Вибрационные системы с сенсорными кабелями

Принцип действия таких систем основан на регистрации механических вибраций или перемещений ограды, возникающих при попытках нарушителя разрушить или преодолеть периметр. Чувствительным элементом таких систем обычно является сенсорный кабель, преобразующий механические вибрации в электрический сигнал. Кабель крепят либо непосредственно к ограде, либо к специальному легкому металлическому козырьку над ней. Сигналы кабеля обрабатываются анализатором, который в соответствии с заданным алгоритмом выдает сигнал тревоги. Ниже мы кратко рассмотрим некоторые отечественные и зарубежные системы с сенсорными виброчувствительными кабелями.

В широко известных российских периметральных системах Арал и Дельфин в качестве чувствительного элемента используется многопроводный телефонный кабель. При деформации кабеля в изолирующих оболочках наводятся электрические заряды (трибоэлектрический эффект), которые создают импульсные потенциалы между проводниками. Чувствительный элемент является своеобразным протяженным микрофоном, поэтому такой кабель иногда называют также микрофонным.

Система Арал предназначена для установки на сварных металлических сетках типа ССЦП. В качестве чувствительного элемента используется 10-парный телефонный кабель типа ТППэп 10х2х0,35, который на ограде высотой около 2-х метров рекомендуется монтировать в два прохода. На сетчатых козырьках, устанавливаемых по торцу бетонных или кирпичных оград, сенсорный кабель монтируют обычно в один проход (рис. 1). Кабель подключается к электронному блоку системы (анализатору), который обрабатывает сигналы сенсора и выдает сигнал тревоги, если нарушитель пытается перерезать ограду или перелезть через нее. Длина зоны обнаружения в благоприятных условиях может достигать 500 м, однако рекомендуемая длина реальной зоны обычно не превышает 250-300 м. Электронный блок системы Арал имеет габариты 95х225х320 мм; он питается от источника постоянного тока с напряжением 10 - 30 В, номинальная потребляемая мощность - 0,5 Вт, диапазон рабочих температур от -50^О до +50^ОС. Система снабжена элементами грозозащиты.

Более совершенная система Дельфин-М по своим техническим характеристикам и тактике применения аналогична системе Арал, но отличается более современными схемными решениями. Дельфин-М также предназначен для защиты оград из сварных металлических сеток; рекомендуемая длина одной зоны охраны составляет 250 м (до 500 м для прямых однородных участков периметра). Система Дельфин-М обеспечивает возможность калибровки чувствительности под конкретную ограду и позволяет автоматически отстраиваться от индустриальных помех. Электронный блок Дельфин-М (фото 1) выполнен в пылевлагозащищенном корпусе с габаритами 90х220х330 мм; потребляемая мощность составляет 0,1 Вт при напряжении питания 20-30 В, диапазон рабочих температур от -50^О до +50^ОС.

Фото 1. Электронный блок (анализатор сигналов сенсора) периметральной охранной системы Дельфин-М.

В комплект поставки систем Арал и Дельфин-М, кроме чувствительного кабеля и электронного блока входят также соединительные кабели, участковый шкаф для размещения одного или двух электронных блоков и набор принадлежностей для монтажа. В комплектную поставку, предусматривающую установку козырька, входят также сама сетка, специальные стойки и элементы крепления сетки.

В большинстве зарубежных вибрационных периметральных систем используется специальный коаксиальный кабель, работающий также на трибоэлектрическом эффекте. Такой кабель применен, например, в системе Intelli-Flex, выпускаемой американской компанией Senstar-Stellar. Трибоэлектрический коаксиальный кабель позволяет защищать ограды из сварной решетки или проволочной сетки типа “рабица”. Система регистрирует попытки перелезть через ограду, перекусить ее ячейки или приподнять сетку. Электронный блок системы Intelli-Flex анализирует количество импульсов в заданном временном окне (перерезание ограды), а также интегральную энергию сигнала при длительных воздействиях (перелезание). На стандартном для США и Европы ограждении из сетки высотой до 2,5 м кабель можно устанавливать в один проход; двухпроходная конфигурация рекомендуется для обеспечения большей надежности. В последнем случае кабель крепится вдоль верхней и нижней кромок на расстояниях, равных одной трети высоты ограды. Максимальная длина защищаемой зоны может достигать 300 м (2х300 м при использовании двухзонного анализатора).

Для настройки системы Intelli-Flex используется специальный программатор (фото 2), который подключается к электронному блоку и фиксирует сигналы, сопровождающие попытки реального преодоления периметра. Записанные программатором сигналы используются затем в качестве критериев обнаружения вторжения. Для каждой зоны охраны требуется индивидуальная настройка анализатора на нескольких участках зоны. Предусмотрена возможность установки на каждом анализаторе специального погодного датчика для мониторинга текущих погодных условий и адаптации алгоритма обработки сигналов.

Фото 2. Программатор для настройки анализатора системы Intelli-Flex фирмы Senstar-Stellar (США).

Двухзонный электронный блок обработки (анализатор) системы Intelli-Flex имеет размеры 260х210х108 мм. Питание осуществляется от источника напряжением 11 - 24 В; потребляемый ток - 70 мА. Диапазон рабочих температур - от -40^О до +70^ОС.

Английская компания Advanced Perimeter Systems (APS) выпускает систему Flexiguard, также использующую в качестве чувствительного элемента специальный коаксиальный трибоэлектрический кабель. Для типовых периметров система выпускается в двух основных модификациях: FG2000 - для легких металлических оград (сетка типа “рабица” и сварная проволочная решетка) и FG2500 - для так называемых “палисадных” европейских оград, выполненных из штампованных стальных тонкостенных элементов.

Система FG5000 фирмы APS предназначена для охраны периметров взрывоопасных объектов - нефтехимических предприятий, газовых станций, складов взрывчатых веществ и т.п. Модификация FG3000 используется для охраны стен и крыш зданий.

Сенсорный кабель Flexiguard крепится непосредственно к сетчатой ограде с помощью пластиковых стяжек, устанавливаемых через каждые 100 мм. Кабель отличается высокой гибкостью и прочностью, что упрощает процесс его монтажа. Сенсор подключается к анализатору FS200 (фото 3), оснащенному системой автоматического контроля окружающей среды. Эта система позволяет отстроиться от сигналов, вызванных климатическими воздействиями (дождь, ветер, град), и тем самым заметно снизить частоту ложных срабатываний. Максимальная длина зоны охраны составляет 300 м; для управления системой фирма APS выпускает специальные контрольные панели FG10 и FG20 на 10 и 20 зон соответственно. Кроме визуального контроля сигналов тревоги эти панели позволяют прослушивать звуковые сигналы сенсора, помогающие идентифицировать тип вторжения.

Фото 3. Анализатор FS200 системы Flexiguard фирмы APS на ограде из сетки “рабица”.

На московской выставке систем безопасности MIPS-98 трибоэлектрический кабельный охранный комплекс был представлен турецкой компанией Perpro. Система PPS2 предназначена для охраны оград из сеток, проволочных решеток и колючей проволоки. Она характерна тем, что реагирует только на растяжения ячеек ограды и нечувствительна к вибрациям. Сенсорный кабель монтируется на сетке не вдоль прямой линии, а в виде зигзагов (фото 4), что повышает эффективность регистрации нарушителя, перелезающего через ограду. Кабель срабатывает при внешнем растягивающей воздействии величиной от 5 до 200 кг. Для защиты ограды из сетки или колючей проволоки высотой 2,5 м требуется от 3-х до 5-ти проходов сенсора.

Фото 4. Сенсорный кабель системы PPS2 фирмы Perpro (Турция), смонтированный на сетчатой ограде.

Стандартный сенсорный кабель системы PPS2 рассчитан на температурный диапазон от -30^ОС до +70^ОС, а по заказу поставляется в специальной оболочке и работает при температурах до -40^ОС. Анализатор системы PPS2 обрабатывает сигналы от двух зон; максимальная длина каждой зоны - 400 м.

Трибоэлектрические коаксиальные кабели использует в качестве датчиков и итальянская компания GPS Standard. В проводном трибоэлектрическом периметральном извещателе типа WPS реализован принцип деформации натянутых проводников. Несколько лучей специально разработанного коаксиального кабеля со стальной центральной жилой натягиваются вдоль линии периметра на расстоянии примерно 15 см друг от друга, образуя тем самым дополнительный физический барьер. При попытке преодолеть такой барьер нарушитель деформирует (растягивает) кабель, в котором появляется электрический сигнал. Сигнал после усиления обрабатывается микропроцессором, который выдает сигнал тревоги. В систему входит концентратор, контролирующий до 8 отрезков сенсорного кабеля, каждый из которых может иметь протяженность до 300 метров. Программное обеспечение позволяет, отслеживая сигналы кабеля, автоматически адаптировать чувствительность системы к окружающим погодным условиям. Блок усилителя сигналов кабеля имеет размеры 80х80х60 мм и потребляет ток 1 мА при напряжении 12 - 28 В. Концентратор с микропроцессором выполнен в виде блока размером 125х125х50 мм; напряжение питания 12 - 28 В, ток 13 мА. Для наладки и обслуживания системы используется персональный компьютер со специальным программным обеспечением. Система работоспособна в диапазоне температур от -30^О до +60^ОС.

Фирма GPS Standard предлагает также систему CPS с коаксиальным микрофонным кабелем, который крепится к уже существующей ограде. Электронный блок непрерывно анализирует сигналы сенсорного кабеля и при превышении заданного порога активности выдает сигнал тревоги. Микропроцессор системы обеспечивает адаптацию к погодным условиям и отстройку от помех (ветер, птицы и т.п.). К электронному блоку подключаются два отрезка кабеля длиной до 300 м; блок имеет релейные выходы сигналов “предтревога”, “тревога” и “неисправность”. Габариты электронного блока - 220х120х80 мм; он питается от источника с номинальным напряжением 12 В при токе до 100 мА. Для программирования и контроля работы системы используется персональный компьютер, параллельно которому можно подключить обычную контрольную панель тревоги. Диапазон рабочих температур системы CPS - от -30^О до +70^ОС.

Интересен принцип, положенный в основу работы отечественной периметральной системы Дрозд. Роль сенсорного кабеля выполняет обычный полевой провод П-274, который, перемещаясь в магнитном поле земли, генерирует электрический сигнал. Сигналы сенсора обрабатываются специальным электронным блоком. Система выпускается в нескольких вариантах. На бетонных, кирпичных и деревянных оградах (вариант системы под названием Дрозд-01) чувствительный элемент монтируется в несколько лучей на кронштейнах, устанавливаемых по верхнему торцу ограды. При монтаже на сетчатых оградах (вариант Дрозд-02) сенсор закрепляют непосредственно на ограде; при этом система регистрирует как перерезание ограды, так и перелезание через нее. При использовании на колючей проволоке (вариант Дрозд-03) кабель крепят на опорах параллельно основной ограде; для перекрытия зоны высотой 2.4 м требуется 12-13 лучей чувствительного кабеля. Варианты поставок отличаются комплектацией монтажных приспособлений. Максимальная протяженность участка периметра, защищаемого системой Дрозд, равна 500 м. Электронный блок системы питается напряжением 10 - 30 В и потребляет мощность всего 0,12 Вт. Габариты электронного блока - 220х330х90 мм, диапазон рабочих температур от -50^О до +50^ОС.

Обнаруживающая способность и вероятность ложных срабатываний периметральных систем определяется главным образом качеством чувствительного элемента (сенсорного кабеля или другого датчика).

Поэтому к наиболее совершенным виброчувствительным распределенным сенсорам можно отнести специально разработанные электромагнитные микрофонные кабели. При перемещении или вибрациях кабеля в его проводниках индуцируется напряжение подобно тому, как это происходит в обычных электромагнитных микрофонах. Для таких сенсоров характерна высокая верность воспроизведения вибраций ограды и высокое отношение сигнал/шум, обусловленное низкоомной природой самого датчика.

Примером электромагнитного микрофонного кабеля является сенсор GW400k серии Guardwire, разработанный и выпускаемый компанией Geoquip (Великобритания). Сенсорный кабель (рис. 2) содержит два неподвижных и два подвижных проводника, расположенных в зазоре между двумя полосками полукруглого сечения, выполненными из гибкого магнитного полимера. Сердечник кабеля покрыт изолирующим слоем майлара и экраном из алюминиевой фольги, к которому подключен провод заземления. Снаружи сенсорный кабель защищен прочной полиэтиленовой оболочкой.

Сенсорный кабель Guardwire монтируется непосредственно на ограде и воспринимает вибрации, создаваемые нарушителем. Подвижные проводники при этом перемещаются в зазорах полимерных магнитов и в них наводится электрическое напряжение, которое регистрируется и обрабатывается анализатором.

Анализаторы системы Guardwire (фото 5) обеспечивают двухканальную обработку сигналов, необходимую для регистрации двух основных типов вторжения: перелезания через ограду (продолжительное воздействие) или разрушения ограды (ударное воздействие). Чувствительность системы устанавливается независимо по каждому каналу. Сменные фильтры позволяют подавлять помехи (например, от ветра или дождя) и оптимизировать отклик системы для заданного типа ограды. В канале регистрации ударных воздействий (“перерезания ограды”) задается длительность “временного окна” и определенное количество “событий”, после которых анализатор включает сигнал тревоги. Габариты анализатора - 160х260х90 мм, напряжение питания - 12 В, потребляемый ток - 100 мА, диапазон рабочих температур сенсора и анализатора от -50^О до +70^ОС. Максимальная длина зоны охраны - 400 м.

Фото 5. Анализатор GW475 системы Guardwire

Аппаратура серии Guardwire предназначена для защиты периметральных оград из металлической сетки, тонкой сварной решетки, колючей проволоки или сравнительно легких оград из дерева. Для более массивных оград (тяжелых сварных или кованых решеток и т.п.) компания Geoquip выпускает систему Defensor с усовершенствованным сенсорным кабелем типа GDALPHA (рис. 3). Этот кабель содержит только два проводника, которые помещены в полиэтиленовые трубки с силиконовой смазкой, обеспечивающие повышение подвижности проводников и, соответственно, уровня сигнала. Для минимизации внешних наводок активные проводники сформированы в виде витой пары. Центральный многожильный провод выполняет роль упрочняющего элемента и ограничивает термические деформации сенсорного кабеля.

Анализатор системы Defensor по своим техническим и эксплуатационным характеристикам близок к системе Guardwire. Он имеет размеры 140х220х75 мм; напряжение питания 10 - 24 В, потребляемый ток - 60 мА. Система работоспособна при температурах от -50^О до +70^ОС.

Оба анализатора имеют стандартные релейные выходы, конфигурируемые как нормально замкнутые или нормально разомкнутые. Кроме реле тревоги, анализатор содержит реле отказа, сигнализирующее о повреждении кабеля, вскрытии блоков системы или отключении питания в зоне. Анализаторы Guardwire и Defensor также имеют выходы звукового канала, что позволяет оператору прослушивать обстановку в каждой зоне и идентифицировать сигнал вторжения на слух.

Обе системы - Guardwire и Defensor - отличаются тем, что не нуждаются в адаптации к погодным условиям или сезонной подстройке параметров. Обе системы также не требуют программатора или компьютера со специальным программным обеспечением при настройке и эксплуатации.