Порядок виконання роботи

1. Включити лабораторний стенд та витримати декілька хвилин для адаптації ПІЧ сповіщувача до умов навколишнього середовища.

2. Дослідити діаграму направленості ПІЧ-сповіщувача:

- переміщуючись в зоні чутливості піроприймача знайти крайні точки виявлення руху людини;

- знайти кут виявлення;

- знайти максимальну дальність виявлення;

- дослідити нижню зону виявлення ПІЧ-сповіщувача.

3. Побудувати діаграму направленості ПІЧ-сповіщувача.

4. Перевірити спрацювання ПІЧ-сповіщувача на спрацювання по одному, двом і трьом імпульсам.

5. Вивчити конструкцію ПІЧ-сповіщувача SRP-100 фірми CROW Elecktronic Engineering LTD.

3.3. Зміст звіту до лабораторної роботи

Звіт до лабораторної роботи повинен вміщувати:

- мету роботи;

- основні технічні характеристики пристроїв, що досліджуються;

- пункти виконання експериментальної частини лабораторної роботи у відповідності з завданням. Кожний пункт повинен вміщувати результати вимірювань, які до нього відносяться та необхідні пояснення;

- висновки до виконаної лабораторної роботи.

3.4. Контрольні питання

1. Визначення пасивного оптико-електронного сповіщувача.

2. Загальна структурна схема пасивного інфрачервоного (ПІЧ) сповіщувача.

3. Теоретичні передумови застосування ПІЧ-датчика, як сповіщувача руху людини.

4. Піроелектричний ефект. Температура Кюрі.

5. Побудова піроприймача. Матеріали чутливих елементів піроприймача.

6. Оптичні властивості піроприймача. Призначення оптичних фільтрів піроприймача.

7. Параметри піроприймача: чутливість, залежність чутливості від частоти модуляції, рівень власних шумів.

8. Параметри піроприймача: еквівалентна потужність шуму, здатність виявлення.

9. Основні типи діаграм направленості ПІЧ-сповіщувача.

10. Яким чином можливо змінити діаграму направленості ПІЧ-сповіщувача?

11. Оптичні системи ПІЧ-сповіщувачів на основі лінзи Френеля, переваги та недоліки.

12. Оптичні системи Яким чином можливо змінити діаграму направленості ПІЧ-сповіщувачів на основі дзеркальної оптики, переваги та недоліки.

13. Функціональна схема та епюри сигналів ПІЧ-сповіщувача типу «Фотон».

14. На який вид руху реагує ПІЧ-сповіщувач? Чому?

15. Як захищений ПІЧ-сповіщувач від несанкціонованого відкриття?

16. Які функції захисту від хибних спрацювань, пов’язаних з умовами навколишнього середовища, має ПІЧ-сповіщувач?

Лабораторна робота 4

ДОСЛІДЖЕННЯ РАДІОХВИЛЬОВИХ СПОВІЩУВАЧІВ РУХУ СИСТЕМ ОХОРОННОЇ СИГНАЛІЗАЦІЇ

Мета роботи:

§ вивчення будови, принципу дії та характеристик радіохвильових сповіщувачів (РХС) руху систем охоронної сигналізації;

§ дослідження параметрів РХС руху систем охоронної сигналізації.

4.1. Стислі теоретичні відомості

Принцип дії радіохвильових сповіщувачів

В основі принципу дії РХС лежить ефект Доплера. Він полягає в наступному. При відбитті сигналу від об'єкта, що рухається, його частота може змінюватися. Зміна частоти сигналу, що випромінюється РХС, залежить від двох параметрів:

• довжини хвилі коливання λ, що випромінюється;

• радіальної складової швидкості V_р руху об'єкта.

Пояснення цього ствердження зробимо за допомогою рис.4.1.

Рис. 4.1. Принцип дії радіохвильового сповіщувача

Якщо об'єкт рухається в довільному напрямку відносно джерела випромінювання, у нашому випадку РХС, зі швидкістю V₀, то зміна частоти буде визначатися радіальною (спрямованою на джерело) складовою V_р. Зрозуміло, що в граничних випадках V_р=V₀ при русі строго на чи від джерела коливань і V_р=0 при русі на постійній відстані від РХ-виявляча.

Зміна частоти ∆f визначається як

, (4.1)

де – довжина хвилі випромінюваного сигналу; V_с – швидкість поширення коливань; f_с – частота сигналу.

Знак ∆f залежить від напрямку руху: якщо радіальна складова V_с спрямована на РХ-виявляча, тo ∆f позитивна, якщо від РХ-виявляча – ∆f негативна. Наприклад, для частоти f_с=10 ГГц Х-діапазона радіохвиль і швидкостей руху V_р1 =0,1 м/с і V_р2 =3 м/с одержимо:

l = м,

∆ f1= Гц,

∆f2 = Гц.

Таким чином, РХ-виявляч повинен випромінювати в контрольовану зону сигнал визначеної частоти і аналізувати прийнятий сигнал, відбитий від різних предметів на об'єкті, у тому числі можливо і від порушника. Частота сигналу, відбитого від нерухомих предметів, не змінюється, у той час як сигнал, відбитий від об'єкта, що переміщається, має іншу частоту, що означає рух у контрольованій зоні.

Зауважимо, що зсув частоти сигналу може бути викликаний не тільки рухом порушника, але і різними джерелами помилкових тривог, таких як механізми, що рухаються (наприклад, вентилятори), люмінесцентні лампи, рух води в пластикових трубах, тобто в тих випадках, коли є який-небудь рух чи коливання. Крім того, враховуючи здатність радіохвиль проникати через деякі перешкоди, такі як вікна, тонкі перегородки, двері, відбитий сигнал іншої частоти може бути обумовлений також рухом за межами контрольованого приміщення.

Наведений приклад показує, що зсув частоти при русі порушника з мінімальною швидкістю досить малий. Такий зсув малої величини може бути викликаний багатьма причинами, згаданими вище, у тому числі і коливаннями конструкції будинку від транспорту, що рухається поруч. Це одна з основних причин того, що при використанні РХС (сповіщувача руху, який використовує тільки один фізичний принцип виявлення) існує досить висока імовірність помилкових тривог. Наприклад, він може спрацьовувати при включеній в контрольованій зоні люмінесцентній лампі.

Приклад на рис. 4.1 є ідеалізованим. Реально буде не одна складова з доплерівським зсувом, а неперервний спектр у визначеній смузі частот. Пояснюється це тим, що різні частини тіла порушника при ходьбі мають різну швидкість. Максимальний доплерівський зсув буде приблизно вдвічі більше швидкості руху порушника.

Розглянемо особливості формування сигналу, відбитого від цілі (людини). Сигнал на вході приймача можна представити у вигляді суми трьох основних складових:

, (4.2)

де U₁(t), U₂(t), U₃(t) – напруги, що обумовлені сигналами, відбитими відповідно від рук, ніг і тіла людини.

Припустимо, що рух рівномірний і прямолінійний. Тоді сумарний сигнал може бути записаний у наступному вигляді:

, (4.3)

де S₁ і S₂ – площі поверхні рук, ніг і тіла, що опромінюються, w₀ – кутова частота передавача, Ω_д – кутова доплеровська частота, Ω – кутова частота коливань рук і ніг, R – відстань від РХС до цілі.

З формули (4.3) видно, що відбитий сигнал складається з модульованої і немодульованої складових, які мають потужності відповідно Р_м і Р_н. Аналіз цього виразу показує, що при малій швидкості руху Р_м дуже мала. Зі збільшенням швидкості частка Р_м зростає і відбувається перерозподіл потужностей гармонік.

Будь-які рухи будуть приводити до додаткових змін відбитого сигналу, що підвищує можливості виявлення порушника.

Діапазони частот РХС

На цей час для РХС використовуються, найчастіше, наступні діапазони частот:

• S-діапазону (2,4 ГГц);

• Х-діапазону (10 ГГц);

• К-діапазону (24 ГГц).

Частота сигналу досить важливий фактор. По-перше, як було показано вище, частота сигналу визначає доплерівський зсув частоти, що прямо пропорційний f_с. По-друге, від частоти сигналу залежать розміри антенної системи. По-третє, зі зміною частоти коливань істотно змінюється їхня здатність проникати через різні перешкоди. Наприклад, радіохвилі діапазонів Х и К поглинаються склом на 20% і 60% відповідно, перегородками - на 85% і 96%. А це дає додаткове зниження рівня помилкових тривог, оскільки зменшує імовірність реєстрації руху за межами контрольованої зони РХС.

Інша сторона вибору діапазону частот – величина доплерівського зсуву частот при одній і тій же швидкості руху. Остання, як було показано вище, прямо пропорційна частоті. Отже, при однаковій швидкості руху доплерівський зсув буде більше при використанні більш високої робочої частоти (рис. 4.2).

Рис.4.2. Залежність доплерівського зсуву частоти від радіальної швидкості руху об’єкта

Антени РХС

Вибір того чи іншого типу антенної системи визначається, насамперед, вимогами до зони виявлення сповіщувача, а саме:

• точністю формування конфігурації і розмірів цієї зони;

• здатністю зберігати форму при регулюванні її розмірів;

• наявністю бічних і задніх пелюстків діаграм спрямованості;

• технологічними вимогами до розміру антени і складності технічної реалізації;

• обмеженнями маси і габаритів пристрою.

Крім того, звичайно треба враховувати і обмеження вартості.

Немає потреби докладно пояснювати необхідність точного формування конфігурації і розмірів діаграми спрямованості РХ-каналу виявлення, а також здатності зберігати форму діаграми при регулюванні її розмірів.

В разі сумісної роботи радіохвильового і пасивного інфрачервоного (ПІЧ) сповіщувачів, що зменшує ймовірність помилкових спрацювань, необхідно узгоджувати зони перикриття діаграм спрямованості ПІЧ і РХ-каналів. На рис. 4.3, а і б проілюстровані варіанти розбіжності діаграм спрямованості ПІЧ- і РХ-сповіщувачів. На рис. 4.3, в показаний гарний збіг зон виявлення ПІЧ- і РХ-каналів, що забезпечує відповідність зони виявлення вимогам і мінімальний рівень помилкових спрацьовувань.

В даний час використовуються головним чином смужкові, рамкові і рупорні антени. Якщо основною перевагою перших двох є менші габарити і маса, то перевагами рупорних антен є висока точність формування діаграми спрямованості, збереження її форми при регулюванні дальності, практично повна відсутність бокових і задніх пелюсток.

Антена РХС повинна мати наступні якості:

• високу точність формування форми діаграми спрямованості;

• збереження форми діаграми спрямованості при регулюваннях дальності;

• практично повну відсутність бічних і задніх пелюстків.

Зауважимо, що останнє виключає помилкові спрацьовування від руху поза зоною виявлення - за стінами та перегородками, на яких установлений сповіщувач. На рис. 4.3 та 4.4 наведені результати вимірів форми діаграми спрямованості комбінованих сповіщувачів різних діапазонів робочих частот. Рис.4.3, а відповідає випадку, коли РХС відрегульований на максимальну дальність виявлення, а рис. 4.3, б – на мінімальну дальність.

Діаграма спрямованості РХС виходить за межі діаграми ПІЧ-сповіщувача

а)

	а)

б)

Діаграма спрямованості РХС менше діаграми ПІЧ-сповіщувача

в) )

Рупорна антена дозволяє добитися більш точного співпадіння діаграм спрямо-ваності РХС і ПІЧ-сповіщувача

Рис. 4.3. Діаграми спрямованості каналів виявлення комбінованого сповіщувача

Рис. 4.4. Діаграми спрямованості РХС, відрегульованих на дальність 11 м

Вплив радіовипромінювання на організм людини

Радіохвильовий сповіщувач є активним - в контрольовану зону випромінюється радіосигнал високої частоти. Останній може мати негативний вплив на здоров'я людини.

В даний час нас оточує велика кількість джерел радіовипромінювання різних частот. Це, наприклад, мікрохвильові печі, радіотелефони, телевізори тощо.

Перш ніж порівняти рівень випромінювання від РХС і згаданих джерел, пояснимо деякі параметри сигналу, випромінюваного сповіщувачами. По-перше, ці сповіщувачі випромінюють не неперервне коливання, а імпульсне зі шпаруватістю 80. Тобто тривалість сигналу в 80 разів менше тривалості паузи. Імпульсна потужність сигналу, що випромінюється, складає 5 мВт. Потужність другоюю і третьої гармонік на 34 дБ нижче. Отже, середня за період сигналу випромінююча потужність дорівнює 0,0625 мВт.

Наприклад, нормативи США, установлені для мікрохвильових печей, складають 5 мВт/см² на відстані 5 см. На такій відстані щільність потоку радіовипромінювання сповіщувачів складає 0.0004 мВт/см². Остання цифра в 12500 разів менша згаданого максимально дозволеного рівня випромінювання.

Таким чином, побоювання про шкідливий вплив РХ-каналу сучасних комбінованих сповіщувачів на здоров'я перебільшені, і РХС можуть використовуватися й у приміщенні, де знаходяться люди. Але, якщо немає необхідності встановлювати РХС, не варто використовувати такі сповіщувачі в приміщеннях із тривалим перебуванням людей.

Типові технічні характеристики комбінованого ПІЧ+РХ сповіщувача руху

Струм, що споживається	25 мА, =12 В
Діапазон робочих напруг	=9 - 16 В
Реле тривоги	50 мА, =24 В
Реле 24-х годинної зони	0,5 А, 24 В
Розміри	127,6´64,2´40,9 мм
Робочий діапазон температур	0°С-+55°С
Діапазон температур зберігання	-20°С-+60°С
Дальність дії при висоті підвісу 2м	15 м
Датчик захищений від нагрівання випромінюванням видимого діапазону частот.

Конструкція комбінованого ПІЧ+РХ сповіщувача руху

Розміщення елементів усередині корпуса сповіщувача показане на рис.4.8. Усередині корпуса датчика є 3 перемикача:

leds - керування світлодіодними індикаторами (in - працює, out - не працює);

memory - керування запам'ятовуванням спрацьовування (in - спрацьовування сповіщувача не запам'ятовується, тобто індикація спрацьовування зникає через декілька секунд; out - спрацьовування датчика запам'ятовується, індикаторний світлодіод світиться постійно);

pulse-in – імпульси не рахуються, out - рахуються імпульси змінної полярності (2 імпульси).

Дальність дії пасивного ІЧ-сповіщувача залежить від висоти встановлення датчика. Датчик не можна розташовувати в зоні дії нагрівальних приладів або під прямим впливом сонячних променів. Лінзи сповіщувача повинні бути спрямовані до будь-якої із стін або на підлогу (але не на вікна або фіранки).

Після встановлення сповіщувач повинен бути протестований. Після двоххвилинної адаптації після вмикання виконується тест на рух. Тестуванням охоплюється весь простір, що захищається. Органи регулювання знаходяться на платі комбінованого сповіщувача. Потенціометр регулювання чутливості РХС повинен знаходитися в положенні min. Тестування проводиться шляхом руху людини всіма можливими способами всіма ділянками території, що захищається.

---

Дата добавления: 2015-10-26