+7 (495) 234-32-12
пн-пт с 9.30 до 18.00

Корзина пуста

Все системы безопасности в одном центре
Продажа Доставка по России Монтаж Обслуживание
Поиск по каталогу

Как устроены извещатели разрушения стекла. Преимущества и недостатки различных типов

К сожалению, до сих пор в практике построения технических систем обеспечения безопасности полностью не сложилась однозначная система терминологии на русском языке. Одинаковые объекты и принципы называют по-разному и, наоборот, разные называют одним словом. Бывает, что названия, сложившиеся в этой области, не совпадают с общепринятыми в иных областях человеческих знаний. Например, удалённое управление поворотными видеокамерами с переменным фокусным расстоянием в системах охранного телевидения называют «телеметрией», хотя телеметрией называется измерение параметров удаленного объекта, а удалённое управление – телеуправлением.

Извещатели разрушения стекла (ИРС)Одним из самых распространённых типов датчиков, обнаруживающих факт вторжения злоумышленника на охраняемый объект, являются Извещатели Разрушения Стекла (ИРС).
Попробуем разобраться с некоторыми терминами, используемыми при описании ИРС.
Принципы их действия и типы описаны, например, в статье Р. Кутейникова в «Системах безопасности» № 4 за 2005 год.
Статья, безусловно, интересная и полезная, и всё, что в ней написано - правильно. Найти ее можно в Интернете по следующему URL http://daily.sec.ru/dailypblshow.cfm?rid=6&pid=15159&pos=1&stp=10 и написанное в ней будет здесь многократно цитироваться.

Информацию о разрушении стекла несут в себе возникающие при этом волны. Волны эти могут распространяться по воздуху и по твёрдому телу, самому стеклу и другим строительным конструкциям. Все эти волны можно называть упругими (поскольку распространяются за счёт существования возвращающих упругих сил в воздухе и твёрдом теле) и акустическими (поскольку изучаются в акустике). Под термином «механические волны», в некоторых описаниях, по-видимому, понимаются твердотельные. Далее, поскольку это важно для понимания работы разных типов датчиков, будем кратко называть волны в воздухе звуком, а волны в твёрдом теле твердотельными.

По месту установки ИРС-ы можно условно разделить на контактные, устанавливаемые непосредственно на защищаемое стекло, и звуковые.

Электро-контактные извещатели
Данные извещатели формируют сигнал тревоги при разрыве установленного на стекле проводника (фольга, провод и т.д.). Они устойчивы к механическим колебаниям стекла, имеют низкую стоимость. К их недостаткам можно отнести заметность, а то, насколько будет испорчен внешний вид помещения, зависит от аккуратности монтажа, и, конечно, от самого помещения. Это единственный вид датчиков, которые не относятся к акустическим.

Ударно-контактные извещатели
Извещатель, как правило, представляет собой массивный металлический шарик на упругом, тонком стерженьке – пружинке, вокруг которого находятся контакты. Если корпус извещателя встряхнуть в любом из направлений, за исключением направления вдоль стержня, контакты кратковременно замкнутся.

Пьезоэлектрические извещатели
Основным элементом извещателей данного типа является пьезоэлектрический элемент, который преобразует механические колебания стекла в электрический сигнал. Последующая обработка полученного сигнала электронной схемой позволяет определить, явился ли он производной разрушения стекла или другого неразрушающего воздействия.
Важнейшим достоинством таких извещателей, по сравнению со звуковыми, является их меньшая зависимость от типа и толщины стекла и от акустической помеховой обстановки в охраняемом помещении. Это упрощает процедуру настройки системы охранной сигнализации

Звуковые извещатели разрушения стекла.
Этот тип извещателей появился последним, в них используются самые сложные алгоритмы, и эти извещатели сейчас наиболее активно рекламируются. К их достоинствам для продавцов и установщиков относится более высокая цена.

В рекламных материалах, размещенных в Интернете много информации, о том, какие это замечательные датчики, но почти нет материалов, позволяющих судить об их устройстве, параметрах, и способах настройки в реальных условиях. Реклама импортных датчиков, как правило, представляет из себя скверные переводы с английского, причём английский не оригинальный, а это перевод с одного из дальневосточных языков. Похоже, переводчики не достаточно уверенно владеют русским языком.

Звуковой Извещатель должен состоять из:
1. чувствительного элемента – микрофона.
2. Фильтра (фильтров) выделяющих наиболее типичные спектральные составляющие сигнала.
3. Усилителей
4. Детекторов
5. Пороговых устройств
6. Контроллера (процессора)
7. Исполнительного элемента (реле)

Практически наверняка, во всех извещателях всех производителей в качестве чувствительно элемента используются конденсаторные электретные микрофоны со встроенными предусилителями на полевых транзисторах. Они малогабаритные, недорогие, и обладают неплохой частотной характеристикой. Сразу заметим, что иных чувствительных элементов кроме микрофонов, в извещателях нет, и рассуждения о волнах, распространяющихся в строительных конструкциях – в контексте звуковых извещателей – лукавство. Эти датчики иных волн, кроме звука, распространяющегося в воздушной среде, не принимают и не анализируют.

Частотная характеристика таких микрофонов распространяется приблизительно от 30Гц до 18 кГц с неравномерностью 12дБ. Вероятно, могут быть хвосты чувствительности в инфразвуковой и ближней ультразвуковой области. Но к рекламным сообщениям о работе датчиков за пределами диапазона слышимых звуков следует относиться с большой осторожностью.
Рассмотрим теперь некоторые заявления производителей и продавцов ИРС-ов с точки зрения терминологии. Не буду указывать конкретные ссылки, поскольку замечания относятся главным образом к русскоязычным рекламным материалам, а не недостаткам или достоинствам конкретных датчиков.

…Датчики двойной технологии используют два различных физических принципа для определения разбития стекла. Это приемники акустических сигналов, распространяющихся по воздуху, и механических колебаний, распространяющихся по стеклу, раме, потолку и стенам. Оба сигнала должны прийти к датчику одновременно.
Двойная технология позволяет существенно увеличить невосприимчивость к ложным тревогам, но установку и тестирование необходимо проводить очень внимательно…

Термин «двойной технологии» представляется уже устоявшимся и понятным, хотя называть современный датчик, анализирующий звук в семи частотных полосах датчиком 7-кратной технологии нелепо.
По поводу приёма механических колебаний – см. выше, если только в извещатель не встроен отдельный вибродатчик (?)
По поводу того, что сигналы должны прийти к извещателю одновременно. Это не так.
Все современные алгоритмы обнаружения построены именно на анализе задержек в различных частотных каналах. Очень грубо говоря, сначала должно лопнуть оконное стекло, а потом звенеть осколки. Например, один из датчиков «Фиксирует характерный звук ломки стекла на фоне перепада давления вследствие удара»
Эти задержки, как правило, относятся к know-how изготовителя, в одном только месте удалось найти цифру «не более 150мс»
То, что «установку и тестирование необходимо проводить очень внимательно» безусловно, правильно, и относится ко всем акустическим извещателям, особенно к звуковым, работающим в сложной помеховой обстановке.

…Датчик реагирует на низкочастотную ударную и высокочастотную акустическую волны…
Здесь разделение на высокочастотную и низкочастотную составляющие оправдано.
Точные границы полос, тоже никто не приводит, однако, по некоторым данным высокочастотная составляющая спектра бьющегося стекла лежит в области 5 -6 КГц, а низкочастотная около 200Гц.
Под словом «ударная» подразумевается волна, возникшая в результате удара по стеклу.
Необходимо только отметить, что в физике под ударными волнами понимаются волны, скорость распространения которых существенно выше, чем скорость звука в данной среде, и связанные с существенным массопереносом. К нашему случаю это не имеет никакого отношения.

…Датчик с компьютерным распознаванием акустического образа…
Здесь понятно, про что идёт речь – в составе извещателя есть микроконтроллер, на вход которого поступают оцифрованные сигналы с полосовых фильтров и вычисляются некие временные параметры сигналов, скорее всего скорости нарастания фронтов и взаимные задержки. В одном описании фигурирует слово «аудиосэмплинг» Это тоже самое, только переводчик транслитерировал английский термин, забыв перевести его на русский.

- интеллектуальная обработка звукового сигнала;
- микропроцессорный контроль;
- анализ 4 частот;
- многократная активная фильтрация звуковых частот разбиваемого стекла

По поводу первых двух пунктов – см. выше.
Последний пункт - совсем не понятен. Если производится фильтрация исходного сигнала на 4 полосы, зачем некая «многократная фильтрация»
«Анализ 7 слышимых частот + инфразвук»
8 полос, это, наверное, ещё лучше, чем 2 и даже 4.
Но, господа, каким устройством принимаете инфразвук? тем более что дальше в том же описании стоит «Специальный дизайн корпуса и гнезда микрофона».

Обладая базой для уникального анализа сигнала, основанного на нейронной сети, датчик имеет максимальную надежность обнаружения, не зависящую от помех. Высокая защищенность от помех делает датчик нечувствительным к внешним воздействиям, например движению, звону, свисту, не реагирует на ультразвуковые и электромагнитные поля.

Создание обнаружителя, надёжность работы которого не зависела бы от уровня помех, означало бы переворот в статистической радиотехнике, такой же, как создание вечного двигателя в термодинамике. К счастью, Парижская Академия вечные двигатели к рассмотрению уже почти 200 лет не принимает.
А нейронная сеть это круто. Надо полагать, что такой датчик должен устанавливать не монтажник и не программист, а нейропедагог, который в течении нескольких месяцев должен разбивать окна в охраняемом помещении, обучая датчик.
На самом деле, автор просто хотел сказать, что при исследовании спектрограмм бьющихся окон, и формировании алгоритма обнаружения были использованы приёмы программирования, заимствованные из старых добрых теорий Искусственного Интеллекта. А сами алгоритмы, конечно, зашиты в датчике жёстко.
И, наконец, датчик, который

«Анализирует акустический сигнал по нескольким десяткам частотных составляющих (от ультразвука до низких частот) и по временным промежуткам между ними, благодаря чему практически исключает ложные срабатывания»
Низкие частоты без упоминания цифр автор рекламного текста, вполне может упоминать.
Ультразвук – может восприниматься электретным микрофоном до частот 20 – 22КГц.
Грустно, но существование таких датчиков на рынке ОПС наводит на мысль, что концепция звукового датчика разрушения стекла ещё не сформировалась. Пока не ясно, сколько же частотных полос целесообразно анализировать, 2, 4 или несколько десятков?
Или анализировать широкополосный сигнал с помощью современных статистических алгоритмов?
Рассмотрим теперь технические характеристики отечественных ИРС. На них, в отличие от импортных, есть внятная техническая документация в открытом доступе.
Наибольший интерес представляют сведения, о настройках чувствительности извещателей. То есть о том, как обеспечить такую работу извещателя, чтобы разрушение стекла обнаруживалось бы достаточно надёжно, а вероятность ложных тревог была бы минимизирована.

Вот, например, как рекомендуется настраивать «Стекло-3»
а) Установить Извещатель в положение МИНИМАЛЬНОЙ чувствительности.
б) Нанести в наиболее удалённой части контролируемого стекла (обычного, узорчатого, армированного, закалённого, защищённого плёнкой, стеклоблока) тестовый (неразрушающий) удар.

Для этого испытательный шар (металлический?) диаметром…, массой…, подвешен на нити длиной…, разместить у стекла… . Не изменяя точки подвеса, отклонить шар на угол и отпустить. Если при ударе происходит включение индикатора срабатывания НЧ канала, Извещатель следует считать настроенным. Далее приведена таблица необходимых углов, в зависимости от типа и толщины стекла.

Насколько я понял, при продаже оптовой партии извещателей, соответствующий испытательный шар прилагается. Отметим, что здесь проверяется чувствительность только НЧ канала. Как проводить настройку, если нет именно такого шара, соблюдая самую минимальную объективность? Предложения вроде «нанесите неразрушающий удар рукой по стеклу» не выдерживают никакой критики.

Почти исчерпывающая информация о том, на какие воздействия не должен реагировать Извещатель Арфа ИО329-3 приведена в его документации.
Извещатель обладает помехозащищённостью (не выдаёт извещение «Тревога» при:
а) Неразрушающем механическом ударе по стеклянному листу резиновым шаром массой 0.39±0.01 кг, твёрдостью 60±5 в единицах IRHD, с энергией удара 1.9±0.1Дж.
Сразу же вопрос, а как на месте померить твёрдость и задать энергию удара?
б) Воздействии синусоидальных звуковых сигналов, создающих в месте его расположения уровень звукового давления не более 80 дБ в диапазоне частот от 20 Гц до 20кГц;
в) Воздействии звукового сигнала со спектральной характеристикой белого шума, создающего в месте расположения извещателя уровень звукового давления не более 85дБ.

Очень Полезная и важная информация приведена в инструкции по эксплуатации на «Стекло-3»

Не допускается установка Извещателя в помещении с уровнем звукового давления шума более 65дБ относительно нулевого уровня 2·10 -5 Па
В помещении на период охраны должны быть закрыты двери, форточки, фрамуги, отключены вентиляторы, трансляционные громкоговорители и другие возможные источники звуковых помех.
Это важнейшее ограничение на работу всего рассматриваемого класса звуковых извещателей.

В документации на различные модели приводиться цифра «Вероятность обнаружения извещателем разрушения стеклянного листа не менее 0.9.
Корректность такого рода цифры подробно обсуждается в статье «Методы повышения помехоустойчивости датчиков охранной сигнализации» О. Панина и С. Журина «Алгоритм безопасности», №6, 2003.

В статье, в частности, совершенно справедливо указывается на необходимость ведения журнала ложных срабатываний датчиков в системе безопасности для анализа их причин, и на важность регулярного регламентного обслуживания.
В качестве шуточной придирки по терминологии, укажу на таблицу основных помех, влияющих на работу датчиков охранной сигнализации.
Отдельными пунктами указано «движение животных» и «движение насекомых» видимо, авторы относят насекомых к растениям или минералам?
И, наконец, в доказательство популярности темы охранной сигнализации и, в частности, ИРС-ов.

Мой друг занимается установкой видеосистем наблюдения и сигнализаций. Он рассказал, что как-то оборудовал дом одного небедного клиента полным комплектом, в том числе датчиками разбития стекла. Они реагируют на ЗВУК бьющегося стекла. Через некоторое время клиент пришел с жалобой. Каждый раз, когда он с приятелями запирался в своем кабинете на предмет культурно провести время за бутылкой вискаря, срабатывала сигнализация, прибегала жена, которая к такому виду отдыха относилась резко отрицательно, и устаивала всеобщий разгон. Проведенный моим другом следственный эксперимент показал, что стол в кабинете располагался рядом с датчиком, и он реагировал на звон сдвигаемых во время чоканья бокалов. От посиделок с приятелями мужик не отказался, с хрустальных бокалов на пластиковые стаканчики не перешел, просто стол переехал в противоположный конец прямо скажем немаленького кабинета.

Совершенно по теме: поставлена проблема ложных тревог, произведён анализ, и выданы рекомендации по их устранению.

Из всего вышеизложенного можно сделать вывод, что извещатели разрушения стекла, особенно звуковые, являются сложными приборами, которые используют специальные алгоритмы обнаружения и нуждаются в регулярном регламентном обслуживании и грамотной настройке, учитывающей типы и толщины стёкол, геометрию помещений, помеховую обстановку и т.д.
Их достоинство – раннее обнаружение. Недостаток – сложность сбора статистического материала для точной настройки. Если при настройке пассивного ИК-датчика ничто не мешает десятки раз пройти мимо датчика со скоростью 1м/с, то бить много раз стёкла в охраняемом помещении шаром с известными диаметром, массой и твёрдостью – проблематично. Тем более что когда потом окно окажется разбитым, например футбольным мячом, звук может быть совсем другим.

Скорее всего, при выборе типов датчиков, следует ориентироваться на тип охраняемого объекта.

Если техническая система безопасности обслуживается персоналом службы безопасности, и есть возможность вести журнал ложных срабатываний и регулярно «сметать кистью пыль с микросхем» (О. Панин, С. Журин), то применение звуковых ИРС-ов вполне может быть оправдано.

Если же объект - это частный коттедж, где систему эксплуатирует владелец, или небольшой или средний офис – по-видимому, целесообразнее использовать контактные ИРСы и ПИК детекторы. Они, безусловно, так же нуждаются в настройке и регламенте, но требования могут быть менее жёсткими.

Леонид Антокольский,
эксперт компании «АйТиМаксима»,
действительный член Российского Акустического Общества
По материалам публикации в журнале "БДИ" №4(67)2006"
http://www.bdi.spb.ru

Если у Вас возникли вопросы, автор статьи с удовольствием ответит Вам.
Задайте вопрос или пришлите свой отзыв!