4.2.2 Активні оптичні зв. Принцип дії, особливості застосування
Розробка вітчизняних активних ІЧЗВ ведеться з початку 60-х рр. У перших розробках як джерела випромінювання використовувалися лампи розжарювання. Модуляція випромінювання в цих виробах здійснювалася за допомогою механічних модуляторів. Такі ІЧЗВ мали низьку ефективність, великі габаритні розміри й споживали значні струми.
Принцип дії активних ІЧЗВ можна пояснити, скориставшись узагальненою структурною схемою (рис. 4.16).
Оптична система джерела випромінювання (скорочено передавача – ПРД) створює вузькоспрямований промінь ІЧ- випромінювання. Як джерело ІЧ- випромінювання використовуються напівпровідникові випромінюючі діоди з робочою довжиною хвилі 0,94 мкм, які розташовуються у фокусі оптичної системи.
Для забезпечення необхідного значення струму через діод і зниження струму споживання ПРД живлення діода здійснюється імпульсною промодульованою напругою, що виробляється в пристрої електронної модуляції. Кут розбіжності променя 2β (рис.4.17), як правило, становить 1,5...2°, що дозволяє одержати необхідну потужність випромінювання ПРД для блокування рубежу довжиною 200...250 м з урахуванням впливу метеорологічних факторів (туману, дощу, снігопаду).
Промінь (потік ІЧ-випромінювання) ПРД спрямований на оптичну систему ПРМ, кут поля зору 2φ якого становить звичайно 2...3°. Невеликий кут поля зору ПРМ дозволяє зменшити вплив побічних фонових засвічень фотоприймача. Однак у ПРМ попадає потік ІЧ-випромінювання, що охоплює тільки світловий діаметр Dcb оптичної системи. Тому чутлива зона активного двопозиційного ІЧЗВ є променем діаметром постійного перетину по всій довжині ділянки, що блокується Lбл.
Рисунок 4.16 – Узагальнена структурна схема активних ІЧЗВ
ІЧ-випромінювання фокусується оптичною системою ПРМ на чутливу площадку фотоприймачів (фотодіодів). Імпульси фотоструму, що одержуються з них, підсилюються й надходять на пристрої обробки для формування сигналів тривоги.
Рисунок 4.17 – Хід променів при блокуванні межі активним двопозиційним ІЧЗВ
Залежно від кількості променів і їхнього розташування (горизонтальне або вертикальне) ІЧЗВ можуть виконувати різні тактичні завдання. Горизонтальне розташування двох променів дозволяє за рахунок тимчасової обробки сигналів визначати напрямок руху порушника. Вертикальне розташування променів в активних ІЧЗВ підвищує надійність блокування рубежів і периметрів у порівнянні з однопроменевими ЗВ.
Докладніше принцип дії активних ІЧЗВ розглянемо за структурними схемами ПРД і ПРМ (рис. 4.18, 4.19) двоканального ІЧЗВ, що дозволяє визначати напрямок руху порушника. Ці схеми є найхарактернішими для побудови активних ІЧЗВ.
ПРД має два ідентичних канали (два промені). Кожний промінь формується імпульсним випромінюванням діодів VD1 і VD2 ( 2-й канал побудований за тією ж схемою). Схема випромінювання кожного каналу запускається ланцюгом синхронізації від змінної напруги із частотою живильної мережі, що подається на вхідний трансформатор.
Рисунок 4.18 – Структурна схема ПРД активного ІЧЗВ
Рисунок 4.19 – Структурна схема ПРМ активного ІЧЗВ
Випрямлені напівхвилі напруги, які знімаються з включених протифазно вторинних обмоток вхідного трансформатора, перетворюються в прямокутні імпульси й надходять у підсилювачі потужності, навантаженням яких є вихідні трансформатори. Таке включення вторинних обмоток вхідного трансформатора забезпечує подачу на входи формувачів прямокутних імпульсів напруги від різних напівперіодів, чим досягається почергова робота каналів.
З вторинних обмоток вихідних трансформаторів знімаються імпульси струму, що здійснюють модуляцію випромінювання діодів VD1 і VD2.
Падаючий на оптичну систему ПРМ потік випромінювання фокусується на чутливу площадку фотодіода й перетворюється у фотострум. Імпульси фотоструму утворюють на вхідному опорі підсилювача імпульсну напругу, що підсилюється по потужності.
Оскільки ІЧЗВ розрахований на роботу в різних метеоумовах, то амплітуда імпульсів може коливатися в широких межах. Для підтримки амплітуди в певних межах (не менше 35 Дб) передбачена АРП.
Враховуючи те, що кут розбіжності променя дозволяє опромінювати одночасно обидві оптичні системи ПРМ, схема збігу пропускає тільки імпульси "свого" каналу від відповідної напівхвилі напруги синхронізації.
Поріг підсилювача АРП обраний з розрахунку переваги сигналу над рівнем шуму в 5...6 разів при найгірших метеоумовах та в 15...25 разів – при гарних метеоумовах.
Залежно від послідовності перетинання променів на виходах схем узгодження (подвійний інвертор з різнополярними рівнями напруг) по черзі для кожного каналу змінюються рівні напруг, які надходять на схему логічної обробки. Відповідні сигнали ("Від нас", "До нас", "Тривога") видаються за рахунок спрацьовування одного з реле ключової схеми.
Генератор синхронізації синхронізує роботу датчика, видаючи на ПРД, а також на схеми збігу й логічної обробки ПРМ синусоїдальну напругу відповідної амплітуди і фази у разі відсутності мережі 220 В.
В ІЧЗВ з вертикальним розташуванням променів ланцюг синхронізації роботи каналів відсутній. Розрізнення "свого" каналу забезпечується взаємним розташуванням передавальних і приймальних пристроїв (рис. 4.20). У таких ІЧЗВ схема обробки сигналів простіша, ніж в активних ІЧЗВ з горизонтальним розташуванням променів (за рахунок відсутності схем збігу, узгодження й логічної обробки сигналів).
Рисунок 4.20 – Хід променів в ІЧЗВ з вертикальним розташуванням променів
Одним з факторів, що обмежують можливість застосування ІЧЗВ, є туман з метеорологічною дальністю видимості (МДВ) менше 200...250 м, під час якого відбувається видача помилкових сигналів тривоги або втрата працездатності. Крім того, у весняно-осінній і зимовий періоди року активні ІЧЗВ вимагають обігріву оптичних систем, що також обмежує їхнє застосування при невеликих ємностях джерел постійного струму.