Сегодня на рынке представлено большое количество охранных детекторов и извещателей движения, как зарубежного, так и российского производства. При этом одни устройства стоят дешевле других и достаточно трудно разобраться почему так различается цена.
Дело в том, что детекторы и извещатели движения работают по разному используя отличные друг от друга принципы обнаружения движения.
В этой статье мы рассмотрим основные методы детекции движения, к которым можно отнести: ультразвуковое, пассивное инфракрасное (ПИК), доплеровское радиоволновое (СВЧ) и комбинированное, включающее в себя ПИК/СВЧ.
Нужно сразу отметить, что сегодня ультразвуковые и СВЧ-извещатели практически не применяются, по причине достаточно сложной настройки и частым ложным срабатываниям из-за вибрации.
А вот пассивное инфракрасное и комбинированные детекторы движения получили широкое распространение. Их работу мы и рассмотрим.
ПАССИВНЫЕ ИНФРАКРАСНЫЕ ДЕТЕКТОРЫ
Чувствительным элементом пассивных инфракрасных детекторов и извещателей является пироэлемент, который реагирует на изменение потока инфракрасного излучения, падающего на его поверхность, изменением амплитуды сигнала на своих контактах.
ИК-излучение фокусируется на пироэлементе оптической системой устройства детекции движения, представляющей собой линзу Френеля или сегментированное зеркало. Благодаря этому в зоне обнаружения ПИК-извещателя образуются зоны чувствительности, при пересечении которых нарушителем сигнал с пироэлемента изменяется.
Самым простым алгоритмом обработки сигнала с пироэлемента является метод счета импульсов. Движение нарушителя, поочередно пересекающего положительные и отрицательные элементарные зоны чувствительности, создает на выходе пироэлемента сигнал с поочередно изменяющейся полярностью.
Пороговый компаратор сравнивает значение уровня сигнала пироэлемента с пороговым значением и в случае его превышения выдает импульс на счетчик.
Детектор выдает сигнал тревоги обычно при поступлении 5-7 импульсов. Если в течение определенного времени (около 5 с) после первого импульса количество импульсов не достигает этого значения, то ждущий мультивибратор сбрасывает счетчик и счет начинается заново.
Таким образом, срабатывание детектора происходит при пересечении нарушителем расстояния 2-3 м в зоне обнаружения.
Однако проблема состоит в том, что датчик, работающих на этом принципе не сработает если нарушитель в зоне обнаружения будет двигаться с неравномерной скоростью, например рывками или периодически останавливаясь через 1-2 шага, что приводит к сбросу счетчика импульсов.
А вот детекторы такого же типа, но с микропроцессорной обработкой сигнала таких проблем не имеют.
Микропроцессор в таких устройствах обрабатывает сигнал с пироэлемента по нескольким критериям, в частности, по амплитуде, полярности, энергии и временным характеристикам.
В память детекторов записывается определенный набор шаблонов сигналов от различных источников ИК-излучения, такие как человек, животные, птицы и т.д. С данными шаблонами сравниваются полученные значения и при обнаружении нужного объекта включается сигнал тревоги тревоге. Количество таких может быть в несколько тысяч.
При этом, решение о тревоге может происходить даже по одному импульсу, если в шаблоне четко прописан тип сигнала при обнаружении человека.
Движение нарушителя в зоне обнаружения детектора, как правило, создает один большой импульс и несколько небольших, что позволяет сразу же включить сигнал тревоги уже по первому импульсу, имеющему соответствующие временные характеристики.
Данный принцип работает намного быстрее, чем у детекторов, ведущих счет импульсов. Кроме того, такой метод обработки сигнала позволяет обнаружить нарушителя, двигающегося неравномерно.
При этом детектор,не срабатывает, например, при работе устройств для обогрева помещения, которые создают один большой и несколько, следующих за ним, маленьких импульсов, вызванных колебаниями температуры сразу после включения обогревателя.
Вызвано это тем, что устройство детекции движения видит, что его временные характеристики не удовлетворяют критериям длительности импульса, какой бывает при детекции человека. Сымитировать такой сигнал человеку практически невозможно.
Одной из наиболее популярных функций детекторов и извещателей движения является температурная компенсация. Вызвано это тем, что изменение температуры в помещении приводит к уменьшению разности температур фона и тела человека, а следовательно, и к уменьшению сигнала на выходе пироэлемента.
В такой ситуации необходимо усиление сигнала с пироэлемента, чтобы извещатель срабатывал при движении нарушителя. За это усиление сигнала и отвечает температурная компенсация.
Для этого могут использоваться терморезисторы, регулирующие коэффициент усиления сигнала. При этом коэффициент усиления будет линейно возрастать с увеличением температуры в помещении, поэтому такая температурная компенсация называется линейной.
Этот метод хорошо работает при температурах ниже температуры тела человека. Но дальнейшее увеличение коэффициента усиления приводит к тому, что при температурах выше температуры тела человека извещатель имеет слишком большой уровень сигнала. Это приводит к значительному повышению уровня ложных срабатываний, что недопустимо при охране объектов.
А вот при динамической температурной компенсации, такой проблемы нет. Коэффициент усиления сигнала в данном случае определяется микропроцессором, анализирующим сигнал с датчика температуры.
При возрастании температуры до температуры тела человека извещатель увеличивает коэффициент усиления сигнала, но при превышении температурой этого значения коэффициент усиления сигнала начинает уменьшаться, таким образом нормализуя амплитуду сигнала. Извещатели с динамической температурной компенсацией сохраняют свою работоспособность при температурах выше +40° C. Но самое главное, они не реагируют на источники ложных срабатываний, такие как потоки воздуха, насекомые, мелкие животные и т.п.
Еще одним из важнейших свойств пассивных инфракрасных детекторов является устойчивость к внешней засветке. При засветке фарами автомобиля или солнечным светом устройство может выдать сигнал тревоги.
Данная проблема решается при использовании оптических фильтров пироэлемента и специальных фильтров оптической системы детектора. Но они снижают возможности детекции, т.к. дополнительная оптическая фильтрация, кроме белого света, уменьшает и поток ИК-излучения.
В современных детекторах данного типа для повышения устойчивости к засветке применяют активное подавление белого света. Метод заключается в использовании дополнительного датчика белого света, представляющего собой фотодиод, расположенный внутри детектора.
При превышении сигналом с фотодиода определенного порога, детектор игнорирует превышение порога на пироэлементе. Например, засветка фарами автомобиля вызовет срабатывания в ПИК-каналах обнаружения, но при этом синхронно с сигналами с пироэлементов сработает датчик белого света. В этом случае извещатель не выдаст сигнал тревоги.
Но самое главное заключается в том, что если нарушитель захочет обмануть такой детектор, имитируя его засветку фонариком, то устройство обнаружит движение нарушителя и засветку, выдав сигнал тревоги. Почему? Все просто — сигналы с пироэлемента и датчика белого света не синхронизируются в данном случае, поэтому извещатель обнаруживает нарушителя и засветку.
КОМБИНИРОВАННЫЕ ПИК/СВЧ ДЕТЕКТОРЫ
Принцип работы СВЧ-извещателей и детекторов движения основан на эффекте Доплера, когда отраженный от движущегося объекта радиосигнал меняет свою частоту (доплеровский сдвиг) в зависимости от направления движения относительно источника радиосигнала.
Радиоволновые доплеровские детекторы сильно подвержены воздействию помех, связанных с вибрациями, поэтому сегодня применяются комбинированные ПИК/СВЧ-извещатели и детекторы, которые выдают сигнал тревоги только при срабатывании обоих каналов обнаружения.
Данный метод позволяет снизить уровень ложных срабатываний, но вот обнаружение движения по-прежнему на низком уровне. Поэтому сегодня появились устройства с более сложными алгоритмами обработки сигналов с разных чувствительных элементов, позволяющими значительно повысить возможность обнаружения движущихся объектов, а также снизить уровень ложных срабатываний, в том числе при обнаружении в зоне действия детектора животных.
Современные комбинированные детекторы и извещатели имеют адаптивные пороги срабатывания. Самонастраивающиеся пороги СВЧ-канала обнаружения предназначены для снижения уровня ложных срабатываний при повышении уровня шумов в зоне обнаружения детектора.
Более интересны алгоритмы обработки сигналов, предназначенные для улучшения обнаружительной способности комбинированных устройств детекции движения. В них один из каналов обнаружения меняет свой порог срабатывания в зависимости от уровня сигнала в другом канале. Например, при обнаружении движения в СВЧ-канале ПИК-канал уменьшает свой порог срабатывания, увеличивая, таким образом, вероятность обнаружения нарушителя.
