превключва на един от горните режими.

SENS– настройва чувствителността на сензора, т.е. задава по-голяма или по-малка площ (или обхват) на контролираната зона.

Недостатъци на IR сензора

Недостатъците на ~220 V IR сензора са неговите фалшиви аларми. Това се случва при движение на клони на дървета или храсти, намиращи се в контролирана зона; от преминаваща кола или по-точно от топлината на двигателя й; от променящ се източник на топлина, ако е разположен под сензора; от резки промени в температурата поради пориви на вятъра; от светкавици и автомобилни фарове; от преминаването на животни (кучета, котки); Когато захранването мига, сензорът се задейства и лампата продължава да свети известно време. Недостатъците на гореописания сензор включват неработещото му състояние при липса на напрежение ~220 V. Броят на фалшивите аларми може да бъде намален чрез промяна на позицията на сензора.

Целта на предното стъкло е лещата на IR сензора. За да се разшири наблюдаваната зона до 120° и дори 180°, сензорната леща се прави полукръгла или сферична. При изработката (отливането) от вътрешната му страна са предвидени множество правоъгълни лещи. Те разделят контролирания сектор на малки зони. Всяка леща от своя собствена секция фокусира инфрачервеното лъчение в центъра на фототранзистора. Разделянето на контролираната зона на секции води до факта, че контролираната зона става ветрилообразна (фиг. 3). В резултат на това сензорът „вижда“ нарушителя само в черната зона, а в бялата зона е „сляп“. Тези зони, в зависимост от броя и размера на лещите, имат конфигурация, определена от проектантите. Използването на микропроцесори позволява да се премахнат редица от гореописаните недостатъци на тези сензори. Обективът е най-важният елемент на IR сензора. От това зависи колко широко „вижда“ сензорът хоризонтално и вертикално. Някои IR сензори имат сменяеми лещи, които създават наблюдавана зона за конкретна задача. Стъклото на обектива трябва да е непокътнато (да не е счупено), в противен случай конфигурацията на контролираната му зона е непредвидима.

Приложения за пасивни инфрачервени сензори

1. Осветление на различни помещения, т.е. автоматично включване/изключване на осветлението във входове, складове, апартаменти (къщи), стопански дворове и ферми. За да направите това, в зависимост от ситуацията, можете да използвате или гореописаните комплекти инфрачервени сензори с прожектори, или сензори, продавани отделно. Цената на комплекта (сензор с прожектор) с халогенна лампа 150 W е $8-14, а с лампа 500 W - $12-18. Монтирайте комплекта върху неподвижни обекти на височина 2,5...4,5 m (фиг. 4). Препоръчителни и допустими наклони на комплекта съгласно инструкциите са показани на фиг. 5.

Продаваните отделно пасивни инфрачервени сензори могат да бъдат проектирани за захранващо напрежение от ~220 V или +12 V. За осветление е по-добре да използвате ~220 V сензори; те са сравнително евтини (цена $8–14) и също изход ~ 220 V към товара, поради което е лесно да свържете електрически крушки към тях. Един вариант на такъв сензор, модел YCA 1009, е показан на фиг. 6. Съдържа само два регулиращи резистора: Time Delay, който регулира времето за изключване на товара, след като обектът напусне контролираната зона, и Light Control, който позволява или забранява работата на сензора през деня. Максимално допустимото натоварване е 1200 W. Ъгълът на видимост на контролираната зона е 180°, а максималната й дължина е 12 m.

От сензора излизат три цветни проводника, предназначени за свързване на мрежата и товара. Фигура 7 показва схема за свързване на такъв сензор към отделна ~220 V лампа, която може да се използва и като настолна лампа.

При свързване на сензора към съществуващото електрическо окабеляване на къщата (апартамента), т.е. За вече монтирани крушки и ключове е важно правилно да намерите общия проводник на сензора и да го комбинирате с електрическото окабеляване. Фигура 8, a, b показва диаграми на секцията на електрическото окабеляване преди включване на сензора и след включване. Ако използвате сензор за осветяване на верандата на къща, тогава е по-добре да инсталирате самия сензор близо до електрическата крушка.

Използването на IR сензори в осветителните вериги значително пести енергия и създава удобство при автоматичното им включване/изключване.

2. Автоматично включване на осветлението в апартаменти и къщи. В такава ситуация е по-добре да адаптирате сензора към настолна лампа, така че да може лесно да се изключва, когато не е необходим.

3. Уведомяване на собственика на къщата за пристигането на гостите. В този случай сензорът трябва да бъде насочен към вратата на оградата или пространството в близост до нея, а за звуково известяване използвайте звънец или друг звуков детектор, захранван от ~220 V.

4. Охрана на домакински двор, гараж, ферма, офис, апартамент. За тази цел можете да използвате и гореописаните евтини IR сензори, захранвани от ~220 V.

Такива сензори обаче имат голям недостатък: ако мрежата изчезне, те не работят, така че се използват само за защита на маловажни обекти. IR сензорите, захранвани от +12 V, нямат тези недостатъци, тъй като лесно се осигуряват резервно захранване от батерии. За целта е разработен малък контролен панел (RCD), който се монтира на стената. В него се помещават захранването, 12 V 4 Ah или 7 Ah батерии и електронни компоненти. Всички сензори на охранявания обект са свързани към един контролен панел, който им осигурява надеждно захранване, приема алармени сигнали от тях и ги предава на охраната. При липса на сигурност можете да свържете мощна звукова сирена към контролния панел, която ще изплаши нарушителите. По този начин за защита на важни обекти трябва да се използват комплекти контролни панели с 12 V IR сензори, между които се изтегля стандартен 4-жилен кабел (два проводника за 12 V захранване, два за алармен сигнал). Външни регулиращи резистори не са инсталирани на +12 V IR сензори, тъй като някои от техните функции се прехвърлят към „електронното пълнене“ на устройството на контролния панел.

За да защитите вашия двор, IR сензорите трябва да бъдат монтирани така, че да не се забелязват, в противен случай може да се повредят. За да направите това, инфрачервените сензори могат да бъдат инсталирани близо до прозорци вътре в къщата, насочвайки обектива си към защитените обекти. За защита на апартаменти и офиси IR сензориТе са инсталирани в ъгъла на стаите, а за защита на гаражи и ферми лещите им са насочени към входната врата. Както вече беше отбелязано, евтините инфрачервени сензори за ~220 V и 12 V имат редица недостатъци, като например задействането на сензора при преминаване на кучета, котки или мишки. За да елиминирате това явление, е необходимо да инсталирате IR сензор вътре в къщата на перваза на прозореца, да го насочите към двора и да поставите защитен екран пред него (фиг. 9). В този случай се образува "сляпа зона" между земята и зоната на улавяне на IR сензора, в която сензорът не реагира на малки натрапници, но ще реагира на преминаващ човек, тъй като човекът е по-висок от този зона.

В новите 12 V сензори дизайнерите, чрез усложняване на веригата и дизайна на сензора, елиминираха този недостатък. Така израелският IR сензор Crow SRX-1100 има добавен микропроцесор и инсталиран микровълнов радиоизлъчвател, който определя размера на нарушителя, сравнява го с установените прагове и решава дали да подаде команда на алармата или не. Дизайнерите от Япония и други страни решиха този проблем по различен начин. Те осигуряват изместване (вътре в IR сензора) на електронната платка с фототранзистора нагоре или надолу спрямо точката на фокусиране на стъклените лещи. В резултат на това най-близките до земята черни чувствителни сегменти се отрязват и близо до земята се създава „сляпа зона“, в която сензорът „не вижда“ малки животни. Височината на "сляпата зона" може да се регулира чрез същото изместване на електронното табло. Има и други начини да попречите на инфрачервените сензори да реагират на преминаването на малки животни. Решен е проблемът със задействането на IR сензора при осветяване от мълния или фарове на автомобила. Естествено, всички тези подобрения оскъпяват пасивните инфрачервени сензори, но повишават надеждността на сигурността.

Принципът на работа на пасивния ICSO.Принципът на работа на пасивната ICS се основава на запис на сигнали, генерирани от топлинния поток, излъчван от обекта на детекция. Полезният сигнал на изхода на безинерционен еднопозиционен приемник на радиация се определя от израза:

където S u е волтовата чувствителност на приемника на радиация, е промяната в големината на топлинния поток, падащ върху входния прозорец на оптичната система и причинен от движението на обекта в зоната на детекция.

Максималната стойност съответства на случая, когато обектът е изцяло в зрителното поле на ICS. Нека обозначим тази стойност като

Ако приемем, че загубите в оптичната система са толкова малки, че могат да бъдат пренебрегнати, ние ги изразяваме чрез параметрите на обекта и фона. Нека във фона, чиято повърхност има абсолютна температура Tf и излъчвателна способност д f, се появява обект, чиято абсолютна температура Тоб,и излъчване Eov. Областта на проекция на обект върху равнина, перпендикулярна на посоката на наблюдение, ще бъде означена с така,а зоната на фонова проекция в зрителното поле е B f. Тогава големината на топлинния поток, падащ върху входния прозорец на оптичната система, преди обектът да се появи, се определя от израза:

къде е разстоянието от входния прозорец до фоновата повърхност; 1. f - яркост на фона; S BX е зоната на входния прозорец на оптичната система.

Количеството топлинен поток, генериран от даден обект, се определя по подобен начин:

Където T - разстояние от ICSO до обекта; - яркост на обекта.

При наличие на обект, топлинният поток, падащ върху входния прозорец, се създава от обекта и тази част от фоновата повърхност, която не е екранирана от обекта, откъдето общият топлинен поток

Тогава промяната в топлинния поток на AF се записва като:

Ако приемем, че законът на Ламбърт е валиден за обекта и фона, ние изразяваме яркостта Lo6и b f чрез излъчване и абсолютни температури:

където е константата на Стефан-Болцман.

Замествайки и in, получаваме израз за AF по отношение на абсолютни температури и емисионни способности на обекта и фона:

За дадени параметри на оптичната система и приемника на лъчение, стойността на сигнала в съответствие с напълно се определя от промяната в облъчването DE.

Коефициентът на излъчване на човешката кожа е много висок, средно е 0,99 спрямо напълно черно тяло при дължини на вълните над 4 микрона. В инфрачервената област на спектъра оптичните свойства на кожата са близки до характеристиките на черното тяло. Температурата на кожата зависи от топлообмена между кожата и околната среда. Измерванията, извършени с помощта на термокамера Aga-750, показаха, че при температура на въздуха от +25 ° C, температурата на повърхността на дланта на човек варира в рамките на +32...+ 34 ° C, а при температура на въздуха + 19°C - в рамките на +28...+30°С. Наличието на дрехи намалява яркостта на даден обект, тъй като температурата на дрехите е по-ниска от температурата на голата кожа. При околна температура от +25°C, измерената средна температура на повърхността на тялото на човек, облечен в костюм, е +26°C. Коефициентът на излъчване на дрехите също може да бъде различен от този на голата кожа.

Други параметри, включени в израза, могат да приемат различни стойности в зависимост от конкретната ситуация и/или оперативна задача.

Нека разгледаме по-подробно процеса на генериране на сигнал и основните видове смущения, които влияят на фалшивото задействане на пасивната ICS.

Сигнализация.За по-добро разбиране на методите и алгоритмите за повишаване на шумоустойчивостта на ICS е необходимо да имате разбиране за основните параметри на сигнала - форма, амплитуда, продължителност, зависимост от скоростта на движение на човека и фоновата температура

Да разгледаме една зона за откриване на лъч с дължина 10 m с диаметър на лъча в основата на конуса 0,3 м. Приема се, че човек пресича зоната, нормална към нея, с максимална и минимална скорост на разстояние от приемника 10, 5 и 1 м. Формата на сигнала при пресичане на лъча на разстояние 10 м изглежда като триъгълник с максимум, когато зоната е напълно покрита. На фиг. 4.8.6 показва спектъра на този сигнал. Когато лъчът се пресича на по-късо разстояние, сигналът придобива формата на трапец със стръмни фронтове и спектърът на този сигнал приема формата, показана на фиг. 4.9.6.

Очевидно продължителността на сигнала е обратно пропорционална на скоростта на движение и разстоянието до приемника.

Реалният сигнал се различава от идеалната картина поради изкривявания, въведени от пътя на усилване и наслагването на хаотичен шум, създаден от колебанията на фоновата температура. Записите на реални сигнали, получени с помощта на домашния пиро приемник PM2D, са показани на фиг. 4.10. Тук са представени и неговите спектрални характеристики, получени чрез преминаване на действително записани сигнали през спектралния анализатор на компанията

Анализът на записите ни позволява да определим спектралния „прозорец“, необходим за предаване на сигнали, генерирани при преминаване на зоната навсякъде в целия скоростен диапазон от 0,1 до 15 Hz. В същото време в краищата на обхвата сигналът може да отслабне, тъй като пироелектричният детектор има амплитудно-честотна характеристика със спад в областта от 5... 10 Hz. За да се компенсира, е необходимо да се въведе специален коригиращ усилвател в пътя за обработка на сигнала, осигуряващ увеличение на честотната характеристика в областта на 5...20 Hz.

Температурен контраст.Амплитудата на сигнала, както вече беше споменато, се определя от температурния контраст между човешкото тяло и фона, към който е насочен лъчът. Тъй като фоновата температура се променя след промяната в стайната температура, сигналът, пропорционален на тяхната разлика, също се променя.

В точката, където температурата на човека и фона съвпадат, стойността на изходния сигнал е нула. При по-високи температури сигналът променя знака.

Фоновата температура в помещението отразява състоянието на въздуха извън помещението с известно закъснение поради топлинната инерция на конструктивните материали на сградата.

Температурният контраст зависи и от температурата на външната повърхност на човек, т.е. предимно от дрехите му. Освен това тук съществено се оказва следното обстоятелство. Ако човек влезе в стая, където е инсталиран ICSO отвън, например от улицата, където температурата може да се различава значително от температурата в помещението, тогава в първия момент топлинният контраст може да бъде значителен. След това, когато температурата на дрехите се „адаптира“ към стайната температура, сигналът намалява. Но дори след дълъг престой на закрито, силата на сигнала зависи от вида на облеклото. На фиг. Фигура 4.11 показва експерименталните зависимости на температурния контраст на човек от температурата на околната среда. Прекъснатата линия показва екстраполация на експериментални данни за температури над 40°C.

Засенчена зона 1 е набор от контрасти в зависимост от формата на облеклото, вида на фона, размера на човека и скоростта на неговото движение.

Важно е да се отбележи, че преходът на стойността на температурния контраст през нулата е настъпил само ако в температурния диапазон от 30...39,5 ° C измерванията са извършени след адаптиране на човек към отопляема стая за 15 минути. В случай на проникване в зоната на чувствителност към CO на човек, който преди това е бил в помещение с температура под 30°C или на открито с температура 44°C, нивата на сигнала в температурния диапазон 30...39,5 °C лежат в област 2 и не достигат нула.

Разпределението на температурата върху повърхността на човека не е равномерно. Най-близо до 36°C е на откритите части на тялото – лицето и ръцете, а температурата на повърхността на дрехите е по-близка до фона на помещението. Следователно сигналът на входа на пироелектричния детектор зависи от това коя част от тялото припокрива радиалната зона на чувствителност.

Разглеждането на процеса на формиране на сигнала ни позволява да направим следните изводи:

Амплитудата на сигнала се определя от температурния контраст между човешката повърхност и фона, който може да варира от части от градуса до десетки градуси;

Формата на сигнала е триъгълна или трапецовидна, продължителността на сигнала се определя от пресичането на зоната на лъча и при движение нормално към лъча може да варира от 0,05 до 10 s. При движение под ъгъл спрямо нормалата продължителността на сигнала се увеличава. Максималната спектрална плътност на сигнала е в диапазона от 0,15 до 5 Hz;

Когато човек се движи по лъча, сигналът е минимален и се определя само от разликата в температурата на отделните участъци от повърхността на човека и възлиза на части от градуса;

Когато човек се движи между лъчите, практически няма сигнал;

Когато стайната температура е близка до повърхностната температура на човешкото тяло, сигналът е минимален, т.е. температурната разлика е част от градуса;

Амплитудите на сигналите в различните лъчи на зоната на детекция могат да се различават значително една от друга, тъй като се определят от температурния контраст на човешкото тяло и фоновата област, към която е насочен този лъч. Разликата може да достигне десет градуса.

Смущения в пасивни ICSO.Нека да преминем към анализа на ефектите на смущения, които причиняват фалшиво активиране на пасивния ICSO. Под смущение разбираме всяко влияние на външната среда или вътрешен шум на приемното устройство, което не е свързано с движението на човек в зоната на чувствителност към CO.

Има следната класификация на смущенията:

Топлинни, причинени от нагряване на фона при излагане на слънчева радиация, конвекционни въздушни потоци от работата на радиатори, климатици, течения;

Електрически, причинени от смущения от източници на електрически и радиоизлъчвания към отделни елементи на електронната част на СО;

Присъщи, причинени от шума на пироелектрическия приемник и пътя на усилване на сигнала;

Външни лица, свързани с движението на малки животни или насекоми в зоната на чувствителност на CO по повърхността на входния оптичен прозорец на CO.

Най-значителната и "опасна" интерференция е топлинната интерференция, причинена от промени в температурата на фоновите зони, към които са насочени зоните на чувствителност към радиация. Излагането на слънчева радиация води до локално увеличениетемпература на отделни участъци от стената или пода на помещението. В този случай постепенната промяна на температурата не преминава през филтриращите вериги на устройството, но относително резки и „неочаквани“ температурни колебания, свързани например със засенчването на слънцето от преминаващи облаци или преминаването на превозни средства , причиняват смущения, подобни на сигнала от преминаването на човек. Амплитудата на смущението зависи от инерцията на фона, към който е насочен лъчът. Например, времето за промяна на температурата за гола бетонна стена е много по-дълго, отколкото за дървена или тапетна.

На фиг. Даден е запис на типична слънчева интерференция на изхода на пироелектрически детектор при преминаване на облак, както и неговия спектър.

В този случай промяната на температурата по време на слънчева интерференция достига 1,0...1,5 ° C, особено в случаите, когато лъчът е насочен към фон с ниска инерция, например към дървена стена или платнена завеса. Продължителността на такава намеса зависи от скоростта на засенчване и може да попадне в обхвата на скоростите, характерни за човешкото движение. Необходимо е да се отбележи едно съществено обстоятелство, което прави възможно борбата с такава намеса. Ако два лъча са насочени към съседни области на фона, тогава типът и амплитудата на интерферентния сигнал от излагане на слънце са почти еднакви във всеки лъч, т.е. има силна корелация на смущения. Това позволява подходящият дизайн на веригата да ги потиска чрез изваждане на сигнали,

Конвективната интерференция се причинява от влиянието на движещи се въздушни потоци, например течение с отворен прозорец, пукнатини в прозореца, както и битови отоплителни уреди - радиатори и климатици. Въздушните потоци причиняват хаотична флуктуационна промяна на фоновата температура, чиято амплитуда и честотен диапазон зависят от скоростта на въздушния поток и характеристиките на фоновата повърхност.

За разлика от слънчевото осветление, конвективните смущения от различни части на фона, действащи дори на разстояние 0,2...0,3 m, са слабо корелирани помежду си и тяхното изваждане няма ефект.

Електрически смущения възникват при включени източници на електрическо и радио излъчване, измервателна и битова техника, осветление, електродвигатели, радиопредавателни устройства, както и при колебания на тока в кабелната мрежа и електропроводите. Гръмотевичните разряди също създават значително ниво на смущения.

Чувствителността на пироелектрическия приемник е много висока - при промяна на температурата от 1°C, изходният сигнал директно от кристала е част от микроволта, така че смущението от източници на смущение от няколко волта на метър може да предизвика импулс на смущение, който е хиляди пъти по-висок от полезния сигнал. Повечето електрически шумове обаче имат кратка продължителност или стръмен ръб, което прави възможно разграничаването им от полезния сигнал.

Вътрешният шум на пироелектричния детектор определя най-високата граница на чувствителност на IRSO и има формата на бял шум. Поради това тук не могат да се използват методи за филтриране. Интензитетът на смущението се увеличава, когато температурата на кристала се повишава приблизително два пъти на всеки десет градуса. Съвременните пироприемници имат ниво на шум, съответстващо на промяна на температурата от 0,05...0,15°C.

Изводи:

1. Спектралния диапазон на смущението обхваща диапазона от сигнали и се намира в областта от фракции до десетки херца.

2. Повечето опасен поглединтерференция - слънчево осветяване на фона, въздействието на което повишава фоновата температура с 3...5°C.

3. Смущенията от слънчево осветление за близки области на фона са строго свързани помежду си и могат да бъдат отслабени при използване на двулъчева схема за изграждане на CO.

4. Конвективните смущения от топлинни битови уреди имат формата на флуктуационни произволни температурни колебания, достигащи 2...3°C в честотния диапазон от 1 до 20 Hz със слаба корелация между лъчите.

5. Електрическата интерференция е под формата на кратки импулси или стъпаловидни ефекти със стръмен фронт; индуцираното напрежение може да бъде стотици пъти по-високо от сигнала.

6. Вътрешният шум на пироелектрическия приемник, съответстващ на сигнала при промяна на температурата с 0,05...0,15°C, се намира в честотния диапазон, който покрива обхвата на сигнала, и се увеличава пропорционално на температурата приблизително два пъти за на всеки 10°C.

Методи за повишаване на шумоустойчивостта на пасивни ICS.Диференциален метод на прием F-лъчението стана доста широко разпространено. Същността на този метод е следната: с помощта на приемник с две площадки се формират две пространствено разделени зони на чувствителност. Сигналите, генерирани в двата канала, се изваждат взаимно:

Ясно е, че две пространствено разделени зони на чувствителност не могат да бъдат пресичани от движещ се обект едновременно. В този случай сигналите в каналите се появяват един след друг, следователно тяхната амплитуда не намалява. От формулата следва, че смущението на изхода на диференциалния приемник е нула, когато едновременно са изпълнени следните условия:

1. Формите на смущения в каналите са еднакви.

2. Амплитудите на смущението са еднакви.

3. Интерференциите имат еднаква времева позиция.

В случай на слънчева интерференция са изпълнени условия 1 и 3. Условие 2 е изпълнено само в случай, когато същият материал или ъгли на падане служат като фон и в двата канала слънчева енергияфонът е идентичен и в двата канала или в двата канала потокът от слънчева радиация пада върху цялата площ на фона, ограничавайки зоните на чувствителност. На фиг. Показана е зависимостта на амплитудата на шума на изхода на диференциалното стъпало от амплитудата на шума на неговия вход.

Параметърът е съотношението на амплитудите на смущаващите ефекти в каналите. В този случай се има предвид, че са изпълнени условия 1 и 3.

От фиг. Вижда се, че при достатъчно добро съвпадение на амплитудите на смущаващите въздействия в каналите се постига 5...10-кратно потискане на това смущение. При стойности U B xi/U б x2> 1.2 потискането на смущенията намалява и изходната характеристика =/ клони към подобна характеристика на единичен приемник.

Когато е изложен на конвективна интерференция, степента на нейното потискане от диференциалния приемник се определя от степента на нейната корелация в пространствено разделени точки от фоновата повърхност. Степента на пространствена корелация на конвективната интерференция може да бъде оценена чрез измерване на нейния интензитет с помощта на диференциални и конвенционални методи за приемане. Резултатите от някои измервания са показани на фиг. 4.14.

Оптимално честотно филтриране.Ефективното потискане на смущенията чрез този метод е възможно, когато има значителна разлика в честотните спектри на сигналите и смущенията. От горните данни следва, че в нашия случай няма такава разлика. Следователно използването на този метод за пълно потискане на смущенията не е възможно.

Основният тип шум, който определя чувствителността на ICS, е собственият шум на приемника. Следователно оптимизирането на честотната лента на усилвателя в зависимост от спектъра на сигнала и естеството на шума на приемника позволява да се реализират максималните възможности на приемната система.

Оптично спектрално филтриране.Същността на метода за оптично спектрално филтриране е същата като при оптималното честотно филтриране. При спектралното филтриране смущенията се потискат поради разликите в оптичните спектри на сигналите и смущенията. Тези разлики практически липсват за конвективната интерференция и за слънчевата интерференционна компонента, възникваща поради промени във фоновата температура под въздействието на слънчевата радиация, но спектърът на слънчевата интерференционна компонента, отразена от фона, се различава значително от спектъра на сигнала. Спектралната плътност на енергийната светимост на абсолютно черно тяло се определя по формулата на Планк:

къде е дължината на вълната; k - константа на Болцман; Т - телесна температура; h - константата на Планк; c е скоростта на светлината.

Графично представяне на функцията, нормализирана от, за контрастното излъчване на обекта и слънчевата радиация е представено на фиг. 4.15.

Според класическа теорияЛинейно оптимално филтриране, за да се осигури максимално съотношение сигнал/шум, спектралната лента на пропускане на оптичния филтър трябва да бъде съгласувана със спектъра на контрастното излъчване на обекта и да има формата, показана на фиг. 4.15.

Безкислородното стъкло IKS-33 най-пълно отговаря на това условие сред комерсиално произвежданите материали.

Степента на потискане на слънчевите смущения от посочените филтри за различни фонове е показана в табл. 4.1. Таблицата показва, че най-голямото потискане на слънчевите смущения се постига от филтъра IKS-33. Черният полиетиленов филм е малко по-нисък от IKS-33.

По този начин, дори при използване на филтъра IKS-33, слънчевите смущения се потискат само 3,3 пъти, което не може да доведе до радикално подобряване на шумоустойчивостта на пасивно оптично детектиращо устройство.

Оптимално пространствено честотно филтриране.Известно е, че характеристиките на откриване при условия на оптимално линейно филтриране са уникално свързани със съотношението сигнал / шум. За да ги оцените и сравните, е удобно да използвате количеството

където U е амплитудата на сигнала; е спектралната плътност на мощността на сигнала; е спектралната плътност на мощността на смущението.

Маса 1. Степента на потискане на слънчевите смущения от различни филтри за различни среди

Във физическото си значение количеството е отношението на енергията на сигнала към спектралната плътност на мощността на смущението. Очевидно е, че при промяна на плътния ъгъл на елементарната зона на чувствителност се променя интензитетът на смущенията, излъчвани от фона и влизащи в приемния канал. В същото време амплитудата на сигнала зависи от геометричната форма на елементарната зона на чувствителност. Нека разберем при каква конфигурация на елементарната зона на чувствителност стойността μ достига максималната си стойност, за която разглеждаме най-простия модел на детекция. Нека зоната на чувствителност на IRSO е неподвижна спрямо фона и откритият обект се движи с нея ъглова скорост Vo6спрямо точката на наблюдение. Зоната на чувствителност и обектът в равнината, нормална към оптичната ос, са правоъгълни, а ъгловите размери на обекта и зрителното поле са толкова малки, че с достатъчна степен на точност можем да разгледаме

където е телесният ъгъл, под който обектът е видим; е телесният ъгъл на зоната на чувствителност; е ъгловият размер на обекта, съответстващ на

съответно в хоризонтална и вертикална равнина; ъглов размер на зоната на чувствителност съответно в хоризонтална и вертикална равнина;

Енергийната яркост на обекта В е еднаква по цялата му повърхност, а спектралната плътност на енергийната яркост на фоновия шум е еднаква по цялата му повърхност. Сигналът и фоновият шум се добавят. Обектът се движи равномерно в равнината на ъгъл a„. Енергийният приемник е безинерционен, квадратен. Сигналът от приемника се подава към регулируем оптимален филтър. Тогава спектралната плътност на мощността на фоновия шум на изхода на приемника ще се определя от израза:

Където копт- коефициент на пропускане на оптичната система; ДА СЕ T- коефициент на предаване на пътя на разпространение на сигнала; ДА СЕ П- чувствителност на приемника.

Когато обект пресече зрителното поле, на изхода на приемника се генерира сигнален импулс, чиято форма и спектърът, ако има такъв, се определят от изразите:

където U0 е сигнален импулс с единична амплитуда; - спектър на сигнален импулс с единична амплитуда.

За фоново излъчване на смущение, чиято спектрална плътност на мощността има формата, изходната стойност на безинерционния приемник в съответствие с израза се определя като

Характерът на зависимостта на количеството от има формата, показана на фиг. 4.16. От горното следва, че за да се осигури максимално съотношение сигнал/фонов шум, формата на зоната на чувствителност трябва да бъде съобразена с формата на обекта.

За случай на променлив фонов шум максимална стойностСъотношението сигнал/фонов шум се постига, когато геометричната форма на елементарната зона на чувствителност съвпада с формата на обекта. Това заключение се отнася и за случая на импулсна слънчева интерференция. Това се потвърждава от очевидния факт, че когато телесният ъгъл на зоната на чувствителност се увеличава от стойност, равна на телесния ъгъл, под който обектът е видим, амплитудата на сигнала не се променя, а амплитудата на слънчевата интерференция нараства пропорционално на плътен ъгъл на зоната на чувствителност. Това означава, че методът за оптимално пространствено-честотно филтриране позволява да се увеличи шумоустойчивостта на пасивно оптично детектиращо устройство както към конвективни, така и към слънчеви смущения.

Двулентов метод за приемане на инфрачервено лъчение.Същността на този метод е да се въведе втори канал в ICS, който осигурява приемането на инфрачервено лъчение във видимия или близкия инфрачервен диапазон, за да се получи допълнителна информация, която разграничава сигнала от смущения. Използването на такъв канал заедно с основния канал в една стая е неефективно, тъй като и сигналът, и смущението при наличие на осветление се формират и в двата спектрални диапазона. Много по-ефективно е да се използва канал за видим диапазон, когато е инсталиран извън защитени помещения, на места, недостъпни за блокиране на този канал с изкуствени източници на светлина. В този случай, когато слънчевата осветеност се промени, каналът генерира сигнал, който забранява възможното активиране на ICSO под въздействието на слънчева интерференция. С тази организация двулентовият метод позволява напълно да се премахнат фалшивите аларми на ICS, които са възможни поради появата на слънчеви смущения. Възможността за блокиране на топлинния канал за времетраенето на смущението е очевидна.

Параметрични методи за повишаване на шумоустойчивостта на ICS.Основата на параметричните методи за повишаване на шумоустойчивостта на ICSI е идентифицирането на полезни сигнали чрез един или набор от параметри, характерни за обектите, причиняващи появата на тези сигнали. Като такива параметри могат да се използват скоростта на движение на обекта, неговите размери и разстоянието до обекта. На практика, като правило, специфичните стойности на параметрите не са известни предварително. Въпреки това има известно поле за тяхното дефиниране. Така скоростта на ходене на човек е по-малка от 7 m/s. Комбинацията от такива ограничения може значително да стесни обхвата на определяне на полезния сигнал и следователно да намали вероятността от фалшиви аларми.

Нека разгледаме някои начини за определяне на параметрите на обект по време на неговото пасивно оптично откриване. За определяне на скоростта на движение на обекта, линейния му размер по посока на движението и разстоянието до него е необходимо да се организират две паралелни зони на чувствителност, разположени в равнината на движение на обекта на определено основно разстояние L. Тогава лесно се определя, че скоростта на движение на обекта е нормална спрямо зоните на чувствителност

където е времето на забавяне между сигналите в приемащите канали.

Линеен размер на обект Бобв равнината, нормална към зоните на чувствителност, се определя като

къде е тио .5 - продължителност на сигналния импулс при ниво U=0,5U макс.

При условието разстоянието до обекта се определя от израза

където е ъгловият размер на елементарната зона на чувствителност в радиани; е продължителността на фронта на импулса на сигнала.

Получени стойности на параметрите Уоб, b^, D o6 се сравняват със зоните на тяхното определение, след което се взема решение за откриване на обекта. В случай, че организирането на две паралелни зони на чувствителност е невъзможно, параметрите на сигналния импулс могат да служат като идентифициращи параметри: време на нарастване, продължителност на импулса и др. Основното условие за прилагането на този метод е широката честотна лента на приемащия път, необходима за приемане на сигнала без изкривяване на формата му, т.е. в този случай използването на оптималния метод за филтриране е изключено. Параметърът, който не се изкривява в процеса на оптимално филтриране, е продължителността на забавянето между сигналите, което възниква в пространствено разделени канали. Следователно идентификацията с помощта на този параметър може да се извърши без разширяване на честотната лента на приемащия път. За идентифициране на полезен сигнал в ICS с многолъчева зона на чувствителност според параметъра m 3 е необходимо той да се формира в равнината на движение на обекта с помощта на независими приемници.

Като пример, нека разгледаме областите за определяне на параметрите на импулса на сигнала и стойността на m 3 за еднопозиционен ICS с многолъчева зона на чувствителност с реални стойности на ъгловата дивергенция на елементарната зона на чувствителност a p = 0,015 rad, размерът на входната зеница d = 0,05 m и ъгълът между зоните на чувствителност a p = 0,3 rad.

Продължителността на импулса при нулево ниво се определя от израза

Диапазон на определяне на продължителността на импулса за диапазон на скорост V О 6 =0.1.7.0 m/s, е t io =0.036... 4.0 s. Динамичен диапазон

Диапазонът на определяне на продължителността на импулса на ниво 0,5U max вече е 0,036... 2,0 s, а динамичният обхват

Продължителността на фронта на импулса на сигнала се определя от израза

Откъде идва обхватът на дефиницията и динамиката

диапазон

Продължителността на забавянето между импулсите, възникващи в съседни канали, може да се определи по формулата:

Диапазонът за определяне на стойността на закъснението е 0...30 s. При приетата стойност d=0,05 m и обхват на обхват D o6 = 1...10 m обхватът на детекция е 4,5...14,0, а динамичният обхват е 3,1.

При d=0 динамичен диапазон за всички диапазони Направи6=0...10 m.

Така най-стабилният идентифициращ параметър е стойността m 3 /tf.

Поради отбелязаната в разд. 4.3 е възможно напълно да се откажете от него с помощта на параметъра

Използването на независими канали позволява да се повиши устойчивостта на устройството към конвективни смущения, тъй като окончателното решение за откриване се взема само ако сигналите са открити в поне два канала през определен интервал от време, определен от максималното възможно забавяне на сигнален импулс между каналите. В този случай вероятността от фалшива аларма се определя от израза

къде е радар 1. RLSG - вероятността от фалшива аларма в отделни канали.

Сравнителен анализ на методите за повишаване на шумоустойчивостта на ICS.Обсъдените по-горе методи за повишаване на шумоустойчивостта на ICSO са доста разнообразни както по своята физическа същност, така и по сложност на изпълнение. Всеки от тях поотделно има както определени предимства, така и недостатъци. За удобство при сравняване на тези методи въз основа на съвкупността от положителни и отрицателни качества, ще съставим морфологична таблица. 4.2.

Таблицата показва, че нито един метод не може напълно да потисне всички смущения. Въпреки това, едновременното използване на няколко метода може значително да повиши шумоустойчивостта на ICSO с леко усложнение на устройството като цяло. Въз основа на комбинацията от положителни и отрицателни качества, най-предпочитаната комбинация е: спектрално филтриране + пространствено-честотно филтриране + параметричен метод.

Нека разгледаме основните методи и инструменти, прилагани на практика в съвременните ICSS, които позволяват да се осигури достатъчно висока вероятност за откриване с минимална честота на фалшиви аларми.

За защита на приемащото устройство от излагане на радиация извън спектралния диапазон на сигнала се вземат следните мерки:

Входният прозорец на пиромодулът е покрит с германиева плоча, която не пропуска радиация с дължина на вълната по-малка от 2 микрона;

Входният прозорец на целия СО е изработен от полиетилен с висока плътност, който осигурява достатъчна твърдост за поддържане на геометрични размери и в същото време не пропуска радиация в диапазона на дължината на вълната от 1 до 3 μm;

Таблица 2. Методи за повишаване на шумоустойчивостта на ICSO

	Положителни черти	Отрицателни качества
Диференциал		Ниска устойчивост на шум срещу некорелирани смущения
Честотно филтриране	Частично потискане на слънчевите и конвективни смущения	Сложност на изпълнение за многоканални системи
Спектрално филтриране	Лекота на изпълнение. Частично потискане на слънчевите смущения.	Конвективните смущения не се потискат
Двулентов	Пълно потискане на слънчевите смущения, Лесна обработка	Възможност за блокиране на продукта от външни източници на светлина. Конвективните смущения не се потискат. Необходимостта от допълнителен оптичен канал
Оптимално пространствено честотно филтриране	Частично потискане на фоновите и слънчевите смущения. Лекота на изпълнение	Необходимостта от използване на приемници с специална формачувствителна зона
Параметрични методи	Частично потискане на фоновия шум. Значително потискане на слънчевите смущения	Сложност на пътя за обработка

Френеловите лещи са изработени под формата на концентрични кръгове, щамповани върху повърхността на входния прозорец от полиетилен с фокусно разстояние, съответстващо на максималното ниво на радиация, характерно за температурата на човешкото тяло. Излъчванията с други дължини на вълната ще бъдат „замъглени“, когато преминават през тази леща и по този начин ще бъдат отслабени.

Тези мерки позволяват хиляди пъти да намалят влиянието на смущенията от източници извън спектралния диапазон и да осигурят способността на ICSO да работи в условия на силно слънчево осветление, използване на осветителни лампи и др.

Мощно средство за защита срещу термични смущения е използването на двупозиционен пироприемник с образуване на двулъчева зона на чувствителност. Сигналът, преминаващ от човек, се появява последователно във всеки от двата лъча и топлинният шум е до голяма степен корелиран и може да бъде отслабен с помощта на проста схема за изваждане. Всички съвременни пасивни ICSO използват двуплочни елементи, а най-новите модели използват и четворни пироелементи.

В началото на нашето разглеждане на алгоритмите за обработка на сигнали трябва да се направи следната забележка. За да обозначат алгоритъм, различните производствени компании могат да използват различна терминология, тъй като производителят често дава уникално име на определен алгоритъм за обработка и го използва под собствената си марка, въпреки че по същество може да използва всякаква традиционен методанализ на сигнала, използван и от други компании.

Алгоритъм оптимална филтрациявключва използване не само на амплитудата на сигнала, но и на цялата му енергия, т.е. произведението на амплитудата и продължителността. Допълнителна информативна характеристика на сигнала е наличието на два фронта - на входа на „лъча“ и на изхода му, което ви позволява да настроите много смущения, които имат формата на „стъпка“. Например в IKSO Vision-510 процесорът анализира биполярността и симетрията на формата на сигнала от изхода на диференциален пироелектричен приемник. Същността на обработката е да се сравни сигнал с два прага и в някои случаи да се сравни амплитудата и продължителността на сигнали с различни полярности. Възможна е и комбинация от този метод с отделно преброяване на превишенията на положителните и отрицателните прагове. Компанията PARADOX даде на този алгоритъм името Entry/Exit Analysis.

Поради факта, че електрическите смущения имат или кратка продължителност, или стръмен ръб, за повишаване на шумоустойчивостта е най-ефективно да се използва алгоритъм за разстройване - идентифициране на стръмен ръб и блокиране на изходното устройство за продължителността на неговото действие. По този начин се постига стабилна работа на СО дори при условия на интензивни електрически и радиосмущения в диапазона от стотици килохерци до един гигахерц при напрегнатост на полето до SE/m. Паспортите за съвременни ICSO показват устойчивост на електромагнитни и радиочестотни смущения с напрегнатост на полето до 20...30 V/m.

Следващият ефективен метод за повишаване на устойчивостта на шум е използването на верига "броене на пулса"Диаграмата на чувствителност за най-често срещаните "обемни" CO има многолъчева структура. Това означава, че при движение човек пресича няколко последователни лъча. Нещо повече, техният брой е правопропорционален на броя на лъчите, образуващи зоната за откриване на CO и разстоянието, изминато от човек. Изпълнението на този алгоритъм варира в зависимост от модификацията на SO. Най-често се използва ръчна настройка на превключвателя за отчитане на определен брой импулси. Очевидно в това отношение, с увеличаване на броя на импулсите, шумоустойчивостта на ICSO се увеличава. За да работи устройството, човек трябва да пресече няколко лъча, но това може да намали способността за откриване на устройството поради наличието на „мъртви зони“. PARADOX ICSO използва патентован алгоритъм за обработка на сигнала за пироприемника APSP, който осигурява автоматично превключване на броенето на импулси в зависимост от нивото на сигнала. При сигнали с високо ниво детекторът незабавно генерира аларма, работейки като праг, а при сигнали с ниско ниво автоматично превключва в режим на броене на импулси. Това намалява вероятността от фалшиви аларми, като същевременно запазва същата способност за откриване.

В ICSO Enforcer-QX се използват следните алгоритми за броене на импулси:

SPP - броенето на импулси се извършва само за сигнали с редуващи се знаци;

SGP3 - броят се само групи от импулси с противоположна полярност. Тук възниква алармено състояние, когато се появят три такива групи в рамките на определено време.

IN последни модификацииВеригата ICSO се използва за повишаване на шумоустойчивостта "адаптиран прием".Тук прагът на реакция автоматично следи нивото на шума и когато се увеличи, той също се увеличава. Този метод обаче не е лишен от недостатъци. При модел на чувствителност с много лъчи е много вероятно един или повече лъчи да бъдат насочени към зона с интензивна интерференция. Това задава минималната чувствителност на цялото устройство, включително тези лъчи, при които интензивността на смущенията е незначителна. Това намалява общата вероятност за откриване на цялото устройство. За да се премахне този недостатък, се предлага да се „идентифицират“ лъчите с максимално ниво на шум, преди да се включи устройството и да се засенчат с помощта на специални непрозрачни екрани. В някои модификации на устройства те са включени в пакета за доставка.

Анализът на продължителността на сигналите може да се извърши както чрез директен метод за измерване на времето, през което сигналът надвишава определен праг, така и в честотната област чрез филтриране на сигнала от изхода на пироелектрическия детектор, включително с помощта на "плаващ" праг,в зависимост от обхвата на честотния анализ. Прагът на реакция се задава на ниско ниво в рамките на честотния диапазон на полезния сигнал и на повече високо нивоизвън този честотен диапазон. Този метод е включен в Enforcer-QX ICSO и е патентован под името IFT.

Друг вид обработка, предназначена да подобри характеристиките на ICSO, е автоматична температурна компенсация.В температурния диапазон на околната среда от 25...35°C чувствителността на пироприемника намалява поради намаляване на топлинния контраст между човешкото тяло и фона, а при по-нататъшно повишаване на температурата чувствителността отново се увеличава, но „с обратен знак“. В така наречените „конвенционални“ вериги за температурна компенсация температурата се измерва и когато се повиши, автоматично се повишава по-силно. При "истински"или "двупосочен"компенсация се отчита увеличението на топлинния контраст за температури над 25...35°C. Използването на автоматична температурна компенсация осигурява почти постоянна IR чувствителност в широк температурен диапазон. Такава термична компенсация се използва в ICSO от PARADOX и S&K SYSTEMS.

Изброените видове обработка могат да се извършват по аналогов, цифров или комбиниран начин. В съвременния ICSO все повече се използват цифрови методи за обработка, като се използват специализирани микроконтролери с ADC и сигнални процесори, което позволява детайлна обработка на „фината“ структура на сигнала, за да се разграничи по-добре от фоновия шум. Наскоро се появиха съобщения за разработването на напълно цифрови ICSO, които изобщо не използват аналогови елементи. В този ICSO сигналът от изхода на пироприемника се подава директно към аналогово-цифров преобразувател с висок динамичен диапазон и цялата обработка се извършва в цифрова форма. Използването на напълно цифрова обработка ви позволява да се отървете от такива „аналогови ефекти“ като възможни изкривявания на сигнала, фазови измествания и излишен шум. Digital 404 използва патентования алгоритъм за обработка на сигнала на SHIELD, който включва APSP и анализира параметри на сигнала като амплитуда, продължителност, полярност, енергия, време на нарастване, форма на вълната, време на начало и ред. Всяка последователност от сигнали се сравнява с модели, съответстващи на движение и смущения, и дори типът на движение се разпознава и ако критериите за аларма не са изпълнени, данните се съхраняват в паметта за анализ на следващата последователност или цялата последователност се потиска. Комбинираното използване на метална екранировка и софтуерно потискане на шума направи възможно повишаването на устойчивостта на Digital 404 към електромагнитни и радиочестотни смущения до 30...60 V/m в честотния диапазон от 10 MHz до 1 GHz.

Известно е, че поради случайния характер на полезните и смущаващите сигнали, най-добрите алгоритми за обработка са тези, базирани на теорията на статистическите решения. Съдейки по изявленията на разработчиците, тези методи започват да се използват в най-новите модели IKSO от S&K SYSTEMS.

Най-общо казано е доста трудно да се прецени обективно качеството на използваната обработка, въз основа само на данните на производителя. Косвени признаци на CO с високи тактически и технически характеристики могат да бъдат наличието на аналогово-цифров преобразувател, микропроцесор и голям обем използвани програми за обработка.