Одним из наиболее распространённых типов датчиков, обнаруживающих факт вторжения злоумышленника на охраняемый объект, являются извещатели разрушения стекла (ИРС). Площадь остекления современных зданий составляет порой более половины площади фасада и постоянно растет число зданий, стены которых целиком выполнены из стекла. Кроме того, стекла широко используются внутри помещений (витрины музеев, магазинов, прилавки, шкафы и т.д.). При всех своих преимуществах стеклянные конструкции имеют существенный недостаток с точки зрения обеспечения безопасности – в силу своей хрупкости они весьма уязвимы, а потому привлекательны для злоумышленников. Поэтому при построении системы охранной сигнализации организация защиты стекол играет наиважнейшую роль. Множество способов проникновения через оконные проемы (разбитие, нагрев паяльной лампой, вырезание стеклорезом или выдавливание стекла; открывание оконного проема) заставляет использовать целый набор технических средств. Для защиты от открывания применяются магнитоконтакные извещатели, в качестве дополнительного рубежа охраны часто используют пассивные ИК-извещатели типа «штора». Но самыми широко используемыми извещателями для контроля целостности остекленных поверхностей являются извещатели разрушения стекла.
Принципы действия извещателей разрушения стекла
Информацию о разбитии стекла несут в себе возникающие при этом механические и акустические волны.
В существующих в настоящее время извещателях разрушения стекла использованы следующие принципы контроля:
— выявление механического нарушения целостности элемента стекла (электроконтактные извещатели);
— обнаружение механических колебаний (ударно-контактные, вибрационные и пьезоэлектрические извещатели);
— обнаружение акустических колебаний (акустические пассивные извещатели).
Электроконтактные 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, но требуют трудоемкой установки и достаточно сильно портят внешний вид помещения.
Блокировка остекленных конструкций алюминиевой фольгой производится при наличии на охраняемом объекте вибрационных нагрузок или автотранспортных помех. Фольгу следует наклеивать по периметру блокируемого стеклянного полотна с внутренней стороны обвязки. Блокировка фольгой должна обеспечивать защиту конструкций как от разрушения стекла, так и от извлечения стекла из обвязки (либо его поворота в обвязке) без разрушения. Срабатывание охранной сигнализации происходит по причине разрыва фольги при разрушении стекла. Гарантируемый разрыв фольги наступает из-за относительного смещения отдельных осколков при выдавливании стекла на величину не менее 1 мм.
При блокировке проемов из профилированного стекла или стеклоблоков, фольгу следует приклеивать через середину стеклоблока параллельно контурным линиям проема с шагом не более 200 мм. Приклейка фольги к поверхности стекла должна производиться при положительных температурах окружающего воздуха. Соединение фольги со шлейфом сигнализации следует выполнять гибкими проводниками.
«П»- образная наклейка фольги (только верхняя и боковые стороны обвязки) не допускается.
После выполнения всех монтажных работ по наклейке фольги на остекленные конструкции, следует с помощью омметра проверить ее целостность.
Рис. 1. — Блокировка двухстворчатого окна фольгой и магнитоконтактными датчиками на открытие.
Ударно-контактные извещатели
Принцип действия этих извещателей основан на инерционных свойствах собственных элементов, которые проявляются при механических воздействиях на охраняемую поверхность.
Извещатель фиксирует появление двух составляющих продолных и поперечных высокочастотных колебаний стеклянного полотна при его разрушении.
Пьезоэлектрические из вещатели
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 разбития стекла или другого неразрушающего воздействия.
Перечисленные группы извещателей требуют установки на поверхности стекла, что особенно неудобно при сложной конфигурации окон с множеством элементов.
Акустические ИРС лишены этого недостатка, так как для их функционирования не требуется устанавливать какие-либо элементы на охраняемую поверхность. Они хорошо вписываются в интерьер и могут обеспечить охрану сразу нескольких стекол различной формы и размера.
Акустические извещатели разрушения стекла
При разрушении стекла формируется сложный акустический сигнал, спектр которого лежит в широком диапазоне частот. Действие звуковых пассивных извещателей основано на приеме и обработке этого акустического сигнала с помощью алгоритмов, позволяющих точно определить, является ли источником сигнала разбитие стекла или нет. В существующих алгоритмах обработки используются различные критерии оценки принятого акустического сигнала.
Например, одноканальный метод анализа основан на регистрации высокочастотной составляющей спектра — хорошо знакомого всем слышимого звука разбивающегося стекла.
Однако поскольку подобный звук может возникнуть при некоторых воздействиях, отличных от разбития стекла, данный метод не обладает необходимой помехоустойчивостью.
В основе двухканального метода анализа лежит представление процесса разрушения стекла в виде двух этапов: сначала стекло деформируется (при этом возникают НЧ-колебания), затем разрушается с характерным звоном (ВЧ-колебания). Извещатели, использующие двухканальную обработку, сначала должны зарегистрировать низкочастотную составляющую спектра, а через определенное время после этого — высокочастотную составляющую.
По такому принципу работают большинство современных извещателей.
В настоящее время разработаны и более сложные алгоритмы, анализирующие не один или два, а целый набор спектральных диапазонов звукового сигнала.
Рассмотрим обобщенную функциональную схему АИРС, приведенную на рис. 2.
Рис. 2. Обобщенная функциональная схема акустического изеещателя.
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.
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 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.
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. 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.
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 считалось объединение АИРС в одном корпусе с пассивным ИК-датчиком движения. 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.
Технические характеристики АИРС
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.
При проектировании системы сигнализации учитывается (рис.3):
-
• максимальная площадь «S» строительной конструкции, защищаемая одним акустическим извещателем. (Эта и другие характеристики указываются в паспорте прибора),
• максимальное расстояние «L» дальности действия акустического извещателя,,
• минимальная и максимальная толщина стекла, защищаемого извещателем,
• рабочий температурный диапазон.
Кроме того следует учитывать наличие на окнах штор, жалюзей, защитных пленок и прочих элементов интерьера и дизайна помещений, которые могут ослабить уровень звука разбитого стекла или исказить его спектр.
Спектр возникающих при разрушении стекла акустических колебаний определяется такими факторами, как:
— параметры стекла: вид, размер, толщина, способ крепления;
— характер воздействия: сила удара, вид предмета.
Поскольку вторую группу факторов предугадать и ограничить невозможно, извещатели должны быть инвариантны к воздействиям любой природы.
Поэтому перечислим основные параметры, которыми следует руководствоваться при выборе звуковых извещателей.
Вид охраняемых стекол
При разрушении стекол различного вида (обычное, закаленное, ламинированное, армированное, многослойное и т.д.) возникают различные по спектральному составу акустические сигналы, для каждого из которых существует оптимальный алгоритм обработки. Поэтому при выборе извещателя необходимо обращать внимание на виды стекол, для которых он предназначен.
Толщина охраняемого стекла
Современные звуковые извещатели обеспечивают защиту стекол толщиной от 2,5 до 7-8 мм, что соответствует практически любым видам стекол, использующихся в строительстве.
Минимальная охраняемая площадь
Это минимальная площадь поверхности стеклянного листа, разрушение которого извещатель обнаруживает с заданной вероятностью. Ограничение минимальной площади связано с тем, что звук разбивания маленького по размерам стекла сравним с разрушением мелких стеклянных предметов.
Поэтому обнаружение разбития стекол маленькой площади вступает в противоречие с требованием к помехоустойчивости.
Дальность действия
Дальность действия — это расстояние от извещателя до самой удаленной точки охраняемой поверхности стекла.
Если в извещателе предусмотрена регулировка чувствительности, в характеристиках указывают максимальную дальность действия при максимальной чувствительности.
Антимаскирование
Поскольку звуковые извещатели являются пассивными приборами, то есть не излучают никаких сигналов в окружающее пространство, их работу можно заблокировать путем изоляции от охраняемой поверхности. Поэтому важным свойством является наличие функции антимаскирования — защищенности от попыток саботажа подобными способами.
Электропитание извещателей
По схеме питания извещатели можно разделить на питающиеся от отдельного источника питания и питающиеся по шлейфу сигнализации напряжением в диапазоне, как правило, 8-30 В. Основным преимуществом шлейфных извещателей является то, что они имеют двухпроводное включение и не требуют дополнительного источника питания.
При подаче электропитания извещатель должен переходить в дежурный режим работы без формирования тревожного извещения. Время технической готовности АИРС должно быть не более 60 с.
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 220В 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.
При питании от ШС извещатели формируют тревожное извещение замыканием шлейфа сигнализации, которое сохраняется до выключения электропитания ПКП (отключения ШС).
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. 4–8.
Если в помещении имеются шторы или жалюзи, то АИРС целесообразно устанавливать в простенке между нимии окном (рис. 4), чтобы эти занавеси немешали нормальной работе извещателя.
Рис. 4. Вариант размещения извещателя при наличии штор (жалюзи)
При установке АИРС на боковой стене (рис. 5) необходимо учитывать угол обзора его диаграммы направленности, а также максимальное удаление извещателя до крайней точки контролируемого стекла. Извещатель должен быть направлен в сторону контролируемых стекол.
Рис. 5. Вариант размещения извещателя на смежной стене.
При установке на стене, противоположной блокируемым стеклам, для охраны 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. 6).
Рис. 6. Вариант размещения извещателей для блокировки окон на противоположной стене.
Возможен также контроль остекленного потолочного пространства. При этом в случае больших расстояний и малого угла обзора можно использовать несколько АИРС (рис. 7).
Рис. 7. Вариант размещения извещателей для блокировки остекленного потолочного пространства. г
При установке АИРС на потолке возможна блокировка остекленных проемов, расположенных в одной (рис. 8а) или двух (рис. 8б) смежных стенах.
Рис. 8. Варианты размещения извещателей на потолке для блокировки стекол на одной стене и смежных стенах.
На рис. 9 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.
Рис. 9. Нерекомендуемые места установки извещателей.
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. 10.
Рис. 10. Способ нанесения тестового удара
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.
Рис. 10. Рекомендуемые углы отклонения нити подвеса шарика в зависимости от толщины обычного строительного 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 каким-нибудь 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.
