Журнал ТЗ № 6 2011 | Подземные датчики для охраны периметров
  бюро находок  
  Где искать        
наши издания
наши анонсы






2011
№ 6
статьи



Журнал ТЗ № 6 2011



Раздел:
Тема: Системы охраны периметра
Автор: Борис ВВЕДЕНСКИЙ, кандидат физико-математических наук

Подземные датчики для охраны периметров

Рис. 1. Принцип формирования чувствительной зоны излучающими кабелями

В этой части статьи мы рассмотрим системы охраны периметров с излучающими кабелями, установленными под землей. Первые зарубежные разработки систем с подземными излучающими кабелями относятся к 1970-м гг. В 1990-х эти разработки уже вышли на промышленный уровень и привлекли внимание таких серьезных заказчиков, как оборонные ведомства. С тех пор интерес к подземным системам с излучающими кабелями остается стабильно высоким.
Сенсорами таких систем являются коаксиальные радиочастотные кабели с разреженной внешней оплеткой или с небольшими регулярными отверстиями во внешнем проводящем экране. Иногда такие кабели носят название «линия вытекающей волны» (ЛВВ).
Два таких излучающих кабеля, расположенных параллельно друг другу, служат передающей и приемной антеннами, между которыми формируется объемное электромагнитное поле (рис. 1). Излучаемое передающей антенной поле регистрируется приемным кабелем, который подключен к приемному модулю. Когда в зону чувствительности кабелей попадает посторонний предмет (нарушитель), то принимаемый сигнал изменяется по фазе и амплитуде и приемный модуль генерирует сигнал тревоги.

Рис. 2. Поперечное сечение объемной зоны чувствительности радиоволновой системы

Характерной особенностью всех систем с излучающими кабелями является то, что их чувствительная зона является трехмерной, т. е., кроме длины у нее есть определенная ширина и высота (рис. 2). В результате система позволяет обнаруживать человека, находящегося на некотором расстоянии (до нескольких метров) от границ охраняемого объекта. При этом более массивные предметы (автомобиль, грузовик и т. п.) будут обнаружены на более значительных расстояниях – до нескольких десятков метров от сенсоров. Все это следует учитывать при проектировании систем с излучающими кабелями, особенно если охраняемый объект расположен в зоне плотной застройки или вблизи автомобильных дорог.
К привлекательным чертам подземных систем следует отнести скрытную установку сенсоров. Такие системы не требую наличия физических оград, а также позволяют точно следовать неровностям профиля почвы или изгибам линии периметра.
Сенсорные кабели можно монтировать в обычном грунте, а также устанавливать под бетонными, асфальтовыми или гравийными покрытиями.
Общим недостатком таких систем является их чувствительность к наличию вблизи охраняемой зоны металлических предметов (оград, подземных силовых и коммуникационных кабелей, трубопроводов) или водных потоков (как наземных, так и подземных). На работу систем могут влиять также крупные деревья, растущие вблизи охраняемого рубежа.
Ниже мы рассмотрим некоторые примеры практической реализации подземных систем охраны периметров с излучающими радиочастотными кабелями.

Система Рафид (Rafid)
Структурная схема системы Рафид (фирма Geoquip, Великобритания) показана на рис. 3. Сенсорные кабели (передающий и приемный) монтируются под землей на расстоянии примерно 2 м друг от друга. При этом ширина чувствительной зоны составляет около 3 м (в зависимости от установки чувствительности). Максимальная длина охраняемой зоны составляет 150 м. На одном краю зоны устанавливаются приемный модуль и анализатор, который выполняет обработку сигналов приемного кабеля. На противоположном краю зоны расположен передающий модуль, подключенный к передающему кабелю.

Рис. 3. Структурная схема системы Рафид

Расположение приемника и передатчика на противоположных краях зоны не является случайным. Дело в том, что интенсивность излучаемого передающим кабелем поля максимальна вблизи передатчика. В то же время эффективность приемного кабеля выше всего вблизи приемного модуля. Если расположить оба этих модуля на одном и том же краю зоны, то система будет обладать неоднородной по длине зоны чувствительностью: она будет максимальна вблизи электронных модулей и минимальна на удаленном краю зоны. Разнесение приемника и передатчика позволяет скомпенсировать неоднородность параметров вдоль зоны охраны.

Рис. 4. Сенсорный кабель системы Рафид

На рис. 4 показана фотография сенсорного кабеля системы Рафид. Монолитный центральный провод коаксиального кабеля окружен диэлектриком. Экранирующая оплетка, выполненная из медных проводников, не является сплошной: между проводниками оплетки имеются зазоры, которые обеспечивают функционирование кабелей в качестве антенн – передающей и приемной. При установке кабелей под землей их рекомендуется помещать в гофрированный пластиковый шланг диаметром 50–75 мм. Шланг должен иметь небольшие регулярные отверстия, которые необходимы для отвода попадающей в шланг воды. Шланги с кабелями располагаются в траншеях сечением примерно 25 х 25 см, заполненных сухим песком или гравием. Такая подготовка позволяет в некоторой степени стабилизировать электромагнитные параметры почвы вблизи кабелей и снизить влияние изменяющихся или неоднородных характеристик грунта на чувствительность системы.

Рис. 5. Приемный модуль и анализатор системы Рафид

Система Рафид работает на одной из 16 фиксированных частот в диапазоне 40–41 МГц. На рис. 5 показан анализатор системы, конструктивно объединенный с приемным модулем. Приемник системы выделяет флуктуации амплитуды и фазы принимаемого радиочастотного сигнала и передает их на анализатор. Настройка процессора осуществляется непосредственно на периметре при имитации реальных вторжений. Для настройки системы не требуется внешних программаторов или компьютеров. С помощью встроенного жидкокристаллического дисплея анализатора можно выбрать один из нескольких алгоритмов генерации сигнала тревоги и задать чувствительность в каналах регистрации фазы и амплитуды. Настройки, защищенные паролем, выполняются с помощью регуляторов, находящихся на плате. Анализатор снабжен встроенной памятью на 256 событий (тревога, вскрытие, смена параметров и др.) с метками времени и даты.
Приемник и анализатор системы Рафид размещены в герметизированном алюминиевом корпусе с размерами 330 х 230 х 102 мм. Передатчик поставляется в аналогичном по конструкции корпусе размерами 260 х 160 х 90 мм. Оба корпуса герметизированы по нормам IP65. Для питания всего комплекта используется общий источник 12 В / 650 мА. Диапазон рабочих температур системы – от -40 ОС до +70 О С.

Система Перимитракс (Perimitrax)
Одной из самых известных радиоволновых систем с подземными сенсорами является система Перимитракс (Perimitrax) канадской компании Senstar. В качестве сенсоров здесь использованы специально разработанные коаксиальные кабели с проводящим экраном из фольги (рис. 6). Экран не является сплошным – он выполнен с продольным зазором, благодаря которому сенсор выполняет функции «линии вытекающей волны», т. е. излучающего кабеля.

Рис. 6а. Сенсорный кабель SC1 системы Перимитракс

Рис. 6б. Сенсорный кабель SC2 системы Перимитракс

Сенсорные кабели системы Перимитракс выпускаются в двух вариантах. Протяженный сенсор типа SC1 (рис. 6а) представляет собой пару из передающего и приемного кабелей, конструктивно объединенных в общей защитной оболочке с внешним сечением 8,5 х 15 мм. Сенсор типа SC2 (рис. 6б) состоит из пары отдельных кабелей диаметром 8 мм, которые располагаются на расстоянии 2 м друг от друга. В первом случае, с сенсорами SC1, подземная прокладка кабелей упрощается, так как необходимо устраивать только одну траншею. Для такого сенсора ширина чувствительной зоны составляет примерно 2 м при высоте около 1 м. Для прокладки раздельных кабелей (SC2) необходимы две параллельные траншеи на расстоянии 2 м друг от друга. При этом поперечные размеры чувствительной зоны составляют соответственно около 3 м (ширина) и 1 м (высота). Сенсоры обоих типов укладывают в грунт или под асфальт на глубину от 6 до 23 см. Кабели типа SC2 при укладке ориентируют так, чтобы зазоры экранирующей оплетки были обращены вверх. Это позволяет сконцентрировать электромагнитное поле над поверхностью земли, уменьшив зависимость поля от влажности почвы и других природных факторов.
В отличие от системы Рафид, передающий и приемный модули системы Перимитракс располагаются на одном и том же краю зоны. Компенсация неоднородности чувствительности по длине зоны достигается за счет того, что ширина зазора в проводящем экране кабеля не является постоянной: она увеличивается по мере удаления от электронного приемопередающего модуля системы. За счет этого удается компенсировать неоднородность потерь в кабелях и сделать чувствительность однородной в пределах всей длины зоны охраны. Сенсорные кабели поставляются комплектами с фиксированной длиной: 50, 100, 150 и 200 м. Каждый сенсор снабжен соединительным (пассивным) коаксиальным кабелем длиной 20 м для подключения к электронному модулю.
Электронный модуль системы Перимитракс поддерживает две зоны охраны длиной до 200 м каждая. До 4 электронных блоков можно объединить в общую сеть, обеспечивающую охрану периметра общей длиной до 1600 м (8 зон по 200 м).
В сетевой версии питание электронных блоков и передача сигналов тревоги осуществляются непосредственно по сенсорным кабелям.
Излучатели и приемники двухзонного электронного модуля системы работают на двух фиксированных частотах: 40.665 и 40.695 МГц, что позволяет устранить интерференционные помехи между соседними зонами. Диапазон рабочих температур системы – от -40О до +70 ОС.
По заявлению фирмы-изготовителя система с вероятностью 99% обнаруживает нарушителя с массой более 34 кг, перемещающегося со скоростями от 0,025 до 15 м/с. При этом система не срабатывает на птиц или мелких животных массой менее 10 кг.

Система ОмниТракс (OmniTrax)
Эта система, разработанная компанией Senstar сравнительно недавно, является логическим развитием системы Перимитракс. В качестве сенсорных элементов здесь могут использоваться сенсоры предыдущего поколения SC1 или SC2, а также новый сенсорный кабель ОС2 (рис. 7). Сенсор ОС2 по конструкции похож на одиночный кабель SC2, отличаясь от него более крупными размерами. Внешний диаметр кабеля с двойной защитной оболочкой равен 12 мм, диаметр центрального проводника – 2,5 мм. Поперечные размеры чувствительной зоны системы с двумя раздельными кабелями аналогичны соответствующим параметрам системы Перимитракс.

Рис. 7. Сенсорный кабель ОС2 системы охраны ОмниТракс

Основное отличие системы ОмниТракс от системы предыдущего поколения состоит в том, что в передающий кабель подается не непрерывный радиочастотный сигнал, а кодированный импульсный сигнал. Анализ принимаемого сигнала позволяет не только обнаруживать нарушителя, но и определять место вторжения с точностью до 1 м. К электронному модулю подключаются две зоны охраны длиной до 400 м каждая. Специальная обработка сигналов с локализацией точки вторжения позволяет программно конфигурировать для каждого из процессора до 50 отдельных сегментов периметра, в каждом из которых формируется индивидуальный сигнал тревоги.

Рис. 8. Электронный процессор системы ОмниТракс с двумя сенсорными кабелями ОС2

Анализаторы системы ОмниТракс (рис. 8) можно включать в общую сеть, в которой сенсорные кабели используются также для подачи питания на электронные модули и для передачи сигналов тревоги и диагностики на пост управления.
Согласно спецификации изготовителя, система ОмниТракс с вероятностью 99% обнаруживает нарушителя массой более 35 кг, который пересекает охраняемый рубеж со скоростью от 0,05 до 8 м/сек. Заявляемая вероятность ложной тревоги составляет при этом не более одной ложной тревоги в месяц на одну зону охраны (400 м).

Система МайкроТрек (MicroTrack)
Чувствительными элементами системы МайкроТрек (компания Southwest Microwave, США) служат два излучающих кабеля, расположенных параллельно друг другу на расстоянии 2 м (рис. 9). Сенсорные кабели устанавливаются в грунт на глубину 10–23 см, хотя разработчики системы указывают, что глубина закладки кабелей не оказывает существенного влияния на конфигурацию чувствительной зоны. Типовые поперечные размеры зоны составляют 3 м (ширина) и 1 м (высота). Поперечные размеры чувствительной зоны зависят от проводимости почвы, поэтому для минимизации поглощения электромагнитного излучения рекомендуется устанавливать сенсорные кабели в траншеях, заполненных песком. Коаксиальный сенсорный кабель с разреженной экранирующей оплеткой содержит двойную защитную оболочку (майлар и полиэтилен) со специальным заполнением, препятствующим проникновению влаги внутрь кабеля. Внешний диаметр кабеля – 10,3 мм.

Рис. 9. Укладка подземных сенсорных кабелей системы МайкроТрек

Сенсорные кабели выпускаются в двух стандартных длинах: 110 м и 210 м. Кабели поставляются с заранее подключенными разъемами, соединительными пассивными кабелями и концевыми модулями, что важно для сохранения герметичности при подземной установке.
Анализатор системы (рис. 10) поддерживает две зоны охраны длиной до 200 м каждая. Несколько анализаторов можно включить в сеть, где питание и передача тревожных сигналов осуществляются по сенсорным кабелям. Напряжение питания электронных процессоров – от 1 до 48 Вольт постоянного тока. Диапазон рабочих температур системы – от -40 ОС до +70 ОС.
Отличительная особенность системы – использование многочастотного сигнала, подаваемого в передающий кабель. Специальный алгоритм обработки принимаемого сигнала позволяет не только обнаруживать вторжение, но и определять место вторжения с точностью не хуже 3 м.
Каждая из зон охраны (длиной до 200 м) программно разделяется на 100 отдельных сегментов. Сигналы в каждом из сегментов обрабатываются индивидуально. Это дает возможность задавать чувствительность в каждом из сегментов, компенсируя тем самым локальные неоднородности электромагнитных параметров почвы.
Программа управления системой охраны отображает состояние в каждом из сегментов и позволяет при необходимости корректировать настройку параметров на отдельных участках периметра.

Рис. 10а. Коаксиальный сенсорный кабель с регулярными отверстиями в экранирующей оплетке

Несколько общих выводов:

1. Радиочастотные системы охраны периметра с подземными излучающими кабелями («линиями вытекающей волны») позволяют обнаруживать отдельного нарушителя, обеспечивая объемную зону чувствительности с типовой шириной 3 м и высотой 1 м. 2. Подземное расположение сенсорных кабелей обеспечивает точное следование профилю почвы и скрытную установку компонентов охранной системы.
3. Длина отдельной зоны охраны обычно составляет не более 400 м. Некоторые из охранных систем с подземными излучающими кабелями позволяют определять место вторжения с точностью до 2–3 м. Современные системы с излучающими кабелями могут подключаться к сетевым комплексам контроля и управления, используемым для охраны протяженных периметров.

4. Сенсорные кабели нельзя устанавливать вблизи массивных металлических конструкций, автомобильных дорог, электрических кабелей, трубопроводов.
5. Почва над сенсорными кабелями должна быть свободна от скоплений дождевой воды или водных потоков.
6. Системы с излучающими кабелями являются активными, т. е. их можно обнаружить радиотехническими методами. Такие системы могут быть подвержены электромагнитным помехам. В некоторых случаях активность охранных систем огранивает возможности их применения.

Рис. 10б. Электронный модуль системы МайкроТрек на испытательном полигоне фирмы Southwest Microwave


Внимание! Копирование материалов, размещенных на данном сайте допускается только со ссылкой на ресурс http://www.tzmagazine.ru

Рады сообщить нашим читателям, что теперь нашем сайте работает модуль обратной связи. Нам важна ваша оценка наших публикаций! Также вы можете задавать свои вопросы.Наши авторы обязательно ответят на них.
Ждем ваших оценок, вопросов и комментариев!
Добавить комментарий или задать вопрос

Правила комментирования статей

Версия для печати

Средняя оценка этой статьи: 5  (голосов: 1)
Ваша оценка:

назад
|

Axis представляет сетевой радар для точного обнаружения вторжений в контролируемых зонах
Компания Axis дополняет свой обширный портфель продукции сетевыми радарами. Радарные датчики вторжения не реагируют на многие распространенные сигналы, которые приводят к ложным срабатываниям, и легко устанавливаются и интегрируются в существующие системы.



Новинка от компании IDIS: 5Мп IP-видеокамера DC-T3533HRX
Тенденции развития индустрии IP-видеонаблюдения демонстрируют погоню производителей за увеличением разрешающей способности видеокамер. При этом часто оказывается так, что озвучиваемые цифры в 4, 9, 12 и даже 20 мегапикселей оказываются несопоставимыми с физическими размерами сенсоров, используемых в этих камерах. Поэтому подобные разрешения реализуются лишь на уровне соответствующих цифр в настройках камеры и не приводят к какому-либо улучшению изображения.



IBM меняет представление о передаче и хранении видео. Впервые на All-over-IP 2017!
Сравните ваш взгляд на интеллектуальное видеонаблюдение с мнением руководителей корпорации IBM на 10-м форуме All-over-IP 2017.



Реклама
Подписка на новости
Имя
E-mail
Анти-спам код
Copyright © 2008 —2017 «Технологии защиты».