Контакты
Подписка
МЕНЮ
Контакты
Подписка

ТЕСТ. Комбинированные ПИК/СВЧ-извещатели для установки внутри помещений

В рубрику "В центре внимания. Тесты " | К списку рубрик  |  К списку авторов  |  К списку публикаций

ТЕСТ

Комбинированные ПИК/СВЧ-извещатели для установки внутри помещений

Тестирование проведено и предоставлено компанией "УльтраСтар"

Вначале нашего обзора мы хотели бы выразить признательность компаниям, которые предоставили нам оборудование для проведения практических тестов, а именно: производителям -"Теко" (извещатель "Астра-551"), "Аргус-Спектр" (извещатели "Сокол-2", "Сокол-4") и дистрибьюторам - "Сатро-Паладин" (извещатели LC-103, LC-104 от компании DSC), "АРМО-Системы" (извещатель Cobalt Pro от компании Satel), "Teoc" (извещатели 525D Vision от компании Paradox Security Systems), "АППРО" (извещатели DT-515, DT-7550 от компании Honeywell), "Импалс" (извещатели Next Duo K9-85 и Tower-12AM от компании Visonic). Компания "УльтраСтар" предоставила извещатели KX15DT и TMD15 производства компании Pyronix. Отдельно отметим компанию "Аргус-Спектр", которая предоставила нам лабораторию и организовала содействие своих специалистов в проведении отдельных испытаний, а также компанию "Импалс", которая для тестирования извещателей на устойчивость к электромагнитному излучению предоставила передатчик дальнего действия.

Охранный комбинированный извещатель, который имеет в своем составе пассивный инфракрасный (ПИК) и радиоволновой (СВЧ) детектор, предназначен для обнаружения нарушителя, движущегося в объеме охраняемого пространства. Основная особенность комбинированного извещателя - работа двух каналов обнаружения с логикой "И", что является основным фактором снижения ложного срабатывания извещателя. 

Комбинация ПИК- и СВЧ-каналов не единственная - существуют извещатели, которые сочетают в себе пассивный инфракрасный и активный ультразвуковой детектор. Но их всех объединяет наличие двух каналов, базирующихся на абсолютно разных физических принципах. К настоящему времени наибольшую популярность в мире завоевали именно ПИК/СВЧ-извещатели. Вторичный ультразвуковой канал в комбинированных из вещателях получил меньшее распространение. Хотя данную разновидность извещателя можно встретить в ассортименте некоторых российских и зарубежных производителей. Объяснением тому может служить повышенная чувствительность извещателей к перемещению воздушных потоков, что ограничивает их область использования. Из-за наличия двух каналов обнаружения стоимость комбинированных извещателей как минимум в два раза выше стоимости извещателей с одноканальным методом обнаружения. В развитых зарубежных странах цена не является столь критичным фактором закупки, так как большинство охранных предприятий сильно заинтересовано в снижении уровня ложных срабатываний. Для крупных мониторинговых компаний, насчитывающих десятки и сотни тысяч абонентов, снижение риска ложных срабатываний может привести к финансовому выигрышу по сравнению с использованием обычных ПИК-извещателей. В России таких компаний пока единицы, что и определяет меньшее распространение подобных устройств. На наш взгляд, это лишь временное явление, доля комбинированных из вещателей будет постоянно расти.

Для настоящего тестирования мы решили взять извещатели только с объемной зоной обнаружения и с настенным вариантом установки Каждому участнику было предложено отобрать для тестирования по две модели, которые можно сгруппировать по какому-то ключевому признаку. Ряд компаний по тем или иным причинам смогли предоставить только по одному изделию. В итоге у нас оказалось не более двух десятков моделей извещателей, которые удалось сгруппировать по наличию или отсутствию функции "Антимаскирование".



Паспортные данные извещателей, комплектация и цены

В табл. 1-2 приводятся технические характеристики, которые были взяты из инструкций по установке и ответов на запросы к участникам тестирования. Кроме технических параметров в данных таблицах указаны комплектация извещателя и его розничная цена. Из комплектации мы выделили наличие в базовой поставке кронштейна, так как его отсутствие влечет дополнительные расходы со стороны покупателя.




Обозначения, принятые в таблице
В таблицах мы объединили в отдельные подгруппы параметры, которые относятся к разным секциям извещателя: ПИК и СВЧ. В таблицах были использованы некоторые сокращения.
  1. Оптическая система. FF - плоская линза Френеля, SF - сферическая линза Френеля, CF - линза Френеля сложной формы, SC - сферическая линза с сегментами цилиндрической формы, CIF - цилиндрическая линза Френеля, М - зеркальная оптика.
  2. Алгоритм обработки. АРС - аналоговый подсчет импульсов, DPC - цифровой подсчет импульсов, ААРС - адаптивный аналоговый подсчет импульсов, ADPC - адаптивный цифровой подсчет импульсов, ДП - динамический порог срабатывания, ЦОС - цифровая обработка сигнала, РЧ - регулировка чувствительности, ФЛИ - фильтрация воздействия от люминесцентных ламп.
ПИК-секция извещателя
Важным компонентом ПИК-извещателя является оптическая система. Существует всего 2 основных вида оптических систем - линза и зеркало. В большинстве извещателей из данного тестирования оптические системы относятся к первому виду, кроме извещателя Tower-12AM (компания Visonic).

Следует обращать внимание на следующие параметры:
  • количество уровней чувствительных секторов в вертикальной плоскости и их число в каждом уровне;
  • форма линзы (плоская, цилиндрическая или сферическая).
Другим важным компонентом ПИК-извещателя является пироприемник. Различают 2- и 4-элементный (площадочный) сенсор. Последний тип сенсора имеет преимущество по уровню помехозащищенности, так как введение дополнительных площадок позволяет реализовать дополнительные элементы в алгоритм обработки сигнала по вертикальной плоскости. В первой группе (табл. 1) большинство извещателей имеют 2-площадочные ИК-сенсоры.

СВЧ-секция извещателя
Основное отличие микроволнового от ИК-извещателя - наличие активного компонента, который излучает в окружающее пространство электромагнитное излучение в СВЧ-диапазоне частот. Принцип действия основан на эффекте Допплера - изменение частоты отраженного сигнала от движущегося предмета по отношению к опорному сигналу. В связи с этим возникает несколько эффектов. Во-первых, в отличие от ПИК-извещателя, СВЧ-детектор наиболее чувствителен к радиальному перемещению объекта. Во-вторых, любые тела имеют отражательную, поглощающую и проникающую способность СВЧ-излучения. Например, тепловой поток воздуха, который может воздействовать на ИК-секцию, не оказывает влияния на распространение электромагнитных волн. Это полезное свойство. Но стены в помещении (если они полностью неметаллические) и оконное стекло частично пропускают СВЧ-излучение наружу. А это уже негативный фактор, который может послужить источником ложного срабатывания микроволновой секции. Ведь предполагается, что извещатель должен защищать само помещение, а не прилегающий коридор, по которому могут проходить люди. Проникающая способность микроволнового излучения зависит от ее частоты. В подавляющем большинстве извещателей используется два диапазона частот: S и X. Первый соответствует интервалу частот 2,7...3,1 ГГц и характеризуется большей проникающей способностью, чем Х-диапазон (10 ГГц), который, в свою очередь, имеет большую проникающую способность, чем излучение К-диапа-зона (22...24 ГГц). В-третьих, СВЧ-антенны имеют задние лепестки диаграммы направленности, что может увеличить вероятность ложного срабатывания извещателя. В-четвертых, в одном помещении возможна установка только одного извещателя, если производитель не предпринял специальных мер (например, производит и поставляет в одной партии извещатели с разными частотными литерами).

Следует отметить еще один важный момент -режим работы микроволновой секции. Некоторые производители реализовывают следующий режим работы комбинированного извещателя -анализ сигналов СВЧ-секции начинается только после регистрации движения в ИК-кана-ле. Поэтому в табл. 1-2 приведены такие параметры СВЧ-секции, как рабочая частота, частотные литеры, регулировка дальности и режим работы.

Алгоритмы обработки сигналов
Мы заметили, что практически все производители могут предоставить краткое описание алгоритма работы ИК-секции в своих моделях, но скрывают детали работы СВЧ-секции. Свои соображения по данному моменту мы изложим ниже. Здесь же остановимся на ИК-секции. Четко просматривается 2 типа алгоритмов: "пороговые" (аналоговый или цифровой подсчет импульсов) и "цифровые" (аналогово-цифровое преобразование и дальнейшая цифровая обработка). Каждый производитель имеет свою модификацию этих алгоритмов. В большинстве комбинированных извещателей реализована только логика "И", то есть извещатель переходит в режим тревоги при обнаружении нарушителя по двум каналам в некотором интервале времени. Но в некоторых моделях можно выставить логику "ИЛИ": обнаружение нарушителя по любому каналу переводит извещатель в режим тревоги, что повышает вероятность обнаружения. Данный режим используется в помещениях, для которых требуется повышенная степень защиты.

Функция "Антимаскирование"
Данная функция служит для предотвращения блокировки оптической системы извещателя различными предметами. Основными вариантами "маскирования" извещателя является помещение перед извещателем предмета или напыление на линзу извещателя материала, который приводит к поглощению или отражению теплового излучения от нарушителя. Соответственно извещатель без функции "Антимаскирование" становится "слепым" и не может выполнить возложенную на него задачу. Естественно, выполнить "маскирование" можно тогда, когда система не находится в режиме охраны, а к извещателю можно беспрепятственно подойти на расстояние ближе 1-2 м. Для таких объектов, как музеи, галереи или библиотеки, важность наличия функции "Антимаскирование" становится очевидной. Особенно обращаем внимание на различные методы реализации данной функции в представленных моделях. Все эти методы можно разделить на три типа. Первый и самый простейший метод основан на регистрации множественных срабатываний СВЧ-канала извещателя при полном отсутствии обнаружения ИК-кана-лом. Фактически это пассивный способ, который не позволяет точно определить, что является причиной: "маскирование" детектора, неисправность ИК- или СВЧ-канала. Хотя, безусловно, это лучше того, что можно ожидать от стандартного ПИК-извещателя.

Второй метод является аналогом способа, который используется в пожарных дымовых извещателях. Вот его краткое описание: в извещатель помещают два диода -один излучающий, другой принимающий. В норме на приемник излучение от диода не поступает, но, если вблизи извещателя появляется отражающий объект, приемник начинает принимать отраженное излучение, что является основанием для констатации факта "маскирования". Главный недостаток данного метода -сложность регистрации струи распыленного поглощающего материала. Если материал уже попал на линзу, то описанный метод не всегда способен это обнаружить.

Третий, самый надежный способ основан на анализе СВЧ-поля вблизи извещателя и анализе работы ИК-секции.

Дополнительные особенности
Основная часть данного подраздела составляет спецификация элементов, по которым можно определить состояние всех каналов обнаружения. К таким элементам мы отнесли светодиодные индикаторы и сигнальные реле по каждому каналу извещателя. Читатель вправе спросить, разве имеет большое значение, сколько индикаторов в извещателе - один или несколько? Как оказывается, имеет. Дело в том, что иногда только благодаря наличию этих элементов инсталлятор может проверить работу СВЧ-секции, за которую заказчик платит немалые дополнительные деньги. Представьте себе ситуацию, когда производитель в погоне за удешевлением своего изделия сэкономил на качестве СВЧ-секции извещателя. Что он сделает в первую очередь, чтобы скрыть это от инсталлятора? Конечно же, он сделает так, чтобы проверяющий смог видеть результат работы только извещателя в целом, а не отдельных его каналов. В данном случае даже наличие раздельной индикации в режиме тестирования не является 100%-ной гарантией того, что в рабочем режиме извещатель будет соответствовать заявленным характеристикам.

Для некоторых извещателей второй группы мы указали класс извещателя по зарубежным стандартам. Так, уровень Grade 3 указывает на наличие: функции "Антимаскирование", раздельного мониторинга СВЧ- и ИК-канала, индикации неисправности по любому каналу. Возможность выбора оконечного резистора (EOL) шлейфа сигнализации на плате извещателя - конструктивного элемента в некоторых моделях, который предназначен для того, чтобы сделать процесс монтажа проще и качественнее. Прочие особенности извещателей, такие кактамперный контакт, дистанционное включение светодиодов, отдельных пояснений не требуют.

Тестирование извещателей

В табл. 3-4 приведены сводные результаты тестирования по следующим испытаниям:
  1. обнаружительная способность извещателей в центральной зоне к тангенциальному передвижению источника на максимальной дальности и вблизи извещателя (саботажная зона);
  2. обнаружительная способность извещателей к радиальному движению человека (от дальней зоны кизвещателю);
  3. устойчивость к внешней засветке;
  4. устойчивость к воздействию электромагнитного поля;
  5. устойчивость к воздействию люминесцентных ламп;
  6. проверка функции антимаскирования;
  7. дальность СВЧ-канала обнаружения и задней зоны диаграммы направленности. Обозначения, которые приняты в таблицах: V - результат теста положительный, X - отрицательный, Нет -  отсутствие регулировки или параметра, Н/Д - нет возможности проверить (по разным причинам).
Отметим два существенных момента, которые необходимо принимать во внимание при интерпретации полученных результатов. Во-первых, проверка обнаружительной способности извещателя проводилась в относительно небольшом помещении (максимальная сторона не более 15 м). В помещении такого размера большинство представленных моделей извещателей способно хорошо регистрировать вторичный отраженный сигнал от цели. СВЧ-излучение практически полностью заполняет весь объем помещения, поэтому испытание обнаружительной способности извещателя в комбинированном режиме основывалось на проверке параметров только ПИК-секции. Это относится к стандартному и радиальному тестам. Для проверки максимальной дальности и задней зоны диаграммы СВЧ-канала испытание проводилось в большом зале (18x18 м).



Зона обнаружения, стандартный тест

В данном испытании использовалась стандартная мишень, имеющая разницу температур относительно фона около 4 °С, высотой 150 см, шириной 30 см и глубиной верхней части 23,5 см. Скорость цели задавалась 0,3 и 3,0 м/с. Извещатель крепился на рекомендованной высоте установки. Измерения проводились для двух вариантов регулировки чувствительности извещателя (максимальная и норма). Тест считался успешным, если на паспортном расстоянии детектор выдавал извещение о проникновении при перемещении мишени с заданной скоростью. Максимальная дальность ограничивалась размерами помещения (12 м). Поэтому следует иметь в виду, что если извещатель показал положительный результат на этой дальности, а заявленное паспортное значение имеет большее значение, то результат испытания следует читать как "не менее 12 м", а максимальная дальность осталась неопределенной.

Радиальный тест

В данном испытании мы проверяли способность извещателей обнаруживать движение человека по направлению к извещателю. Параметры теста были следующие: рост человека 185 см, вес около 85 кг, скорость около 1 м/с, место входа в зону выбиралось случайно. В табл. 3-4 заносилось минимальное расстояние, на которое было возможно приблизиться к извещателю без активации тревоги.

Устойчивость к внешней засветке

Данное испытание было наибольшим образом приближено к стандартной процедуре тестирования. Извещатель помещают в темный ящик, с одной стороны которого расположены два стеклянных полотна. На расстоянии 3 м от извещателя размещают галогенную лампу. Извещатель наклоняют в вертикальной плоскости так, чтобы свет попадал на чувствительный сектор извещателя. Режим работы лампы: 5 циклов, 2 с включена, 2 с выключена. Результат считается положительным, если извещатель не выдает извещения о тревоге. Так как внешняя засветка оказывает влияние исключительно на ИК-секцию извещателя, в данном испытании мы следили за состоянием соответствующего ей сигнального светодиода.

Устойчивость к воздействию электромагнитного поля

Мы провели очень простой тест на устойчивость извещателей к излучению от наиболее распространенных источников электромагнитного поля - передатчика дальнего действия мощностью не более 5 Вт и мобильного телефона стандарта GSM. Для большинства извещателей, которые выдавали извещение о проникновении, расстояние между антенной передатчика и корпусом извещателя не превышало 10-20 см.

Устойчивость к воздействию люминесцентных ламп

Люминесцентные лампы оказывают влияние на работу СВЧ-секции извещателя. Причина этого заключается в следующем: люминесцентная лампа заполнена инертным газом, который в процессе работы периодически ионизируется. Ионизированный газ хорошо отражает микроволновое излучение. Циклы включения и выключения лампы происходят с частотой 50 Гц. Для СВЧ-секции извещателя колебания ионизированного газа могут восприниматься как перемещение человека. Если не принимать специальных мер, то СВЧ-часть извещателя будет выдавать ложный сигнал. Поэтому мы провели испытание представленных моделей извещателей на степень защиты к влиянию люминесцентной лампы. Чем дальше от извещателя наблюдается воздействие работающей лампы, тем степень защиты хуже. Естественно, при проведении данного теста мы следили за состоянием СВЧ-светодиода извещателя

Тестирование СВЧ-канала извещателя

Этими испытаниями мы проверили максимальную дальность работы СВЧ-канала извещателя и определили зону обнаружения с обратной стороны от извещателя. Испытания проводились в большом помещении, чтобы свести влияние отраженного сигнала от стен к минимуму. "Мишенью" являлся тот же человек, что и для радиального теста. Параметр задней зоны показывает, насколько удаленно можно проходить сзади извещателя и не вызывать при этом срабатывания СВЧ-секции. Безусловно, чем меньше данное расстояние, тем лучше.

Проверка функции "Антимаскирование"

Функция проверялась посредством помещения извещателя внутрь коробки с непроницаемыми для ИК-излучения стенками. Габариты коробки около 0,3x0,3x0,3 м. Данный способ является фактически самым простым для проверки защиты от "маскирования". Более серьезным испытанием является "маскирование" извещателя при помощи распыления поглощающего материала с некоторого расстояния. Отметим, что не все из-вещатели способны обнаружить "маскирование", которое выполняется подобным образом. Максимум, что в таких случаях извещатели могут определить, - прекращение работы ИК-секции. Однако это лучше, чем если извещатель вообще ничего не обнаружит. К сожалению, такое испытание приводит к порче линзы извещателя, поэтому от его проведения мы отказались.

Заключение

В заключительной части статьи мы хотим представить соображения общего характера.

Во-первых, также как и для тестирования ПИК-извещателей, результаты которого были опубликованы в б-м номере журнала за 2008 г., настоящее тестирование не является попыткой подтвердить или опровергнуть испытания аккредитованных испытательных лабораторий.

Во-вторых, читатель может догадываться, что российские производители были в несколько лучших условиях, так как при наличии собственных лабораторий могли в сжатые сроки предоставить нам на исследование свои лучшие образцы.

В-третьих, довольно сложно было выявить преимущества одних моделей извещателей перед другими. На наш взгляд, причиной тому является наличие двух каналов, которые работают по логике "И". Для испытателя комбинированный извещатель является "черным ящиком". Наблюдатель видит результат работы прибора, но может лишь строить предположения, каким образом данный результат был достигнут. Конечно, в своих рассуждениях он может исходить из наблюдения за косвенными признаками. Например, следить за показаниями индикаторов и доверять им. Тем не менее это не будет являться 100%-ной гарантией подтверждения исходных предположений.

Единственно точным испытанием было бы моделирование такого внешнего воздействия, против которого и был задуман данный тип устройства. В нашем случае подобным фактором является движущийся источник теплового излучения. Основная сложность реализации такого испытания заключается в том, что в большинстве случаев движущий источник тепла также является источником отраженного микроволнового излучения. Например, движение занавески будет являться источником ложного срабатывания в обоих каналах обнаружения.

В-четвертых, мы обратили внимание на некоторое различие в определении функции "Антимаскирование" отечественными и зарубежными производителями. Например, в некоторых российских моделях отсутствие обнаружения по ИК-каналу при многократном обнаружении СВЧ-секцией служит основанием для классификации такого события, как "маскирование", в то время как для зарубежных извещателей данное событие трактуется как блокирование извещателя.

Что такое блокирование на практике? Рассмотрим складское помещение. Работники склада поместили в охраняемое помещение, например, новый стеллаж, который оказался в зоне обнаружения извещателя. Для ПИК-секции за стеллажом образовалась мертвая зона, а для СВЧ-канала все осталось без изменения из-за отражения микроволнового излучения от стен. Если теперь в помещении
снова появятся работники и начнут проходить зону за стеллажом, то только СВЧ-секция будет регистрировать перемещение людей. Здесь мы видим блокирование, но никак не "маскирование". В зарубежных извещателях к "маскированию" относят действия по изоляции одного или двух каналов, которые производятся в непосредственной близости от извещателя. Каким способом это достигается, производители не стремятся афишировать, одни - по причине нежелания раскрыть ноу-хау, а другие просто не могут ничем похвастаться. Мы можем лишь предполагать, что антимаскирование хорошего уровня основывается на трех основных элементах: специфической работе излучающего компонента, программном алгоритме и самотестировании. Комбинирование данных элементов в различных сочетаниях является хорошей почвой для получения многочисленных патентов.

Комбинированный извещатель далеко не простое устройство, как это может показаться при первом или поверхностном рассмотрении. Поэтому мы надеемся, что после прочтения данной статьи читатель сможет ответить на вопрос, почему же устройства данного типа так сильно отличаются по цене.                                      

Автор текста — А.Е. Волгин,
бренд-менеджер компании "УльтраСтар",
испытание проводил Д.А. Федорович,
инженер технической поддержки компании "УльтраСтар"

Опубликовано: Журнал "Системы безопасности" #2, 2009
Посещений: 12341

В рубрику "В центре внимания. Тесты " | К списку рубрик  |  К списку авторов  |  К списку публикаций