09.09.2016

Акустические извещатели разрушения стекла


В последнее время АИРС российского производства заметно потеснили импортные аналоги. Во-первых, это обусловлено более высокой стоимостью зарубежных датчиков, имеющих характеристики, аналогичные (а иногда и уступающие) отечественным извещателям, во-вторых, – несоответствием технологий изготовления и различиями в физико-химических и прочностных свойствах отечественных и зарубежных стекол. Получается, что определенная страна производит извещатели, которые гарантированно обнаруживают разрушение стекол, производимых именно на ее территории либо по унифицированной системе стандартизации в определенном экономическом сообществе. В результате испытаний АИРС иностранного производства часто возникает ряд вопросов, в частности: учитывалось ли при разработке поставляемого в нашу страну извещателя, что далеко не во всех российских окнах установлены стеклопакеты, что во многих случаях приходится иметь дело с деформированными (поцарапанными снегом, льдом, песком, абразивными частицами при мытье и т.п.), тонкими (3…4 мм) и небольшими по площади (форточки от 0,1 м2) стеклами, закрепленными в деревянных рамах простейшими штапиками, и, наконец, на какие способы разрушения стекла (кроме стандартного) ориентировались разработчики при формировании алгоритма работы извещателя, учитывались ли факторы "старения" стекол, влияние "акустики" помещений и многое другое?

После проведенных в НИЦ "Охрана" научных исследований и на основании периодических (по мере появления новых изделий) сравнительных испытаний АИРС для использования во вневедомственной охране отбираются только те извещатели, которые действительно совместимы с наиболее распространенными на территории РФ видами и типоразмерами строительных стекол. При этом они должны в полной мере обеспечивать заявленные требования по дальности действия и вероятности обнаружения при различных способах разрушения стекла, а также требования помехоустойчивости при неразрушающих ударах по стеклам с различными способами их закрепления, при воздействии акустических шумов бытового характера, помех от работы установленных на объекте звукоизлучающих устройств (оповещателей, звонков, сирен) и т.п. Кроме того, извещатели должны безусловно удовлетворять комплексу требований по стыковке и совместимости с объектовым и пультовым оборудованием, иметь современный дизайн и приемлемую стоимость, быть удобными в установке, эксплуатации и обслуживании.

Общий принцип действия АИРС

АИРС для своего функционирования используют поле акустических волн, образующихся при разрушении охраняемой остекленной конструкции (окно, витрина) и распространяющихся в воздушной среде помещения. При этом диапазон используемых для анализа частот, как правило, располагается в слышимой человеком области. Сами извещатели для реализации функции обнаружения никаких сигналов не производят. Поэтому их стандартное название – извещатели охранные пассивные звуковые.

На первом этапе развития АИРС использовался одноканальный метод анализа акустических сигналов. Алгоритм обнаружения был ориентирован на характерный, знакомый всем высокочастотный звук разбития стекла, эффективная часть спектра которого находится в диапазоне от единиц до десятков кГц (человек может слышать максимум до 15–18 кГц, в зависимости от возраста и индивидуальных особенностей его органов слуха). Однако, как выяснилось позднее, звуки, подобные этому, могут возникать не только при разрушении остекленной конструкции, но и при падении связки ключей или стеклянных предметов, соударении металлических деталей, работе звонков или сирен и воздействии других импульсных звуковых сигналов. Поэтому помехоустойчивость таких извещателей была не очень высокой.

Очередным шагом в развитии АИРС стало использование двухканальной обработки сигнала. Это обусловлено тем, что привычный для нас высокочастотный звук разбития стекла является хотя и достаточно характерным, но все же вторичным. При разрушающем ударе по стеклу на первом этапе происходит небольшой прогиб стеклянного полотна и его вибрация, в результате которой возникают низкочастотные звуковые колебания в диапазоне от единиц до сотен Гц (в зависимости от размеров стекла, способа его разрушения, особенностей размещения несущей конструкции). В этот момент в стекле возникает внутреннее напряжение. Если оно превышает критический уровень, то происходит разлом материала, сопровождающийся образованием и распространением трещин. Возникающая при этом акустическая эмиссия порождает тот самый характерный высокочастотный звук разбития стекла.

Некоторые производители разделяют эти два (основных) диапазона на поддиапазоны, некоторые используют инфразвуковые и ультразвуковые области спектра сигнала. По их мнению, такая дифференциация позволяет более четко группировать критерии полезного сигнала по различным типоразмерам стекол и способам их разрушения, используя, например, мажоритарную логику. Однако, как показывает практика, усложнение алгоритма работы извещателя не всегда оправдано. При разумном формировании набора информационных признаков полезного сигнала и критериев их анализа вполне достаточно двух основных частотных диапазонов, выбранных с учетом физических особенностей процесса разрушения стекла.

По нашему мнению, перспективным направлением в развитии АИРС является повышение их защищенности от попыток саботажа в плане потери обнаруживающей способности по аналогии с пассивными ИК-извещателями, обладающими функцией антимаскирования.

Рассмотрим обобщенную функциональную схему АИРС, приведенную на рис. 1.

1 – чувствительный элемент (микрофон);
2 – блок обработки сигнала;
3 – блок индикации;
4 – блок формирования извещений;
5 – блок питания;
5' – контроль напряжения питания.

В процессе функционирования АИРС принимает звуковые сигналы с помощью чувствительного элемента – микрофона (1) и преобразует их в электрические сигналы, поступающие в блок обработки (2). В этом блоке осуществляется усиление сигналов и их анализ по выделяемым признакам.

При идентификации сигнала как звука от разбиваемого стекла на выходе блока обработки (2) вырабатывается управляющий сигнал, передаваемый в блок формирования извещений, который выдает сигнал тревоги в линию связи.

Кроме того, блок формирования извещений управляет работой встроенных световых индикаторов (3), отображающих состояние извещателя.

Блок питания (4) обеспечивает электропитанием другие функциональные части извещателя. Основными узлами, определяющими совместимость извещателя с другими техническими средствами системы сигнализации, являются блоки питания и формирования извещений. Параметры стыков: "извещатель-источник электропитания", "извещатель-шлейф сигнализации (ШС), или линия пульта централизованного наблюдения" определены в нормативных документах.

Параметры стыка "извещатель-источник электропитания" характеризуют возможность подключения АИРС к типовым источникам, используемым для электропитания технических средств охранной сигнализации. В качестве вторичного блока питания обычно используется источник постоянного тока напряжением (12±1,2) В, работающий в свою очередь, от сети переменного тока с действующим напряжением 220+22-33 частотой (50±1) Гц.

К функциям вторичного источника также относится обеспечение резервирования, т.е. перехода на питание от резервного источника (аккумулятора) без провалов (выбросов) напряжения питания, приводящих к ложному срабатыванию извещателя.

В современных АИРС обеспечивается контроль выходного напряжения вторичного источника электропитания и формирование извещения о неисправности при снижении данного напряжения до критического уровня.

Параметры стыка "извещатель-ШС" определяют возможность совместной работы АИРС с ПКП, системой передачи извещений (СПИ) или пультом централизованного наблюдения (ПЦН). Извещатель должен обеспечивать коммутацию цепей с напряжением до 72 В и током до 30 мА.

Длительность тревожного извещения, формируемого АИРС для передачи на пульт централизованного наблюдения, должна быть не менее 2 с. При питании от ШС извещатели формируют тревожное извещение замыканием шлейфа сигнализации, которое сохраняется до выключения электропитания ПКП (отключения ШС). При срабатывании извещателя ток через его выходные цепи должен быть ограничен ПКП на уровне не более 35 мА.

Основными характеристиками назначения АИРС, приводимыми в технической документации, являются максимальная дальность действия и минимальная охраняемая площадь. Кроме этого указывают параметры помехозащищенности, надежности, конструктивное исполнение для работы в условиях окружающей среды, параметры электропитания, массу, габаритные размеры и ряд других показателей.

Дальность действия определяется расстоянием от АИРС до наиболее удаленной точки поверхности контролируемого стекла. Для извещателей с регулируемой чувствительностью указывают максимальную дальность действия, соответствующую максимальной чувствительности.

Минимальная охраняемая площадь представляет собой минимальную площадь поверхности охраняемого стекла, разрушение которого АИРС обнаруживает с установленной вероятностью.

К тактическим относятся параметры, определяющие порядок функционирования извещателя в составе системы сигнализации. При подаче электропитания извещатель должен переходить в дежурный режим работы без формирования тревожного извещения. Время технической готовности АИРС должно быть не более 60 с.

Извещатели после формирования тревожного извещения должны переключаться на дежурный режим работы не позднее чем через 30 с.

Для АИРС характерно наличие либо одного (в т.ч. двухцветного), либо нескольких световых индикаторов, отображающих режим его работы, вспомогательные функции, помеховую обстановку, регистрацию сигнала. Дополнительная индикация обеспечивает удобство настройки извещателя на объекте. Используемая в АИРС тактика работы встроенных световых индикаторов ("по темному полю") не отличается от принятой для извещателей других видов охранной и охранно-пожарной сигнализации. В дежурном режиме работы световой индикатор выключен, а в тревожном – включается на заданное время.

Типовым конструктивным решением для АИРС является использование пластмассового корпуса прямоугольной (квадратной) формы. Конструкция корпуса извещателя и способ размещения в нем микрофона, как правило, предусматривают возможность изменения ориентации зоны обнаружения.

В связи с тем что АИРС не обнаруживают проникновение нарушителя в результате открывания окна или вынимания стекла из рамы, их приходится дополнять либо извещателями объемного обнаружения (пассивными инфракрасными, активными ультразвуковыми или радиоволновыми), либо инфракрасными поверхностными извещателями, формирующими зону обнаружения типа "занавес" ("штора"), размещаемую на пути возможного движения человека.

Другой способ – использование совмещенного извещателя, который способен решить обе эти задачи. Наиболее оптимальным до недавнего времени считалось объединение АИРС в одном корпусе с пассивным ИК-датчиком движения. В перспективе же прорабатываются вопросы совмещения АИРС с извещателями других принципов действия, в частности с ультразвуковыми. Это связано с тем, что вариант АИРС+ИК (особенно настенного исполнения) имеет некоторое эксплуатационное противоречие. Зона акустического канала (АК) должна быть обязательно направлена на окно, а зону ИК-излучения, наоборот, не рекомендуется на него направлять, чтобы исключить ложные срабатывания от "засветок" (ярким солнечным светом, автомобильными фарами и др.).

Тем не менее преимущества такого совмещенного извещателя перед двумя отдельными датчиками очевидны и экономически целесообразны. Во-первых, совмещенный извещатель дешевле двух отдельных датчиков, во-вторых, меньше средств, материалов и времени затрачивается на проведение монтажных работ и техническое обслуживание.

Размещение и настройка АИРС на объекте

Перед установкой любого акустического или совмещенного с ним извещателя на охраняемом объекте необходимо обратить внимание на соответствие условий эксплуатации группам параметров, приведенным в технической документации, а именно: параметрам устойчивости к воздействиям окружающей среды, параметрам обнаружения и характеристикам помехозащищенности.

В группу параметров устойчивости АИРС к воздействиям окружающей среды входит диапазон рабочих температур и относительной влажности окружающего воздуха. В соответствии с заданной категорией размещения, определяемой исполнением извещателей по устойчивости к воздействию климатических факторов, АИРС нельзя устанавливать снаружи зданий, а также в неотапливаемых и сырых помещениях.

Размещение извещателей должно исключать попадание в них влаги, а также умышленные или случайные механические повреждения в процессе эксплуатации.

Не следует применять АИРС для блокировки стекол, имеющих:

  • толщину, не соответствующую диапазону, указанному в сопроводительной документации на извещатель;
  • линейные размеры, не соответствующие требованиям к минимальной охраняемой площади, указанной в сопроводительной документации на извещатель;
  • видимые повреждения (царапины, трещины, сколы и т.п.), снижающие прочность конструкции;
  • плохое (слабое) закрепление стекла в строительной конструкции.

Для того чтобы исключить случайное или умышленное повреждение извещателя, а также уменьшить возможность его акустического экранирования (отгораживания) от блокируемых стекол каким-либо предметом, целесообразно размещать АИРС на высоте не менее 2 м от пола.

АИРС следует устанавливать так, чтобы он находился на линии прямой видимости по отношению ко всем блокируемым стеклам.

Для обеспечения надежного обнаружения необходимо при установке ориентировать зону обнаружения АИРС на блокируемые стекла. При этом не следует рассчитывать на возможные переотражения звукового сигнала от пола или от стен помещения, размещая извещатель, например, на той же стене, где находится стекло.

Следует также помнить, что, если в помещении после установки АИРС произошло изменение конфигурации находящихся там предметов или появились новые предметы, необходимо убедиться, что извещатель ничем не отгорожен от стекла, а его характеристики обнаружения и помехозащищенности не изменились.

Параметры помехозащищенности определяют условия для устойчивой работы АИРС без ложных сигналов тревоги. Для этого в охраняемом помещении должны быть выполнены определенные требования по исключению воздействия опасных помех акустического и электромагнитного характера.

Для исключения ложных срабатываний от акустических помех извещатель не рекомендуется устанавливать в помещениях:

  • с высоким уровнем звуковых шумов (более 65 дБ, что ориентировочно соответствует громкому разговору двух людей в помещении на удалении 3–4 м от извещателя);
  • с плохой звукоизоляцией.

В помещении на период его охраны должны быть закрыты двери, форточки, отключены вентиляторы, радиоприемники (или трансляционные громкоговорители) и другие возможные источники звуковых помех.

Следует иметь в виду, что наличие вибрации стен в месте размещения извещателя может привести к формированию на выходе его чувствительного элемента переменного электрического сигнала, приводящего к снижению чувствительности или к появлению ложных сигналов тревоги.

АИРС не имеют каких-либо специальных или повышенных требований к обеспечению их помехозащищенности от электромагнитных помех. Однако, как и для всяких устройств с электронной схемой, при выборе места их размещения следует учитывать возможное влияние электромагнитных полей от близкорасположенных силовых кабелей, неисправных люминесцентных ламп и т.п.

Общей рекомендацией по повышению помехоустойчивости АИРС с регулируемой чувствительностью является их размещение по возможности ближе к контролируемому стеклу. Это позволяет уменьшить чувствительность извещателя при надежном обнаружении разрушения стекла.

Типовые варианты размещения АИРС представлены на рис. 2–6.

Если в помещении имеются шторыили жалюзи, то АИРС целесообразно устанавливать в простенке между нимии окном (рис. 2), чтобы эти занавеси немешали нормальной работе извещателя.При установке АИРС на боковой сте не (рис. 3) необходимо учитывать уголобзора его диаграммы направленности, атакже максимальное удаление извещате ля до крайней точки контролируемогостекла. Извещатель должен быть напра влен в сторону контролируемых стекол.При установке на стене, противопо ложной блокируемым стеклам, для охра ны нескольких оконных проемов целесообразно размещать АИРС (по возможности, разумеется) на одинаковом расстоянии от крайних стекол. В этом случае обеспечивается более равномерная чувствительность в пределах зоны обнаружения (рис. 4).

Возможен также контроль остекленного потолочного пространства. При этом в случае больших расстояний и малого угла обзора можно использовать несколько АИРС (рис. 5).

При установке АИРС на потолке возможна блокировка остекленных проемов, расположенных в одной (рис. 6а) или двух (рис. 6б) смежных стенах.

На рис. 7 показаны нерекомендуемые варианты установки АИРС. К таким вариантам относятся:

  • размещение извещателей на относительно небольшой высоте;
  • на той же стене, что и блокируемое стекло;
  • у двери;
  • в местах, где возможна вибрация или громкие звуки.

Подготовка АИРС к работе

Перед проведением подготовки извещателей к работе необходимо закрыть все окна, двери, форточки, отключить источники звуковых помех. Недопустимо присутствие в охраняемом помещении посторонних людей.

В процессе подготовки производится настройка чувствительности АИРС и проверка их работоспособности при имитации разрушения всех охраняемых стекол. Имитация разрушения производится с помощью тестового удара. Технология удара представлена на рис. 8. Для нанесения удара испытательный шарик необходимо разместить непосредственно у стекла, не касаясь его. Не изменяя точки подвеса, надо отклонить шар по вертикали в плоскости, перпендикулярной плоскости стекла, без провисания нити и отпустить.

Угол, на который необходимо отклонить нить, определяется прочностью стекла (типом), а также уровнем звукового давления сигнала, генерируемого при разрушении. Для обычных строительных стекол он составляет 30–55° и может быть определен с помощью графика, представленного на рис. 9.

При использовании АИРС для охраны других видов стекол надо учитывать, что по сравнению с обычными узорчатые и армированные стекла являются менее прочными, а защищенные упрочняющими полимерными пленками (начиная с класса защиты А1) и закаленные стекла, наоборот, выдерживают более сильные тестовые удары. В соответствии с этим в сопроводительной документации АИРС должны быть даны рекомендации по настройке извещателей для каждого вида стекла.

Об имитаторах

Для периодической (регламентной) проверки функционирования установленных на объектах и настроенных по вышеуказанной методике АИРС иногда используют электронные имитаторы разрушения стекла. Сегодня на российском рынке представлена целая серия таких устройств, причем как зарубежного, так и российского производства. Думаем, нет смысла еще раз приводить доводы в пользу применения отечественных приборов, тем более что речь идет о тестировании отечественных извещателей.

Все известные нам имитаторы имеют небольшие габаритные размеры и поэтому способны воспроизвести лишь высокочастотную составляющую акустического сигнала, соответствующего звуку разбития стекла. Для создания низкочастотной составляющей предлагается ударить по стеклу кулаком или какимнибудь другим предметом (стекло не разбивать, людей предупредить), а имитатор при помощи встроенного микрофона воспримет сигнал от вибрации стекла и воспроизведет звук его разрушения.

При всей его привлекательности электронный метод тестирования АИРС настоятельно не рекомендуется использовать для настройки чувствительности (дальности действия) извещателей на объекте, при выборе места их установки, ориентации зоны обнаружения. В любом имитаторе заложены некие усредненные параметры тестового сигнала, никоим образом не "привязанные" к тем конкретным стеклам, которые установлены в строительных конструкциях данного объекта. Если стекла маленькие и тонкие, да еще и старые, то выбранная по имитатору дальность действия АИРС может оказаться недостаточной, а если это огромные витринные полотна, то, избыточной, что чревато ложными срабатываниями. Так что лучше все-таки пользоваться "шариковым" методом.

Иногда приходится слышать жалобы на то, что в момент настройки АИРС стекло при ударе по нему тестовым шариком разбивалось. Ответ здесь может быть только один: "И слава богу! Туда ему (стеклу) и дорога!" Это означает, что данное стеклянное полотно таило в себе незаметные для глаза микроповреждения (царапины, сколы, раковины и т.п.), снизившие его прочность до недопустимо низкого уровня. На охраняемом объекте таким стеклам нет места. Подобные этому случаи только подтверждают эффективность и полезность данного метода настройки и проверки работоспособности АИРС, который к тому же позволяет выявить слабые места охраняемой конструкции.

Источник:  http://www.secuteck.ru/


Автор:  Никитин А. А.

Разделы каталога

(Нет голосов)