Текст книги "Техническое обеспечение безопасности бизнеса"

2.3. Типы охранных извещателей

Контактные извещатели служат для обнаружения несанкционированного открытия дверей, окон, ворот и т. д. Магнитные извещатели состоят из магнитоуправляемого герконового датчика, устанавливаемого на неподвижную часть, и задающего элемента (магнита), устанавливаемого на открывающийся модуль. Когда магнит находится вблизи геркона, его контакты оказываются в замкнутом состоянии. Эти извещатели отличаются друг от друга по виду установки и материалу, из которого они изготовлены. Недостатком является возможность их нейтрализации мощным внешним магнитом. Герконовые экранированные датчики защищены от постороннего магнитного поля специальными пластинами и снабжены сигнальными герконовыми контактами, срабатывающими в присутствии постороннего поля и предупреждающими о нем. При установке магнитных контактов в металлических дверях очень важно экранировать поле основного магнита от наведенного поля всей двери.

Электроконтактные устройства – датчики, резко меняющие напряжение тока в цепи при определенном воздействии на них. Они могут быть либо однозначно «открыты» (через них идет ток), либо «закрыты» (ток не идет). Самым простым способом построения такой сигнализации являются тонкие провода илиполоски фольги, подсоединенные к двери или окну. Проволока, фольга или токопроводящий состав «Паста» соединяются с сигнализацией через дверные петли, затворы, а также посредством специальных контактных блоков. При попытке проникновения они легко разрушаются и формируют тревожный сигнал. Электроконтактные устройства обеспечивают надежную защиту от ложных тревог.

В механических дверных электроконтактных устройствах подвижный контакт выступает из корпуса датчика и замыкает цепь при нажатии (закрытии двери). Место установки таких механических устройств трудно скрыть, их легко вывести из строя, закрепив рычажок в закрытой позиции (например, жевательной резинкой).

Контактные коврики изготавливаются из двух декорированных листов металлической фольги и слоя вспененного пластика между ними. Под весом тела фольга прогибается, и этим обеспечивается электрический контакт, формирующий тревожный сигнал. Контактные коврики работают по принципу «нормально разомкнуто», и сигнал подается, когда электроконтактное устройство замыкает цепь. Поэтому если обрезать провод, ведущий к коврику, сигнализация в дальнейшем не сработает. Для соединения ковриков используется плоский кабель.

Пассивные инфракрасные извещатели (ПИК) служат для обнаружения вторжения нарушителя в контролируемый объем. Это один из самых распространенных типов охранных извещателей. Принцип действия основан на регистрации изменений потока теплового излучения и преобразовании с помощью пироэлемента инфракрасного излучения в электрический сигнал. В настоящее время используются двух– и четырехплощадные пироэлементы. Это позволяет существенно снизить вероятность ложных тревог. В простых ПИК обработка сигнала производится аналоговыми методами, в более сложных – цифровыми, с помощью встроенного процессора. Зона обнаружения формируется линзой Френеля или зеркалами. Различают объемную, линейную и поверхностную зоны обнаружения. Не рекомендуется устанавливать инфракрасные извещатели в непосредственной близости от вентиляционных отверстий, окон и дверей, у которых создаются конвекционные воздушные потоки, а также радиаторов отопления и источников тепловых помех. Также нежелательно прямое попадание светового излучения ламп накаливания, автомобильных фар, солнца на входное окно извещателя. Возможно применение схемы термокомпенсации для обеспечения работоспособности в области высоких температур (33–37 °C), когда величина сигнала от движения человека резко уменьшается за счет снижения теплового контраста между телом человека и фоном.

Активные извещатели представляют собой оптическую систему из светодиода, испускающего инфракрасное излучение в направлении линзы приемника. Пучок света модулируется по яркости и действует на расстоянии до 125 м и позволяет сформировать невидимый глазом рубеж охраны. Эти излучатели бывают как однолучевыми, так и многолучевыми. При количестве лучей более двух уменьшается возможность ложного срабатывания, т. к. формирование сигнала тревоги происходит только при одновременном пересечении всех лучей. Конфигурация зон бывает различной – «штора» (пересечение поверхности), «луч» (линейное движение), «объем» (перемещение в пространстве). Извещатели могут не работать в дождь и сильный туман.

Радиоволновые объемные извещатели служат для выявления проникновения на защищаемый объект за счет регистрации доплеровского сдвига частоты отраженного сверхвысокочастотного (СВЧ) сигнала, возникающего при движении злоумышленника в электромагнитном поле, создаваемым СВЧ-модулем. Возможна их скрытная установка на объекте за материалами, пропускающими радиоволны (ткани, древесные плиты и т. п.). Линейные радиоволновые извещатели состоят из передающего и приемного блока. Они формируют тревожное извещение при пересечении человеком зоны их действия. Передающий блок излучает электромагнитные колебания, приемный блок принимает эти колебания, анализирует амплитудные и временные характеристики принятого сигнала и в случае их соответствия заложенной в алгоритме обработки модели «нарушителя» формирует тревожное извещение.

Микроволновые датчики утратили былую популярность, хотя еще пользуются спросом. В сравнительно новых разработках достигнуто существенное снижение их габаритов и энергопотребления.

Объемные ультразвуковые извещатели служат для выявления движения в охраняемом объеме. Ультразвуковые датчики предназначены для защиты помещений по объему и выдают сигнал тревоги как при появлении нарушителя, так и при возникновении пожара. Излучающий элемент извещателя представляет собой пьезоэлектрический ультразвуковой преобразователь, выдающий акустические колебания воздуха в охраняемом объеме под воздействием электрического напряжения. Чувствительный элемент извещателя, расположенный в приемнике, представляет собой пьезоэлектрический ультразвуковой приемный преобразователь акустических колебаний в переменный электрический сигнал. Сигнал от приемника обрабатывается в схеме управления, в зависимости от заложенного в нее алгоритма, и формирует то или иное извещение.

Акустические извещатели оснащаются высокочувствительным миниатюрным микрофоном, улавливающим звук, издаваемый при разрушения листовых стекол. Чувствительный элемент таких извещателей представляет собой конденсаторный электретный микрофон со встроенным предварительным усилителем на полевом транзисторе. При разбитии стекла возникает два типа звуковых колебаний в строго определенной последовательности: сначала ударная волна от колебания всего массива стекла с частотой порядка 100 Гц, а потом волна разрушения стекла с частотой около 5 кГц. Микрофон преобразует звуковые колебания воздушной среды в электрические сигналы. Извещатель обрабатывает эти сигналы и принимает решение о наличии проникновения. При установке извещателя все участки охраняемого стекла должны быть в пределах его прямой видимости.

Датчик емкостной системы представляет собой один или несколько металлических электродов, размещенных на конструкции охраняемого проема. Принцип действия емкостных охранных извещателей основан на регистрации значения, скорости и длительности изменения емкости чувствительного элемента, в качестве которого используются подключенные к извещателю металлические предметы или специально проложенные провода. Извещатель выдает сигнал тревоги при изменении электрической емкости охранного предмета (сейф, металлический шкаф) относительно «земли», вызванным приближением человека к этому предмету. Можно использовать для охраны периметра здания через натянутые провода.

Вибрационные извещатели служат для защиты от проникновения на охраняемый объект путем разрушения различных строительных конструкций, а также защиты сейфов, банкоматов и т. п. Принцип действия вибрационных датчиков основан на пьезоэлектрическом эффекте (пьезоэлектрики вырабатывают электрический ток при нажатии или отпускании кристалла), который состоит в изменении электрического сигнала при вибрации пьезоэлемента. Электрический сигнал, пропорциональный уровню вибрации, усиливается и обрабатывается схемой извещателя по специальному алгоритму, чтобы отделить разрушающее воздействие от сигнала помехи. Принцип действия вибрационных систем с сенсорными кабелями основан на трибоэлектрическом эффекте. При деформациях такого кабеля в диэлектрике, расположенном между центральным проводником и проводящей оплеткой, возникает электризация, регистрируемая как разность потенциалов между проводниками кабеля. Чувствительным элементом является сенсорный кабель, преобразующий механические вибрации в электрический сигнал. Существуют и более совершенные электромагнитные микрофонные кабели.

Относительно новый принцип защиты помещений состоит в использовании изменения давления воздуха при вскрытии замкнутого помещения (барометрические датчики) до сих пор не оправдал возлагавшихся на него ожиданий и почти не используется при оборудовании многофункциональных и крупных объектов. Эти датчики имеют высокую частоту ложных срабатываний и довольно жесткие ограничения по применению.

Необходимо отдельно остановиться на распределенных волоконно-оптических системах для охраны периметра. Современные волоконно-оптические датчики могут производить измерения давления, температуры, расстояния, положения в пространстве, ускорений, колебаний, массы звуковых волн, уровня жидкости, деформации, коэффициента преломления, электрического поля, электрического тока, магнитного поля, концентрации газа, дозы радиационного излучения и т. д. Оптическое волокно одновременно является линией связи и чувствительным элементом. В оптическое волокно подается свет лазера с высокой выходной мощностью и коротким импульсом излучения, затем измеряются параметры обратного рэлеевского рассеяния, а также френелевского отражения от стыков и торцов волокна. Под воздействием различных факторов (деформации, акустических колебаний, температуры, а при соответствующем покрытии волокна – электрического или магнитного поля) меняется разность фаз между поданным и отраженным световым импульсом. По временной задержке между моментом излучения импульса и моментом прихода сигнала обратного рассеяния определяется местоположение неоднородности, по интенсивности излучения обратного рассеяния определяются потери на участке линии.

Для отделения сигналов, создаваемых нарушителем, от шумов и помех используется анализатор сигналов, основанный на принципе нейронной сети. Сигнал на вход нейросетевого анализатора подается в виде спектрального вектора, формируемого процессором DSP (Digital Signal Processing), принцип действия которого основан на алгоритмах быстрого преобразования Фурье.

Достоинствами распределенных волоконно-оптических систем является возможность определять место нарушения границы объекта, использовать эти системы для охраны периметров протяженностью до 100 км, низкий уровень ложных срабатываний и относительно невысокая цена за погонный метр.

Лидером среди оборудования охранной сигнализации в настоящее время является комбинированный датчик, построенный на использовании одновременно двух каналов обнаружения человека – ИК-пассивного и микроволнового. В настоящее время он вытесняет все другие приборы, и многие установщики сигнализаций применяют его как единственный датчик для объемной защиты помещений. Среднее время наработки на ложное срабатывание составляет 3–5 тыс. ч., а в некоторых условиях достигает года. Он позволяет блокировать такие помещения, где ИК-пассивные или микроволновые датчики вообще не применимы (первые – в помещениях со сквозняками и тепловыми помехами, вторые – с тонкими неметаллическими стенками). Но вероятность обнаружения у таких датчиков всегда меньше, чем у любого из составляющих двух его каналов. Достичь того же успеха можно, применив по отдельности оба датчика (ИК и микроволновый) в одном помещении, а сигнал тревоги формировать только при срабатывании обоих извещателей в заданном интервале времени (обычно это несколько секунд), используя для этой цели возможности приемно-контрольной аппаратуры.

2.4. Типы пожарных извещателей

Для обнаружения возгорания могут использоваться следующие основные принципы активации пожарных извещателей:

детекторы дыма – на основе ионизации или фотоэлектрического принципа;

детекторы тепла – на основе фиксирования уровня подъема температуры или какого-то ее определенного показателя;

детекторы пламени – на основе использования ультрафиолетового или инфракрасного излучения;

детекторы газа.

Ручные извещатели необходимы для принудительного перевода системы в режим сигнализации о пожаре человеком. Могут быть реализованы в виде рычагов или кнопок, покрытых прозрачными материалами (легко разбиваемыми при пожаре). Чаще всего они устанавливаются в легкодоступных местах общего пользования.

Тепловые извещатели реагируют на изменение температуры окружающей среды. Отдельные материалы горят практически без выделения дыма (например, дерево), или распространение дыма затруднено вследствие малого пространства (за подвесными потолками). Применяются в случаях, когда в воздухе высока концентрация аэрозольных частиц, не имеющих никакого отношения к процессам горения (водяные испарения, мука на мельнице и т. п.). Тепловые пороговые пожарные извещатели выдают сигнал «пожар» при достижении пороговой температуры, дифференциальные – фиксируют пожароопасную ситуацию по скорости нарастания температуры.

Контактный пороговый тепловой извещатель выдает тревожный сигнал при превышении заранее заданной предельно допустимой температуры. При нагревании расплавляется контактная пластина, электрическая цепь разрывается и вырабатывается тревожный сигнал. Это самые простые извещатели. Обычно пороговая температура составляет 75 °C.

В качестве чувствительного элемента может применяться и полупроводниковый элемент. При росте температуры сопротивление цепи падает, и по ней течет больший ток. При превышении пороговой величины электрического тока вырабатывается тревожный сигнал. Полупроводниковые чувствительные элементы имеют более высокую скорость реагирования, величина пороговой температуры может быть задана произвольно, а при срабатывании датчика не происходит разрушения прибора.

Дифференциальные тепловые извещатели обычно состоят из двух термоэлементов, один из которых располагается внутри корпуса извещателя, а второй помещен снаружи. Токи, протекающие через эти две цепи, подаются на входы дифференциального усилителя. При увеличении температуры ток, протекающий по наружной цепи, резко изменяется. Во внутренней цепи он почти не меняется, что приводит к дисбалансу токов и формированию тревожного сигнала. Использование термопары позволяет исключить влияние плавных температурных изменений, вызванных естественными причинами. Эти датчики являются наиболее быстрыми по скорости реагирования и устойчивыми в работе.

Линейные тепловые извещатели. Конструкция представляет собой четыре медных проводника с оболочками из специального материала с отрицательным температурным коэффициентом. Проводники упакованы в общий кожух так, что плотно соприкасаются своими оболочками. Провода соединяются в конце линии попарно между собой, образуя две петли, соприкасающиеся оболочками. Принцип действия: при увеличении температуры оболочки изменяют свое сопротивление, изменяя также общее сопротивление между петлями, которое и измеряется специальным блоком обработки результатов. По величине этого сопротивления и принимается решение о наличии возгорания. Чем больше длина кабеля (до 1,5 км), тем выше чувствительность прибора.

Дымовые извещатели предназначены для обнаружения наличия заданной концентрации частиц дыма в воздухе. Состав частиц дыма может быть различным. Поэтому по принципу действия дымовые извещатели подразделяются на два основных типа – оптоэлектронные и ионизационные.

Ионизационный дымовой извещатель. Поток радиоактивных частиц (обычно применяется америций-241) поступает в две отдельные камеры. При попадании частиц дыма (цвет дыма не важен) в измерительную (внешнюю) камеру происходит уменьшение тока, протекающего через нее, поскольку при этом происходит уменьшение длины пробега α-частиц и увеличение рекомбинации ионов. Для обработки используется разность между токами в измерительной и контрольной камерах. Ионизационные извещатели не наносят вреда здоровью людей (источник радиоактивного излучения порядка 0,9 мкКи). Эти датчики дают реальную пожарную защиту во взрывоопасных зонах. Они также имеют рекордно низкий ток потребления. Недостатками являются сложность захоронения после окончания срока службы (не менее 5 лет) и уязвимость к изменениям влажности, давления, температуры, скорости движения воздуха.

Оптический дымовой извещатель. Измерительная камера этого устройства содержит оптоэлектронную пару. В качестве задающего элемента используется светодиод или лазер (аспирационный датчик). Излучение задающего элемента инфракрасного спектра в обычных условиях не попадает на фотоприемник. При попадании частиц дыма в оптическую камеру происходит рассеивание излучения от светодиода. Вследствие оптического эффекта рассеивания инфракрасного излучения на частицах дыма на фотоприемник попадает свет, обеспечивая получение электрического сигнала. Чем больше концентрация рассеивающих частиц дыма в воздухе, тем выше уровень сигнала. Для правильной работы оптического извещателя очень важной является конструкции оптической камеры.

Сравнительная характеристика ионизационных и оптических типов извещателей приведена в табл. 3.

Таблица 3

Сравнение эффективности способов обнаружения дыма

Лазерный извещатель обеспечивает обнаружение задымления на уровнях удельной оптической плотности примерно в 100 раз меньших, чем современные светодиодные датчики. Существуют более дорогие системы с принудительным всасыванием воздуха. Для поддержания чувствительности и недопущения ложного срабатывания оба типа извещателей (ионизационный или фотоэлектрический) требуют периодической очистки.

Дымовые линейные извещатели незаменимы в помещениях с высокими потолками и большими площадями. Они широко используются в системах пожарной сигнализации, так как появляется возможность фиксировать пожароопасную ситуацию на сверхранних этапах. Простота монтажа, настройки и эксплуатации современных линейных датчиков позволяют им конкурировать по цене с точечными извещателями даже в помещениях средних размеров.

Комбинированный дымовой пожарный извещатель (в одном корпусе собраны ионизационный и оптический типы извещателей) работает по двум углам отражения света, что позволяет измерять и анализировать соотношение характеристик прямого и обратного рассеяния света, определяя типы дыма и снижая количество ложных тревог. Это осуществляется за счет использования двухугольной технологии рассеяния света. Известно, что отношение прямого рассеянного света к обратному для темного дыма (сажи) больше, чем для светлых типов дыма (тлеющая древесина), и еще выше для сухих веществ (цементная пыль).

Следует отметить, что наиболее эффективным является извещатель, сочетающий в себе фотоэлектрические и тепловые чувствительные элементы. Сегодня производятся и трехмерные комбинированные извещатели, в них соединены дымовой оптический, дымовой ионизационный и тепловой принцип обнаружения. На практике применяются довольно редко.

Извещатели пламени. Открытый огонь имеет характерное излучение и в ультрафиолетовой, и в инфракрасной частях спектра. Соответственно, выпускаются два типа устройств:

ультрафиолетовые – высоковольтный газоразрядный индикатор постоянно контролирует мощность излучения в ультрафиолетовом диапазоне. При появлении открытого огня сильно повышается интенсивность разрядов между электродами индикатора и выдается тревожный сигнал. Подобный датчик может проконтролировать площадь до 200 м2 при высоте установки до 20 м. Инерционность срабатывания не превышает 5 с;

инфракрасные – с помощью ИК-чувствительного элемента и оптической фокусирующей системы регистрируют характерные всплески ИК-излучения при появлении возгорания. Этот прибор позволяет определять в течение 3 с наличие пламени размером от 10 см на расстоянии до 20 м при угле обзора 90°.

Сейчас появились датчики нового класса – аналоговые извещатели с внешней адресацией. Датчики являются аналоговыми, но адресуются шлейфом сигнализации, в котором они установлены. Датчик производит самотестирование всех своих узлов, проверяет запыленность дымовой камеры, передает результаты тестирования на приемно-контрольный прибор. Компенсация запыленности дымовой камеры позволяет увеличить время работы извещателя до очередного обслуживания, самотестирование исключает ложные срабатывания. Такие извещатели сохраняют все преимущества адресно-аналоговых извещателей, имеют низкую стоимость и способны работать с недорогими неадресными ПКП. При постановке в шлейф сигнализации нескольких извещателей, каждый из которых будет установлен в помещении один, необходимо в общем коридоре установить устройства выносной оптической индикации.

Критерием эффективности работы аппаратуры ОПС является сведение к минимуму числа ошибок и ложных срабатываний. Считается отличным результатом работы наличие одной ложной тревоги с одной зоны в месяц. Частота ложных срабатываний является основной характеристикой, по которой можно судить о помехоустойчивости извещателя. Помехоустойчивость – это показатель качества датчика, характеризующий его способность стабильно работать в различных условиях.

Управление системой охранно-пожарной сигнализации осуществляются с приемно-контрольного прибора (концентратора). Состав и характеристика этой аппаратуры зависят от важности объекта, сложности и разветвления системы сигнализации. В простейшем случае контроль за работой ОПС состоит из включения и выключения датчиков, фиксации сигналов тревоги. В сложных, разветвленных системах сигнализации контроль и управление осуществляются с помощью компьютеров.

Современные системы охранной сигнализации основаны на применении микропроцессорных контрольных панелей, связанных со станцией наблюдения по проводным линиям или радиоканалу. В системе может быть несколько сотен охранных зон, для облегчения управления зоны сгруппированы по разделам. Это позволяет ставить и снимать с охраны не только каждый датчик в отдельности, но и сразу этаж, здание и т. д. Обычно раздел отражает некоторую логическую часть объекта, например, комнату или группу комнат, объединенную некоторым существенным логическим признаком. Приемно-контрольные приборы позволяют осуществлять: управление и контроль за состоянием как всей системы ОПС, так и каждого датчика (включен-выключен, тревога, выход из строя, сбой на канале связи, попытки вскрытия датчиков или канала связи); анализ сигналов тревоги от различных типов датчиков; проверку работоспособности всех узлов системы; запись сигналов тревоги; взаимодействие работы сигнализации с другими техническими средствами; интеграцию с другими системами защиты (охранным телевидением, охранным освещением, системой пожаротушения и т. п.). Характеристики неадресных, адресных и адресно-аналоговых систем пожарной сигнализации приведены в табл. 4.

Таблица 4

Характеристики неадресных, адресных и адресно-аналоговых систем пожарной сигнализации