Блок обработки сигналов
Блок обработки сигналов пироприемника должен обеспечивать надежное распознавание полезного сигнала от движущегося человека на фоне помех. Для ИК-датчиков основными видами и источниками помех, могущими вызвать ложное срабатывание, являются:
источники тепла, климатизационные и холодильные установки;
конвенционное движение воздуха;
солнечная радиация и искусственные источники света;
электромагнитные и радиопомехи (транспорт с электродвигателями, электросварка, линии электропередачи, мощные радиопередатчики, электростатические разряды);
сотрясения и вибрации;
термическое напряжение линз;
насекомые и мелкие животные.
Выделение блоком обработки полезного сигнала на фоне помех основано на анализе параметров сигнала на выходе пироприемника. Такими параметрами являются величина сигнала, его форма и длительность. Сигнал от человека, пересекающего луч зоны чувствительности ИК-датчика, представляет собой почти симметричный двухполярный сигнал, длительность которого зависит от скорости перемещения нарушителя, расстояния до датчика, ширины луча, и может составлять приблизительно 0,02...10 с при регистрируемом диапазоне скоростей перемещения 0,1...7 м/с. Помеховые сигналы в большинстве своем являются несимметричными или имеющими отличную от полезных сигналов длительность (см. рис. 3). Изображенные на рисунке сигналы носят очень приблизительный характер, в реальности все значительно сложнее. Анализ длительности сигналов может проводиться как прямым методом измерения времени, в течение которого сигнал превышает некоторый порог, так и в частотной области путем фильтрации сигнала с выхода пироприемника, в том числе с использованием "плавающего" порога, зависящего от диапазона частотного анализа. Еще одним видом обработки, предназначенным для улучшения характеристик ИК-датчиков, является автоматическая термокомпенсация. В диапазоне температур окружающей среды 25°С...35°С чувствительность пироприемника снижается за счет уменьшения теплового контраста между телом человека и фоном, при дальнейшем повышении температуры чувствительность снова повышается, но "с противоположным знаком". В так называемых "обычных" схемах термокомпенсации осуществляется измерение температуры, и при ее повышении производится автоматическое увеличение усиления. При "настоящей" или "двухсторонней" компенсации учитывается повышение теплового контраста для температур выше 25°С...35°С. Использование автоматической термокомпенсации обеспечивает почти постоянную чувствительность ИК-датчика в широком диапазоне температур.
КОМБИНИРОВАННЫЕ ДАТЧИКИ ОХРАННОЙ СИГНАЛИЗАЦИИ |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
МИКРОВОЛНОВЫЙ МЕТОД ОБНАРУЖЕНИЯ Принцип действия микроволнового активного метода обнаружения основан на излучении в окружающее пространство электромагнитного поля СВЧ диапазона и регистрации его изменений, вызванных отражением от нарушителя, движущегося в зоне чувствительности датчика. Микроволновые активные датчики, реализующие этот метод, относятся к классу детекторов движения. Микроволновые датчики состоят из следующих основных элементов:
Перемещение нарушителя приводит к появлению изменяющегося во времени отраженного сигнала. Здесь различают два эффекта: изменение пространственной картины стоячих волн и частотный сдвиг отраженной от движущегося человека волны (эффект Доплера). Микроволновые датчики, основанные на регистрации первого эффекта, называются амплитудно-модуляционными, второго - доплеровскими. Вообще говоря, оба этих эффекта неразрывно связаны, имеют общую природу и одинаковое проявление, и поэтому практически неразделимы. По сути, отличие проявляется в структуре построения и характеристиках СВЧ приемника микроволнового датчика. Наибольшее распространение получили доплеровские микроволновые датчики, имеющие более высокую чувствительность. Доплеровский сдвиг частоты df возникает при движении нарушителя вдоль луча, частота отраженного сигнала возрастает при движении к датчику и уменьшается при движении от датчика. Абсолютная величина df пропорциональна частоте зондирующего сигнала f и составляющей скорости движения вдоль луча. Зависимости df от Vл представлены на рис.2, из которого видно, что типичные значения регистрируемых датчиком величин доплеровского сдвига лежат в диапазоне частот сетевой помехи 50/60 Гц и ее гармоник. Для борьбы с этими помехами современные микроволновые датчики оснащаются режекторными фильтрами (в том числе адаптивными) гармоник сети. Другими источниками помех, вызывающими ложные срабатывания доплеровских микроволновых датчиков, являются отражения от вибрирующих, колеблющихся и движущихся хорошо отражающих объектов. Такими источниками ложных срабатываний могут быть, например:
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
КОМБИНИРОВАННЫЕ ДАТЧИКИ
Итак, основное преимущество комбинированных датчиков - существенное уменьшение вероятности ложных тревог. Если бы ложные срабатывания каждого детектора, входящего в комбинированный датчик, вызывались бы абсолютно различными физическими явлениями (то есть эти события были бы независимыми), то вероятность ложной тревоги Pлт такого датчика равнялась произведению вероятностей ложных тревог для каждого из детекторов: Pлт=P1 TP2 . Так, при P1=P2=10-5 мы потенциально получили бы снижение частоты ложных срабатываний в 100000 раз. В реальной ситуации выигрыш не так велик, но все же достигнутые характеристики впечатляют: у современных комбинированных ИК+микроволновых датчиков среднее время наработки на ложную тревогу доведено до 3000-5000 часов, что существенно превышает аналогичный показатель датчиков других типов. Потенциально возможный выигрыш недостижим потому, что с одной стороны у ИК и микроволновых детекторов все же имеются общие причины ложных срабатываний, а с другой стороны из-за того, что эти детекторы реагируют на различное движение нарушителя - поперечное пересечение зоны чувствительности для ИК-детектора и движение вдоль луча для микроволнового. В табл.2 приведены наиболее распространенные причины ложных срабатываний ИК и микроволновых (МВ) датчиков.
Таблица 2. |
||
Причина ложных срабатываний |
ИК |
МВ |
Турбулентность воздуха |
+ |
- |
Источники тепла |
+ |
- |
Изменения температуры |
+ |
- |
Яркий свет |
+ |
- |
Электромагнитные помехи |
+ |
+ |
Включенное люминесцентное освещение |
- |
+ |
Вибрации |
+ |
+ |
Включенные вентиляторы |
- |
+ |
Электрический звонок |
- |
+ |
Потоки дождевой воды на стеклах |
- |
+ |
Движение воды в пластиковых трубах |
- |
+ |
Перемещения за пределами помещения |
- |
+ |
Животные и птицы |
+ |
+ |
Достоинством датчиков двойной технологии является высокий иммунитет по отношению к возможным ошибкам инсталлятора и изменениям окружающей среды после установки и настройки, к которым относятся, например, что при установке не были учтены отопление и обогрев помещения, наружная засветка или установка в помещении оборудования, создающего помехи. Преимущество комбинированных датчиков демонстрируется также в узких коридорах и проходах. При использовании в такой ситуации ИК-датчика движение нарушителя происходит без поперечного пересечения нескольких лучей, в связи с чем приходится отказываться от режима многократного подсчета импульсов, что приводит к повышению частоты ложных срабатываний. Применение комбинированного датчика решает эту проблему.
УСТАНОВКА И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ДАТЧИКОВ
Рекомендации по установке и использованию комбинированных датчиков охранной сигнализации во многом совпадают с соответствующими рекомендациями для ИК-пассивных датчиков. Остановимся поэтому лишь на особенностях, присущих микроволновому детектору, входящему в состав рассмотренных датчиков двойной технологии. К ложным срабатываниям датчиков могут привести различные помехи и изменения окружающей среды, перечень которых приведен в табл.2. Несмотря на то, что современные комбинированные датчики имеют высокую степень защиты от указанных воздействий, все же целесообразно придерживаться следующих рекомендаций:
на время постановки на охрану целесообразно отключать возможные источники мощных электромагнитных помех и вибраций, в частности люминесцентные источники света, а в качестве дежурного освещения использовать лампы накаливания;
для снижения влияния электромагнитных помех прокладка линий питания и шлейфа датчика должна проводиться по возможности перпендикулярно силовым сетям, а при параллельной прокладке - на расстоянии между ними не менее 50 см;
для снижения влияния вибраций целесообразно устанавливать датчик на капитальных или несущих конструкциях;
не рекомендуется устанавливать датчики на токопроводящие конструкции (металлические балки, сырую кирпичную кладку и т.п.), так как при этом между датчиком и источником питания возникает двойной контур заземления, что может стать причиной возникновения помех и ложного срабатывания;
вблизи датчика не должно быть крупных металлических конструкций и объектов, так как в этом случае из-за переотражения СВЧ сигналов возможно непредсказуемое искажение зоны чувствительности.
Если стены имеют малую толщину или в них имеются значительные по размерам тонкостенные проемы, окна, двери, то возможно срабатывание от находящихся за ними людей и механизмов. При невозможности соответствующей переориентации датчика целесообразно использование экранирующих материалов, например, металлической сетки или металлизированных тканей. Этот же способ защиты возможен и от ложных срабатываний, вызванных движением воду в пластиковых трубах и дождевых потоков по стеклам.
Материал взят из журнала "Специальная Техника" Ѓ2 1998 год. Автор Андреев Станислав Петрович
Датчик движения
В
нашу жизнь входят все новые новшества,
одним из них является датчик
движения,
естественно, люди интересуются этим
прибором. Удалось найти публикацию
автора, который очень подробно осветил
эту тему, как говорится, не добавит, не
убавить.
статья из журнала «Радiоаматор» автор Н.П. Власюк, г. Киев.
Пассивный инфракрасный датчик движения.
Пассивный инфракрасный датчик движения с питанием от ~220 В выпускается в комплекте с галогеновым прожектором и сконструирован как единое устройство. Пассивным называется потому, что он не подсвечивает контролируемую зону инфракрасным излучением, а использует его фоновое инфракрасное излучение, поэтому является абсолютно безвредным.
Назначение ИК-датчика и практическое применение
Датчик предназначен для автоматического включения нагрузки, например прожектора, при попадании в зону его контроля движущегося объекта и выключении его после выхода объекта из зоны. Он применяется для освещения фасадов домов, хозяйственных дворов, строительных площадок и т.д.
Технически данные пассивного ИК-датчика модели 1VY7015
Напряжение питания датчика и всего устройства ~220 В, ток потребления самого датчика в режиме охраны 0,021 А, что соответствует потребляемой мощности 4,62 Вт. Естественно, при включении галогеновой лампы мощностью 150 или 500 Вт потребляемая мощность увеличивается соответственно. Максимальный радиус обнаружения движущегося объекта (впереди датчика) 12 м, зона чувствительности в горизонтальной плоскости 120...1800, регулируемая задержка освещения (после выхода объекта из зоны контроля) от 5... 10 с до 10... 15 мин. Допустимый температурный диапазон эксплуатации -10...+40°С. Допустимая влажность до 93%.
ИК-датчик может находиться в одном из следующих режимов. «Режим охраны», при котором он «зорко» следит за контролируемой зоной и готов в любое время включить исполнительное реле (нагрузку). «Режим тревоги», при котором датчик с помощью исполнительного реле включил нагрузку, так как в его контролируемою зону попал движущийся объект. «Спящий режим», при котором датчик, находясь во включенном состоянии (под током), в дневное время, не реагирует на внешние раздражители, а с наступлением сумерек (темноты) автоматически переходит в «Режим охраны». Этот режим предусмотрен для того, чтобы не включать освещение в дневное время. После подачи питания датчик начинает с «Режима тревоги», а потом переходит в «Режим охраны».
Подобные датчики продаются также и отдельно. Их применяют значительно шире, чем комплект (прожектор с датчиком), а по режиму электропитания они могут быть рассчитаны на напряжение ~220 В или =12 В.
Принцип работы пассивного ИК-датчика
Фоновое инфракрасное излучение контролируемой зоны с помощью переднего стекла (линзы) фокусируется на фототранзисторе, чувствительном к ИК-лучам. Поступающее от него малое напряжение усиливается с помощью операционных усилителей (ОУ) микросхемы, входящей в схему датчика. В нормальных условиях электромеханическое реле включения нагрузки обесточено. Как только в контролируемой зоне появляется движущийся объект, освещенность фототранзистора изменяется, он выдает на вход ОУ измененное напряжение. Усиленный сигнал выводит схему из равновесия, срабатывает реле, которое включает нагрузку, например лампу освещения. Как только объект выходит из зоны, лампа некоторое время продолжает светиться, в зависимости от выставленного времени электронного реле времени, а затем переходит в исходное состояние — «Режим охраны».
Принципиальная схема пассивного ИК-датчика модели 1VY7015 показана на рис.1.
Увеличить рис.
По сравнению с подобными 1 2-вольтовыми ИК-датчиками, схема этой модели является простой. Нарисована она по монтажной схеме. Так как на монтажной схеме производители не обозначили все радиоэлементы, то автору пришлось это сделать самостоятельно. На плате размерами 80×68 мм размещены навесные радиоэлементы без применения ЧИП-элементов.