Перемещения вблизи детектора

В главе 4 содержится, как вы помните, указание на быстрый рост чувствительности УЗ-детектора по мере сокращения дистанции между объектом и приемником. Конкретная кривая этого роста зависит от размеров объекта. Понимание такого затруднения дало инженерам возможность снабдить детектор устройствами, резко снизившими риск ложного срабатывания от близко пролетающих мелких объектов. В разделе "возможности снижения потенциальных тревог" об этом говорится подробнее.

Естественные и искусственные шумы в ультразвуковом диапазоне

Ультразвуковой приемник может сработать под действием постороннего сигнала. С этой сложностью можно справиться правильным выбором частоты, формы пучка и расположения прибора. В итоге подобный риск может быть сведен на нет.

Лицензирование

На установку ультразвукового детектора обнаружения нет необходимости брать правительственную лицензию.

Таковы основные свойства ультразвуковых датчиков. К счастью, большая их часть - позитивна, а недостатки можно превратить в достоинства.

Недостатки становятся достоинствами

Теперь стоит детально рассмотреть, как недостатки УЗ-детекторов можно обратить в их достоинства и наилучшим способом их использовать.

Физические свойства нарушителя

Если мы пользуемся для обнаружения УЗ-детектором, то нас интересует больше допплеровский сдвиг частоты, возникающий при перемещении нарушителя по помещению. Если это - опытный взломщик, то он наверняка знает, что прибор слабо реагирует на очень медленное передвижение. Это происходит оттого, что конструкторы вынуждены устанавливать в датчике некоторую минимальную разность частот в сдвиге, защищая таким образом прибор от случайного срабатывания при постороннем сигнале. Достаточно жестким критерием для этого является требование засекать нарушителя, проходящего метр за 3 минуты (10 метров за полчаса). Именно 10 метров принимаются за базовое расстояние, которое мы можем позволить нарушителю пройти в зоне обнаружения детектора. Учитывая, что взломщику еще необходимо войти и выйти из здания, его пребывание в помещении затягивается минимум на час. Это очень серьезная нагрузка на нервы. Чем она выше, тем больше вероятность невольного движения головы, руки или ноги преступника, которое способен засечь радар.

Менее квалифицированный нарушитель попробует взять скоростью. При определении верхней границы чувствительности ультразвукового детектора к допплеровскому сдвигу от движения конечностей следует исходить из того, что олимпийский рекорд в скорости - бега порядка 10 метров в секунду. Нарушитель вряд ли способен на такой стремительный бросок в закрытом помещении. Верхняя граница чувствительности устранит срабатывание прибора от движений, скажем, насекомых.

Возможность избежать обнаружения

Вот вопрос, который иногда задают о допплеровском принципе ультразвукового обнаружения: "что, если нарушитель будет двигаться под прямым углом ко всем лучам?" Правомерность этого вопроса основана на том факте, что для возникновения сдвига частят объект должен приближаться или удаляться по сечению пучка. Да, физическая теория признает возможность движения объекта в луче ультразвука без создания сдвига частот. Однако, к счастью, на практике это невозможно. Преступник должен двигаться по кругу на одном и том же удалении от радара. Достигнет ли он желаемой цели, все время ходя вокруг нее? Более того, его руки и ноги тоже должны совершать движение по периметру, и каждое передвижение должно вписываться в одинаковый радиус. Подобные упражнения фантазии убеждают нас и еще меньшей вероятности избежать обнаружения.

Контрольное время срабатывания системы

Гораздо более разумным способом избежать обнаружения является движение рывками. Преступник может резко перемещаться и застывать на время. Его физическое, а также психологическое напряжение будет меньше, но если конструктор системы защиты представляет подобный образ действий, он может варьировать контрольное время срабатывания системы.

Обширные данные измерений того, как движутся различные люди, показывают, что человек не способен двигаться быстрее некоторой скорости. Настроив на нее контрольное время срабатывания, можно с уверенностью утверждать, что сигнал о сдвиге частот, длящийся меньше установленного срока, не имеет отношения к преступнику. Система способна игнорировать короткие пульсации силы тока и напряжения в цепи своего электропитания. Длительный сигнал система однозначно опознает как принадлежащий нарушителю, и поднимает тревогу.

Эта методика носит название "сортировка входного сигнала по времени", и ее нельзя смешивать с растягиванием сигнала в кнопках тревоги. Система, как это очевидно, может быть настроена на возможную квалификацию преступника. Экспериментальным путем можно добиться срабатывания системы без задержки через десятую долю секунды после начала движения или после 2-3 шагов, то есть - через секунду.

Используемые частоты

Чем выше частота ультразвукового излучения, тем менее чувствителен ультразвуковой детектор к естественным и искусственным источникам ложных тревог. Нижняя граница допустимых частот пролегает в районе 20000 герц, а наиболее часто используется частота 40000 герц. Насколько удобно использовать, скажем, частоту в 80000 герц? В принципе, выбор частоты конструктором определяется следующими обстоятельствами:

Затухание

В главе 4 уже говорилось, что затухание волны в воздухе обратно пропорционально квадрату частоты. Если быть более предметным, то удвоение частоты с 20 килогерц до 40 килогерц при сохранении того же угла излучения и дистанцию вчетверо снижает относительную мощность эха. Новое удвоения частоты - до 80 килогерц - снизит исходную мощность эха в 261 раз. Дальнейшее наращивание частоты потребует или сверхмощного передатчика, или особо чувствительного приемника.

Форма пучка

Как известно из четвертой главы, способность к фокусированию ультразвука, света и микроволнового излучения описывается близкими физическими законами. Наиболее часто используемые параметры УЗ-излучения приводятся ниже, в разделе, посвященном излучателям. Здесь можно отметить, что при слишком высокой рабочей частоте пучок становится слишком узким и острым и не подходит даже для направленного пространственного обнаружения.

Взаимные помехи

Допустим, что частота работы детектора выбрана удачно, однако требуется защитить довольно большое помещение, i В этом случае невыгодно полагаться только на одно устройство. Однако, если несколько УЗ-детекторов будут работать в одной комнате и с одной частотой, то из-за наложения полей возможно появление сдвигов в частоте принимаемых сигналов. Система будет постоянно принимать их за допплеровский эффект и бить тревогу. Наилучший способ избавиться от этой неприятности - выделить каждому устройству свою рабочую частоту и развести диапазоны этих частот за пределы максимального воспринимаемого УЗ-детектором допплеровского сдвига. Если вы конструктор, то теперь вам ясно, что надо сделать, а если заказчик, то знаете, о чем спросить поставщиков системы сигнализации.

Типы излучателей

Пользуясь определением, данным в главе 4, ультразвуковой детектор прибор активного действия. Это значит, что ему нужен неприродный источник ультразвука. Электрический ток преобразуется в этом источнике в ультразвук с помощью излучателя. Хороший пример этому - высококачественный динамик. Представив себе его, мы почти вплотную подходим к простейшему типу излучателя. В 4 главе обсуждалось то влияние, которое форма и размеры излучателя оказывают на форму пучка. В высококачественных динамиках по мере роста частоты воспроизводимого звука требуется уменьшать и размер диафрагмы, что позволяет добиться приемлемой в стереофонии диаграммы направленности излучения и качества звучания. Генерация высокочастотного ультразвука с той же шириной пучка потребует дальнейшего уменьшения диаметра диафрагмы-излучателя.

Диск. Излучатель представляет собой плоский диск диаметром около 10 мм, изготовленный из титаната бария. Этот материал, кстати, используется и в высококачественных динамиках колонок радиоаппаратуры, но есть и разница. При использовании подобных излучателей в звуковоспроизведении нам необходима широкая гамма высоких частот, а для систем сигнализации нужна работа только на одной частоте. Этого можно добиться и с использованием пьезоэлектрических материалов. Чтобы полностью скомпоновать ультразвуковой детектор движения, необходимо аналогичное устройство и для приемника с тем же конусом приема. Конуса передачи и приема у размещенных рядом передатчика и приемника могут перекрывать друг друга.