По числу наиболее применяемых в системах охраны периметра по типам датчиков лидируют вибрационные извещатели, у которых в качестве чувствительного элемента (далее ЧЭ) используется виброчувствительный кабель. Последний позволяет преобразовывать механические колебания инженерных заграждений в электроимпульсы, необходимые для обработки в анализаторе, который принимает решения о формировании сигнала «тревога», как результате проникновения нарушителя. Опыт их применения показывает, что с данным типом извещателя связано и большое количество ложных сработок в системах охраны периметра.

Самыми характерными проблемами, влияющими на качество работы данного типа извещателей являются:

• недостаточная техническая укреплённость инженерных ограждений; 

• погодно – климатические воздействия;
• производственные вибрационные и электромагнитные воздействия;
• воздействия, вызванные животными и птицами;
• воздействия растительности, ветвей деревьев.
  

В данной публикации мы рассмотрим характерные проблемы вибрационных систем в контексте используемого в них кабельного чувствительного элемента, рассматривая особенности каждого типа ЧЭ.

Главным свойством вибрационных извещателей, с кабельным чувствительным элементом, является то, что они конструктивно интегрированы (соединены стяжками, вязальной проволокой, зажимами) с телом ограждения. Генерируемые ими сигналы зависят как от физико – механических характеристик ограды (материал, высота, жесткость и др.), так и от правильного монтажа (выбор места, метода и шага крепления), а также последующей эксплуатации, (исключение посторонних вибраций ограды от растущих ветвей деревьев, незакрепленных на ограде предметов и т.п).

Большое значение имеет и правильный выбор проектировщиком, инсталлятором необходимого типа чувствительного сенсора и связанного с ним анализатора (извещателя), в совокупности наиболее адекватно отвечающих имеющемуся ограждению и возможности используемого алгоритма обработки сигнала.

Несомненно, работа таких вибрационных систем возможна при выполнении следующих условий:

• Механические свойства ограды должны обеспечивать распространение вибрационных колебаний;
• Инженерное заграждение должно быть однородным в пределах одной зоны охраны;
• Ограда не должна служить источником случайных вибраций, т.е. сетчатая ограда должна быть туго натянутой; с ограды должны быть удалены все посторонние предметы, которые под действием ветра могут вызвать побочные вибрации.
• Очевидно, что высота ограды должна быть такой, чтобы ее невозможно было преодолеть нарушителем без соприкосновения.

При попытке вторжения, нарушителем оказывается целый спектр воздействий на заграждение: толчки, глухие удары, сильные низкочастотные колебания при перелазе; щелчки или короткие удары – при перекусывании проволоки; характерные мощные сотрясения – если у ограды пытаются отогнуть прут решетки, оторвать доску от забора или перепилить её.

Опыт инсталляций показывает, что ограждение должно задерживать нарушителя в момент его преодоления на время не менее 4-х и более секунд, необходимых извещателю для проведения анализа. Исключение составляют извещатели работающие на трибокабеле, которые фиксируют изгиб и работают в диапазоне от 0,2 до 2Hz.

Характер возмущений (вибраций) различен, как и различны механические свойства оград.

Для примера на фотографии изображены осциллограмма и спектрограмма вибраций, вызванных короткими ударами по секции сварной ограды, выполненной из металлопрофиля.

Трибоэффект в работе используют подавляющее число извещателей производимых в ближнем зарубежье: Арал, Дельфин, Лимонник, УПО – 02Ф, Гюрза – 035, Багульник – М, Трезор – В, Мурена, Тополь, Рубикон – 1, Микрос – 102. Причем в широко известных российских периметровых системах Арал, Дельфин, Гюрза, Трезор – В, Микрос – 102 в качестве чувствительного элемента используется стандартный многожильный 10 – парный телефонный кабель марки ТППэп 10х2, с жилой как 0,32, так и 0,4 и 0,5. Иногда производитель утверждает, что проводит специальную отборку для комплектования извещателей кабелем якобы с более выраженным трибоэффектом. p { margin-bottom: 0.21cm; }.

Кабель работающий на трибоэффекте, требует обязательно наличия гибкого инженерного заграждения. На сварной решетки с толщиной прутка более 6мм, заборов из металлического профиля, заборов из «сэндвич» панелей, они не способны объективно выявлять нарушителя. Для крепления кабеля на заборе желательно применять не пластиковые стяжки (хомутики), а вязальную оцинкованную проволоку, по причине не только плохой стойкости пластика к погодным условиям, но и того, что их легко разорвать (перекусить), и тем самым снизить степень передачи колебаний от заграждения на ЧЭ.

Трибоэлектрические сенсоры коаксиального типа.

В большинстве вибрационных периметровых систем дальнего зарубежья используются специальные коаксиальные кабели с выраженным трибоэлектрическим эффектом. Например, кабель E – Flex применен в системе Intelli – Flex канадской компании Senstar – Stellar; коаксиальный кабель английской компании Advanced Perimeter Systems (APS) – в системе Flexiguard, кабель итальянской фирма GPS Standard – в системе СPS. В качестве специально изготовляемых сенсоров ближнего зарубежья широко извесны марки КТМ – 1.8, КТМ – 1.8/3.8, ТД – 1.

Трибоэлектрические коаксиальные кабели позволяют защищать ограды из колючей проволоки, сварной легкой решетки или сетки типа «рабица». ЧЭ способны регистрировать попытки перелаза, перекуса и приподнятия сеточного полотна. Как правило, коаксиальный кабель применяют для типовых оград - легких металлических сеток или легких сварных проволочных решеток и так называемых «палисадных» европейских оград, выполненных из штампованных стальных тонкостенных оцинкованных элементов.

У итальянской компания GPS Standard в системе WPS используется разновидность трибоэлектрического кабеля, в котором реализован принцип деформации натянутых проводников. Данный коаксиальный кабель с несущим стальным центральным проводом натягиваются в качестве козырька или полноростового забора вдоль периметра в несколько нитей, образуя тем самым дополнительный физический барьер. При попытке преодолеть его, нарушитель деформирует (растягивает) кабель, в котором и формируется электрический сигнал.

В любом случае чувствительность любого трибокабеля имеет зависимость от шага и приложенного в момент монтажа усилия в точке крепления (чем меньше шаг и с большим усилием создан узле крепления (сильнее притянут, затянут вязальной проволокой к полотну заграждения, тем будет выше чувствительность кабеля на конкретном участке или в данной зоне). Сигнал от перелаза нарушителя смешен как правило в низкочастотную область, а от разрушения (особенно от перекуса) в высокочастотную область.

Плюсы трибокабеля – низкая или не самая высокая стоимость. Рекомендуемая длина одной зоны, как правило, составляет 100 – 200 и более метров, вплоть до 1000 метров (с учетом двойного, тройного прохода в пределах одного рубежа).

Минусы трибокабеля – работа входных усилителей БОС требует применение высокоомного оконечного сопротивление, величиной от 200kOм до 15MОм, что образует своеобразную антенну и требует дополнительной экранировки. На заре выпуска первых специализированных трибокабелей (в частности для ранних виброизвещателей Багульник, Тополь) в которых отсутствовал специальный экран для стекания зарядов на землю, наблюдалось появление ложных тревог в утренние часы на восходе солнца. Подключение данного сенсора не позволяет выполнять установку БОС в удалении от периметровой зоны (например, в кроссе системы охраны периметра рядом с охранным пультом) и требует прямого включения сенсора в анализатор (например электромагнитный кабель можно подключать по витой паре с удалением до сенсора 2000 метров).

 Пьезоэлектрические кабели.

Системами охраны периметра на основе пьезоэлектрических кабелей является низкочастотный (от 0.5 Гц до 5 Гц) пьезоэлектрический кабель Galdor/Secotec типа 4CBL – 1041 системы Multisensor – кабель Galdor/Secotec тип 4CBL – 1041 и анализатор немецкой фирмы SYSCO Security Systems, марки SONAFlex+Mic, в котором в качестве сенсорного кабеля используется высокочувствительный электретный коаксиальный кабель, обеспечивающий широкую полосой частот. Электретный сенсор типа МС2 – А представляет собой коаксиальный кабель с центральной жилой и медной оплеткой между которыми помещен достаточно дорогостоящий пьезоэлектрический (электретный) полимер в виде пленки. Механические напряжения или вибрации кабеля вызывают перераспределение зарядов в пьезоэлектрическом полимере, в результате чего возникает переменное напряжение между центральным проводником и медной оплеткой. Возникающий между электродами кабеля электрический сигнал обрабатывается Анализатором.

Плюсы пьезоэлектрических кабелей. Получение от сенсора качественного сигнала с возможностью акустического контроля и звуковой идентификации вторжение. Возможность использования как сенсор для блокирования зоны со скрытой подземной установкой.

Минус. Самая высокая стоимость из всех кабельных сенсоров. Некоторая чувствительность к наводкам и помехам, на конце сенсорного кабеля устанавливается оконечный резистор номиналом 100kOм. Рекомендуемая длина одной зоны – не более 200 метров.

 Волоконно – оптические сенсоры.

Волоконно-оптические кабели, используемые обычно для передачи информации в телекоммуникациях, научились применять и в качестве вибрационного сенсора.

Известно достаточно много производителей, которые используют в качестве сенсора оптический кабель, среди них и российская система "Ворон" и её прототипы Грифон, Грикон, и многие рубежные системы, например, IntelliField, канадской фирмы Senstar – Stellar, целая серия анализаторов американской компании Fiber Sen Sys, английской фирмы Remsdag, израильской компании Magal и др. Для анализа сигналов с сенсоре используется большое число разных принципов: метод регистрации межмодовой интерференции, принцип двухлучевой интерферометрии, эффект изменения распределения излучения по поперечному сечению при деформации волокна.

Для примера на рисунке показано, что при воздействии на оптоволокно вибраций в точке А возникает сила F, которая приводит к деформации оптоволокна. Луч 2, отразившись от стенки в точке А, падает на противоположную стенку под меньшим углом падения, что производит расщепление луча и его неполное отражение от противоположной стенки оптического стекла. Часть его энергии выходит за пределы волокна и теряется. В результате наблюдается ослабление выходного сигнала, что и фиксируется анализатором.

Плюсы оптического сенсора – невосприимчивость к любым электромагнитным и радиочастотным помехам; возможность блокирования ограждений особо протяженных периметров. Достоинством является отсутствие излучений электромагнитной энергии от сенсора, что затрудняет обнаружение его с помощью поисковой техники, а также полная электробезопасность. Волоконно – оптические сенсоры в виде плетеной сетки, применяют как сеточное заграждение для водной среды по защиты причалов, стоящих судов. Возможность использования как сенсор для блокирования зоны со скрытой подземной установкой.

Минусы оптического сенсора – определенная сложность процедуры сращивания при обрыве, хотя в последнее время появились технологии позволяющие проводить данную работу в полевых условиях без непосредственной сварки оптического волокна. Обеспечение блокирования в основном гибких заграждений.

Электромагнитный сенсор.

Первично конструкция электромагнитного сенсора была разработана и запатентована еще в середине 80 – х годов прошлого века фирмой Geoquip (Великобритания) и предназначалась для обнаружения вибраций заграждений созданных как из «мягких», так и «жестких» оград. Эффективность этого сенсора подтверждена многими инсталляциями, как во всем мире, так и на Украине, невзирая на высокую стоимость кабеля английского производства.

В сенсоре применен полимерный магнитопласт в виде сердечника круглого сечения, который подвергается намагничиванию в момент производства. Кабель содержит два подвижных проводника, расположенных во внутренних зазорах магнитопласта. Проводники обладают возможностью свободно передвигаться (при внешних воздействиях) в зазорах с магнитным полем. При перемещении или вибрациях кабеля в проводниках индуцируется напряжение (ЭДС) подобно тому, как это происходит в обычных электромагнитных микрофонах. Поэтому данный сенсор специалисты по перимеру часто называют микрофонным кабелем, хотя существуют целый ряд специальных микрофонных кабелей, которые штатно применяются для передачи сигналов от микрофонов к усилителям звуковых сигналов.

Для периметровых электромагнитных сенсоров характерна высокая чувствительность восприятия виброколебаний от ограды, а так же большого отношения сигнал/шум, обусловленного низкоомной природой самого датчика. Оконечные сопротивления для такого сенсора не превышают нескольких kOm и соответственно, кабель маловосприимчив к внешним наводкам.

 Историческим примером, с более 20 летней историей, является электромагнитный сенсор GW400k серии Guardwire, выпускаемый компанией Geoquip (Великобритания). Он применяется для блокирования оград из металлической сетки, тонкой сварной решетки, колючей проволоки, деревянных оград. Для более массивных оград (тяжелых сварных или кованых решеток и т.п.) компания Geoquip предлагает систему Defensor с сенсорным кабелем GDALPHA, а другая английская компания Detection Technologies Ltd. для своей системы DuoTek выпускает микрофонный сенсорный кабель VibraTek.

Применение электромагнитных кабелей позволяет получать с периметра звуковые сигналы в диапазоне 3Hz – 3,8 kHz, что позволяет анализатору проводить детальный анализ сигналов от инженерного ограждения, а оператору прослушивать обстановку в зоне установки сенсора и идентифицировать вторжения при помощи слуха. Его чувствительность настолько велика, что реальные инсталляции на металлопрофиле позволяют охраннику идентифицировать речь нарушителей в непосредственной близости от его установки – настоящий распределенный вынесенный на периметр микрофон.

В качестве отечественной украинской разработки необходимо упомянуть и электромагнитный кабель VibroStar-5, который создан совсем недавно как вибрационный кабель для ограждений из жестких материалов – сварные решетки различных типов, кованые заборы, профнастилы, «сэндвич» панели, деревянные заборы.

Особенность VibroStar – 5 состоит в намагничивании магнитопласта и в применении усовершенствованной конструкция с двумя подвижными многожильными проводниками и двумя неподвижными проводниками, предназначенными для обеспечения схем коммутации оконечных элементов для выполнения требований зарубежных анализаторов, работающих с микрофонными кабелями. Имеется и пятый одножильный проводник (дренажный) соединенный с алюминиевым экраном.

Плюсы электромагнитного сенсора. Обеспечение работы на любых видах ограждений.Низкая чувствительность к электромагнитным наводкам, на конце сенсорного кабеля устанавливается оконечный резистор номиналом от 200Oм до 4kOм. Высокое соотношение сигнал/шум. Возможность прослушивать охранником обстановки в зоне действия сенсора и идентифицировать вторжения на слух. Длина одной зоны до 400 метров.

Минус электромагнитного сенсора – высокая цена импортных сенсоров.

Несомненно, качество работы вибрационного извещателя в большей степени определяется свойствами его чувствительного элемента. Как правильно выбрать кабельный сенсор, что можно посоветовать?

Опыт работы на периметре подсказывает следующее:

• если заграждение под весом нарушителя (от 40 до100 кг) подвержено видимому изгибу, то достаточно применить трибоэлектрический кабель, получим хорошее соотношение цена/качество.
• если заграждение жесткое, желательно провести полевые испытания на небольшом, но реальном участке заграждения, что бы как говорится «не было потом мучительно больно…», если испытывать затруднительно - применяйте электромагнитный сенсор, как говорится «… не пожалеете».
• для настройки периметровой системы моделируйте реальные вторжения и когда установите требуемые настройки, найдите удобный и эффективный способ искусственного воздействия для моделирования вторжения нарушителя для данного заграждения.

Вообще производители не особо расписывают вопрос по методике, как согласно выданным по монтажу рекомендациям, уже по завершении инсталляции, проверить гарантированность выявления нарушителя в условиях отсутствия ложных тревог. Как правило, рекомендуется проводить проверочные вторжения. Только вот как это обеспечить, если возводятся труднопреодолимые для человека заборы, и нередно оснащенные колючей проволокой, да ещё требуется обеспечить серию таких проникновений, а если с элементами разрушения… как говорится «…строили, строили …». А ведь для уверенного ответа на вышепоставленный вопрос желательно проделать не один десяток таких попыток!

Во многих описаниях вообще отсутствуют подобные рекомендации, как вообще можно проверить чувствительность на реально смонтированной системе, особенно если это касается заграждений из колючей проволоки и команду на преодоление (для проверки работоспособности) своему «бойцу» часто и не дашь. Да и в реальной жизни вообще никто так и не проверяет, оставляя сомнения на весь срок эксплуатации вибрационной системы охраны.

В качестве примера приведём описание подобных контрольных воздействий для первых извещателей Багульник 90-х годов выпуска - «…Контрольным воздействием на линейную часть датчика является равномерное смещение ЧЭ на расстояние 10 – 15 см и его возвращение за время 1 сек., выполненное 1 – 2 раза. Точкой приложения силы для смещения является место крепления ЧЭ к витку спирали из АСКЛ. Рекомендуется для проверки и установки чувствительности использовать легкий шест требуемой длины для захвата спирали и ЧЭ».

ли из описания трибоэлектрического извещателя Гюрза – 035П «…Чувствительность датчика настраивается таким образом, чтобы обнаруживались воздействия на охраняемое ограждение с усилием 6 – 20кг. (для АКЛ рекомендуемая чувствительность – 8-10кг., для сетки «рабица» чувствительность – 15 – 18кг., для металлической решетки чувствительность – 6 – 10кг. и т.д). Усилие удобнее всего создавать обычным динамометром». Для качественной работы системы обязательно проводится настройка каждого узла, а теперь посчитаем, сколько таких узлов у объемной проволоки АКЛ на 100 погонных метров – не мене 500, а на километр периметра – не менее 5000. А если на 200 метров стандартной зоны один узел не будет должным образом настроен … вот вам и «ложняки»… да еще попробуй определи в каком месте!..

Вывод – хотя трибокабель самый недорогой из числа кабельных сенсоров, да вот работы по его настройке и обслуживанию могут превысить все расходы по закупке любого электромагнитного сенсора! Именно поэтому, сэкономив на закупке сенсора, мы часто видим в реальной эксплуатации – обслуживающий персонал постепенно «загрубляет» чувствительность, до момента прекращения ложных сработок, а при плановых проверках сильнее «давит» шестом на узел крепления сенсора и «спит», как говорится, спокойно (до момента реального проникновения).

Конечно, неправильно списывать все на кабельный сенсор – очень важен и алгоритм обработки, поступающих с периметра сигналов и возможность алгоритма позволяющий прибору подстраиваться под разнотипные заграждения. Появились анализаторы с автоматической адаптацией текущей чувствительности датчика к условиям окружающей среды. Для настройки современных вибрационных извещателей все чаще используют персональный компьютер и специализированное программное обеспечение с возможностью получения реальных осциллограмм сигналов непосредственно с самого чувствительного элемента, что дает визуализацию и понимание процессов происходящих в сенсоре.

Подводя итоги, отметим, что обнаруживающая способность и вероятность ложных срабатываний вибрационных периметровых систем находятся на противоположных чашах рычажных весов – поднимая на максимальный уровень чувствительность в БОС, мы увеличиваем вероятность выявления фактов вторжения, но всегда будем проигрывать в защищенности от ложных срабатываний. В поиске равновесия постоянно находится производители извещателей охраны перимета и их инсталляторы, причем только опыт – «сын ошибок трудных» позволяет находить правильные решения.