Магнитоконтактные датчики

Наиболее распространенная угроза охраняемым объектам — проникновение нарушителей. Усредненные данные о попытках проникновения в помещения для различных категорий объектов защиты и видов нарушителей представлены в табл. 1.

Данные, приведенные в табл. 1, показывают, что выбор путей проникновения распределяется неравномерно, и подавляющее большинство из них (67%) приходится на остекленные витрины, окна, двери, защитные двери и замки. Поэтому очевидно, что для их надежной защиты требуются адекватные технические средства, и одним из самых надежных средств являются магнитоконтактные извещатели. В их числе — извещатели охранные точечные магнитоконтактные на основе герконов, которые характеризуются наиболее высокой оценкой вероятности обнаружения, равной 0,99, чем и обусловлено их широкое применение. При помощи магнитоконтактных датчиков двери, ворота и окна блокируются на открывание, предметы на перемещение. Ударно-контактные герконовые датчики защищают от разрушения остекленные конструкции.

Принцип построения магнитоконтактных извещателей

Магнитоуправляемые контакты представляют собой большую группу различных по конструкции, назначению и возможностям контактных элементов, управление которыми осуществляется внешним магнитным полем.

Высокую надежность этим извещателям обеспечивает принцип их построения, который использует герметичный магнитоуправляемый контакт (геркон) в качестве исполнительного элемента, управляемого магнитным полем управляющего элемента.

В настоящее время герконы завоевали прочное положение в технике для коммутации низких и средних нагрузок, широко используются для создания различных реле, логических модулей, коммутаторов, кнопок, переключателей, конечных выключателей, датчиков линейного перемещения, поворота, уровня и т.д.

Широкое распространение герконы получили благодаря тому, что по быстродействию, надёжности, износостойкости, стабильности параметров они превосходят обычные контакты.

Герконы принципиально очень просты. Магнитная и контактная система в них совмещены. Контактные пружины, выполненные из магнитомягкого материала, заделаны в герметичный стеклянный баллон, заполненный защитным газом. Перекрывающиеся концы пружин, которые смыкаются под действием магнитного поля, покрыты контактным материалом. Зазор между ними очень мал (300 — 500 мкм). В нём нет промежуточных звеньев и механически изнашиваемых деталей. Прогиб пружин столь мал, что не вызывает их релаксацию (от лат. relaxatio — уменьшение напряжения, ослабление; в технике означает постепенное ослабление какого-либо состояния тела после прекращения действия факторов, вызвавших это состояние). Они выполняются из материалов, которые практически не стареют. Защитная среда предохраняет рабочие поверхности от коррозии.

Геркон (от словосочетания «герметичный контакт») представляет собой чаще всего две или три (в случае переключающихся контактов) пермаллоевые пластины, герметично заваренные внутрь стеклянного баллона в среде азота высокого давления. Эта технология исключает возникновение и протекание внутри геркона окислительных процессов. Покрытие контактных деталей тонкой пленкой благородных металлов обеспечивает геркону, во-первых, низкое переходное сопротивление (в диапазоне от 0,05 до 0,15 Ом), во-вторых высокую износостойкость (наработка на отказ более 1000000 срабатываний), в-третьих, возможность коммутации токов от10^-4 до 1 А. При этом, свои параметры герконы обеспечивают не только в широком диапазоне температур (от 60 до +180 С), но и при максимальной влажности (до 100%) окружающей среды.
Благодаря этим факторам герконы обычного исполнения работают не менее 12 лет, а на изделия специального исполнения дается гарантия 24 года.
Герконы, выступая в качестве основы магнитоконтактных, ударно-контактных и термочувствительных датчиков, выполняют целый ряд охранных и противопожарных задач. Изделия на основе герконов являются надежными, долговечными, а также дешевыми, доступными и простыми в установке и обслуживании.
Не следует также забывать о взрывобезопасности герконов. Ведь возникновение искры в свободном пространстве при коммутации электрического тока исключено из-за герметичности контактов.

В качестве управляющего элемента используют: постоянный магнит, фрагмент магнитопровода или магнитопровод самой защитной конструкции.

Эти особенности герконов, в то же время, накладывают ряд ограничений на их применение:

— контактное нажатие, а следовательно, и контактное сопротивление зависит от силы управляющего магнита или от силы тока в обмотке управления;

— малый зазор между параллельными пластинами облегчает образование разрядов при замыкании и размыкании по сравнению с обычными контактами;

— замкнутый объём ограничивает теплоотвод, вследствие чего коммутационная способность геркона определяется размерами его баллона;

— при превышении некоторого значения тока через контакты возможно уменьшение нажатия и усиление дребезга;

— контактные пружины, выполненные из магнито-мягкого материала, имеющего высокое удельное электрическое сопротивление, увеличивают результирующее контактное сопротивление геркона;

— благодаря длинным контактным пружинам герконы обладают невысокой вибро– и ударостойкостью и значительным дребезгом при включении, продолжительность которого соизмерима с их временем срабатывания;

— они чувствительны к внешним магнитным полям;

— использование нескольких герконов в одной общей катушке приводит к возрастанию продолжительности дребезга и некоторому снижению чувствительности (увеличению тока срабатывания).

Механические параметры герконов

К механическим параметрам относится магнитодвижущая сила срабатывания. Этот параметр показывает, при каком значении напряженности магнитного поля происходит срабатывание и отпускание контакта. В технической документации это называется как магнитодвижущая сила срабатывания (обозначается Vср) и магнитодвижущая сила отпускания (обозначается Vотп).

Немаловажными параметрами геркона, в ряде случаев основными, является скорость его срабатывания и отпускания. Эти параметры измеряются обычно в миллисекундах и обозначаются соответственно как tср и tотп, которые в целом характеризуют быстродействие геркона. Герконы, имеющие меньшие геометрические размеры обладают более высоким быстродействием.

Максимальное число срабатываний, или попросту ресурс, также относится к группе механических параметров. Этот параметр оговаривает, при каком числе срабатываний все свойства геркона, как механические, так и электрические сохраняются в пределах допустимых значений. В технической документации обозначается как Nmax.

Электрические параметры герконов

герконыЭти параметры такие же, как у обычных механических контактов. Сопротивление, измеренное между замкнутыми контактами называется сопротивлением контактного перехода и обозначается как Rк, а сопротивление, измеренное между разомкнутыми контактами есть не что иное, как сопротивление изоляции Rиз.

Электрическая прочность геркона. Этот параметр характеризует пробивное напряжение Uпр. Это напряжение в основном определяет качество изоляции между контактами, которое в свою очередь обусловлено качеством вакуума или заполнения колбы инертными газами. Кроме этого пробивное напряжение зависит от величины зазора между контактами и качества их покрытия.

Мощность, коммутируемая герконом определяется в основном его конструкцией: материалом и размерами контактов, а также типом покрытия контактных площадок. В технической документации этот параметр обозначается как Pmax.

Емкость, измеренная между разомкнутыми контактами обозначается как Cк. Она зависит лишь от геометрических размеров геркона и расстояния между разомкнутыми контактами.

Способы управления герконами

Их можно разделить на две большие группы: управление постоянным магнитом и управление при помощи катушки с током. Эти способы показаны на рисунке 1.

Управление герконом при помощи постоянного магнита

Наиболее прост и распространен способ управления с линейным перемещением магнита. Здесь вполне уместно вспомнить охранную сигнализацию, где магнит укреплен на двери и заставляет срабатывать геркон, когда дверь закрыта.

Способ с угловым перемещением магнита используется намного реже, как правило, в тех случаях, когда другие способы применить по какой-либо причине невозможно.

Перекрытие магнитного поля шторкой использовалось в клавиатурах различных вычислительных устройств, вплоть до девяностых годов прошлого столетия, а может быть можно встретить где-нибудь и до сих пор.

Управление герконом при помощи катушки с постоянным током

Этот способ получил наибольшее распространение при создании герконовых реле. Конструкция этих реле достаточно проста: внутрь катушки с током просто помещается геркон, и при этом не требуется никаких дополнительных пружинок и рычагов, как у обычного реле. Единственный в этом случае недостаток это небольшое количество контактных групп.

Если катушку выполнить достаточно толстым проводом, способным пропустить большой ток, то можно получить герконовое токовое реле. Такие реле широко применялись в мощных источниках постоянного тока в качестве датчика системы защиты от перегрузок. Точная настройка уровня срабатывания такого датчика осуществляется резьбовым механизмом, позволяющем плавно перемещать геркон вдоль оси катушки.

Преимущества и недостатки герконов

Как и любая вещь герконы имеют свои недостатки и преимущества. Сначала поговорим, естественно, о преимуществах.

По сравнению с обычными коммутирующими контактами герконы имеют чуть ли не в 100 раз большую надежность по сравнению с обычными открытыми контактами. Эта надежность обусловлена более высоким сопротивлением изоляции (достигает десятков МегаОм), и большей электрической прочностью: пробивное напряжение у некоторых типов герконов достигает нескольких десятков киловольт.

Неоспоримым преимуществом герконов является их быстродействие: у некоторых моделей герконов частота коммутации достигает 1000Гц, а скорость срабатывания и отпускания находится в пределах (0,5 — 2,0мс) И (0,2 — 1,0мс) соответственно.

Срок службы некоторых герконов доходит до 4 — 5 млрд. срабатываний, что намного выше аналогичного показателя для обычных не защищенных контактов. Также к достоинствам герконов следует отнести легкий способ согласования с нагрузкой а также работа герконов без применения источников электрической энергии.

Недостатки герконов

На фоне достоинств недостатки, наверно, не так уж и велики. Во-первых, это небольшая коммутируемая мощность. Кроме того малое количество контактных групп в одном баллоне а для «сухих» герконов дребезг контактов. К недостаткам же можно отнести также хрупкость стеклянного баллона и в некоторых случаях высокую чувствительность к внешним магнитным полям.

Основным видом отказов при всех нагрузках являются неразмыкания, которые происходят обычно внезапно (поэтому для надёжности в шлейфе используют не менее двух). Основным видом постепенных отказов является увеличение контактного сопротивления выше нормы, которое с числом циклов носит несистематический характер.

Выпускается много разнообразных конструкций герконов с замыкающими, размыкающими и переключающими контактами, поляризованные, запоминающие и другие на разные коммутационные мощности. В переключающих контактах одна из пружин выполняется немагнитной, в поляризованных — из магнито-твёрдого материала, в запоминающих обе пружины делаются из ферромагнитного материала с прямоугольной петлёй гистерезиса. Эти контакты работают от кратковременных импульсов и сохраняют своё состояние до следующего воздействия.

В зависимости от размеров герконы делятся на шесть типов: нормальный, средний, промежуточный, миниатюрный, сверхминиатюрный и микроминиатюрный.

Контактным покрытием служит чаще всего золото или родий. Контакты с золотым покрытием предназначены для коммутации малых токов, с родиевыми — для широкого диапазона нагрузок. Баллон чаще всего заполняется азотом.

Классификация и назначение извещателей

В технической документации на извещатели применяется стандартизованное полное наименование — Извещатель охранный точечный магнитоконтактный… (цифробуквенный код обозначает:
И — вид продукции,
О — область использования,
1 — характеристику зоны обнаружения,
02 — принцип действия). Затем через дефис следует порядковый номер разработки (1Е), зарегистрированный в установленном порядке;
буквенный индекс модернизации (АЕ) и через косую дробь — порядковый номер конструктивной модификации (1Е).
Сокращенное условное обозначение включает наименование вида продукции (Извещатель) и цифробуквенный код, например «ИзвещательИ0102-1/1 А».

Требования ГОСТ

Требования к рассматриваемым извещателям установлены межгосударственным стандартом ГОСТ 26342-84:

• максимальное число срабатываний должно быть не менее 100 000 под воздействием электрической нагрузки на контакты, для новых разработок- не менее 1 000 000;
• выходное электрическое сопротивление должно быть:
— не более 0,5 Ом притоке (100 мА+10 мАили -10 мА) и замкнутых контактах (в нормальном состоянии);
— не менее 200 кОм при разомкнутых контактах (в состоянии извещения о тревоге);

• максимальная величина постоянного и переменного тока на контактах выбирается из ряда: 0,03; 0,05; 0,1; 0,2А;
• максимальная величина постоянного и переменного напряжения на контактах выбирается из ряда: 60; 72 В;
• минимальная величина постоянного и переменного тока на контактах-0,1 мА;
• минимальная величина постоянного и переменного напряжения на контактах — 10 В.

Дополнение к классификации

Обзор извещателей охранных точечных, включающих магнитоконтактные датчики, позволяет дополнить известную классификацию следующими разделами.

По области применения

• общепромышленного применения;
• для взрывоопасных зон

По принципу действия

• ножные или ручные извещатели для защиты от разбойных нападений (ИО102-1/1А, ИО102-27);
• извещатели-ловушки для защиты от саботажных действий, направленных на обход сигнализации с применением постоянных магнитов;
• извещатели положения («закрыто» — «открыто») защитных дверей;
• концевые извещатели для защиты ворот и других конструктивных элементов зданий и сооружений.

По виду магнитопровода:

— разомкнутый (состоит из магнитоуправляемого датчика и управляющего элемента на постоянном магните, например «Извещатель И0102-20»);
— замкнутый однокорпусной (состоит из сбалансированной системы магнитов и управляемого магнитным полем датчика, размещенных в общем корпусе);
— замкнутый, с внешним магнитопроводом (состоит из сбалансированной системы магнитов и датчика, размещенных в общем корпусе, управляемого магнитным полем внешнего магнитопровода).

По способу расположения на защитной конструкции по видам конструкций

• для магнитонепроводящих конструкций;
— для открытого монтажа (параллельно магнитоуправляемому датчику, устанавливаемому на стационарной части защищаемой конструкции, управляющий элемент размещается на подвижной части конструкции);
— для скрытого монтажа (составные части извещателя размещаются по общей оси);

• для магнитопроводящих конструкций

— двухблочные для скрытого монтажа;
— одноблочные для открытого монтажа.

По виду интерфейса

— двоичный (размыкание, замыкание);
— троичный (переключение)

По виду каналов передачи

— для проводного шлейфа сигнализации;
— радиоканальные.

По виду конструкции

— тороидальные;
— цилиндрические.

Общие требования

Извещатель должен обеспечивать непрерывную круглосуточную работу.
Климатическое исполнение извещателя должно соответствовать ГОСТ 15150-69.
Конструкция извещателя должна обеспечивать степень защиты оболочки по ГОСТ 14254-96.
Допустимый зазор для перехода извещателя из состояния тревоги в нормальное состояние и из нормального состояния в состояние тревоги должен выбираться из ряда значений интервалов, приведенных в табл. 2.



Максимальную величину постоянного и переменного тока на контактах выбирают из ряда: 0,001; 0,03; 0,05; 0,1; 0,2; 0,25; 0,3; 0,5; 1; 2 А.
Максимальную величину постоянного и переменного напряжения на контактах выбирают из ряда: 60; 72; 100; 220 В.

Монтаж извещателей

Элементы извещателя крепят непосредственно к поверхности блокируемого элемента со стороны охраняемого помещения.
Задающий элемент размещают, как правило, на подвижной части охраняемой конструкции (например, двери), а исполнительный элемент с проводами и коммутационными приспособлениями на ее стационарной части (дверном косяке).

Крепление извещателя на деревянной поверхности производится шурупами, на металлической — винтами с прокладкой из дерева, текстолита или гетинакса толщиной 25…30 мм. а на стеклянной — клеем (марки «Контакт». ВГО-1, БМК-5 или им аналогичным). Диэлектрическая прокладка устанавливается как под модуль геркона. так и под модуль магнита. Модули геркона и магнита устанавливаются на блокируемый элемент параллельно друг другу (извещатели для открытого монтажа) или соосно (извещатели для скрытого монтажа). Нарушение параллельности или соосности узлов магнитоконтактных извещателей, их нежесткое крепление, некачественная пайка или замена ее скруткой могут приводить к ложным срабатываниям извещателей.
Выбор модели извещателя определяется типом и характеристиками блокируемой конструкции, ее укрепленностью и условиями эксплуатации. На каждый блокируемый элемент устанавливается по одному извешателю на расстоянии до 20 см от его вертикальной линии раствора.
В шлейф сигнализации извещатель включается с помощью гибких выводов, имеющихся в модуле геркона с последующей скруткой и пропайкой мест соединения. Места пайки изолируют полихлорвиниловой трубкой. Типичными представителями данного класса изделий являются извещатели СМК.

Датчики для поверхностного монтажа на стальных конструкциях используют для блокировки на открывание или перемещения массивных стальных дверей, ворот, железнодорожных контейнеров, ангаров, люков, в том числе чугунных крышек коммуникационных колодцев. Эти датчики больше, кроме того, из-за большей мощности магнита задающего элемента у них больше расстояние взаимодействия составных частей, так как сталь, являясь магнитопроводящим материалом, забирает на себя часть энергии магнитного поля. Чтобы обеспечить требуемое расстояние срабатывания датчика приходится увеличивать энергию задающего элемента. Кроме того, для ослабления рассеивания магнитного поля металлом стоит расширить зазор между магнитом и металлической конструкцией.
Благодаря заметно возросшим расстояниям срабатывания (70 мм) и возвращения в режим охраны (20 мм) составные части датчика допускается устанавливать с достаточно свободным зазором (от 1 до 10 мм). Более того, при случайном увеличении зазора при эксплуатации датчик сохраняет работоспособность и обеспечивает необходимый для охранных систем уровень помехоустойчивости. Конструкции задающего и исполнительного элементов позволяют устанавливать их на охраняемой конструкции как в одной плоскости, так и перпендикулярно друг другу:



Датчики для скрытого монтажа на магнитопассивных конструкциях имеют форму цилиндра с выступающими краями лицевого торца и расположенными на цилиндрической поверхности вдоль ее образующих ребрами жесткости. Такая форма обеспечивает датчику скрытность монтажа, вписываемость в интерьер помещения, а также надежность и удобство эксплуатации из-за отсутствия наружных элементов и проводов. Недостатком этой конструкции является необходимость сверления отверстий для размещения в них составных частей датчика.
Принципиальным требованием к скрытому монтажу датчика является обеспечение соосности торцевых частей задающего и исполнительного элементов.
Допуск по соосности для составляет 2-3 мм.



Датчики для скрытого монтажа на стальных конструкциях обладают теми же преимуществами и недостатками, что и их аналоги, предназначенные для охраны конструкций из немагнитных материалов, но несколько больше размерами. Конструктивной особенностью изделия является наличие у его составных частей двух симметрично расположенных защелок для механической фиксации в крепежном отверстии.



Саботаж извещателей и защита от него

Некоторые считают, что магнитоконтактные датчики можно легко обойти и проникнуть на охраняемый объект, не вызывая сигнала тревоги, используя, например, внешний магнит. Однако это мнение дилетантов.
Практика показывает, что саботирование датчиков, применяемых на стальных конструкциях, вообще невозможно, так как магнитное поле внешнего магнита не может воздействовать на исполнительный элемент через сталь.
У датчиков на неметаллических конструкциях толщина блокируемых дверных, оконных и иных конструкций часто превышает 35 мм. Это делает саму возможность саботирования сомнительной, так как для этого понадобятся сильные и громоздкие внешние магниты. Кроме того, большое поле такого магнита (при неудачном его ориентировании) может наоборот разомкнуть геркон и вызвать сигнал тревоги.
Если же возникают сомнения в возможности саботирования магнитоконтактного датчика, то есть несколько простых способов защиты.

Первый способ. Для блокировки применяется не один, а два магнитоконтактных датчика, расположенных друг от друга на расстоянии примерно 15 мм и последовательно соединенных друг с другом. При этом нужно, чтобы у задающих элементов направления магнитных полей были встречными. Тогда, при попытке саботирования работы датчиков внешним магнитом большой мощности, один из задающих элементов поменяет направление магнитного поля и переключит систему датчиков из режима «охрана» в режим «тревога».

Можно поставить два геркона на дверное полотно, один горизонтально с магнитом в паре, второй рядом вертикально без магнита, выводы 1-го геркона соединяются последовательно с оконечным элементом шлейфа сигнализации (на разрыв шлейфа), 2-го параллельно в шлейф сигнализации на закорачивание. Попытка «зажать» геркон снаружи мощным магнитом приводит к сработке второго геркона и закорачиванию шлейфа при попытке саботирования.

Второй способ. Для замыкания магнитного поля используется магнитный экран. Для датчиков поверхностного монтажа можно использовать стальную пластину толщиной не менее 0,5 мм и размерами примерно 60×20 мм, для датчиков скрытого монтажа размерами 20×30 мм. Такой экран нужно разместить между исполнительным элементом датчика и возможным местоположением саботажного магнита. Расстояние от исполнительного элемента до экрана должно быть не менее 1 5 мм.
Однако злоумышленник может и не прибегать к интеллектуальным методам опосредованного магнитного саботажа, а попросту проделать отверстие в двери и получить физический доступ к датчику, элементам его крепления и связи. Чтобы этого избежать, рекомендуем защитить дверную конструкцию от разрушения или взлома. Для этого обычно используют вибрационные извещатели серии «Шорох» и другие.

Области применения извещателей охранных поверхностных

Область использования магнитоконтактных датчиков не ограничивается точечными извещателями.
Если магнитоконтактные и пожарные датчики на основе герконов, тревожные педали и кнопки в некоторых случаях могут использоваться в качестве самостоятельных элементов охранной или охранно-пожарной системы (т.е. выступать в роли извещателей), то датчики разрушения стекла являются исключительно частью ударно-контактных извещателей «Окно-4», «Окно-5», «Окно-6» или совмещенных «Орбита-1», «Орбита-Ш».
Хотелось бы отметить уникальную объединяющую роль извещателей серии «Орбита», к которым в один локальный шлейф можно подключить ударно-контактные датчики разрушения стекла, в другой магнитоконтактные датчики открывания, тревожную кнопку или еще какой-нибудь датчик, работающий «на размыкание». С помощью всего лишь одного извещателя можно заблокировать практически весь внутренний периметр помещения. А при использовании извещателя «Орбита-1», питающегося прямо от телефонной линии, контролируемой ПЦН, можно исключить из охранной системы дорогостоящие «посредники»: приемно-контрольный прибор, сетевой источник питания и аккумулятор.



Извещатели охранные поверхностные совмещенные обеспечивают защиту:
— при помощи датчиков разрушения стекла — остекленных конструкций на разрушение оконного стекла или защищенного полимерной пленкой стекла толщиной от 2,5 до 8 мм;
— при помощи датчиков перемещения конструкций — оконных и дверных полотен, других конструктивных элементов закрытых помещений, устройства ловушек.

Наибольшая площадь защиты для типового комплекта датчиков разрушения стекла (15 шт.) составляет:
— для оконного стекла — 60 кв. м;
— для стекла, защищенного полимерной пленкой, — 34 кв. м

Электропитание извещателей соответствует типу изделия и составляет:
— от 10 до 72 В постоянного тока от шлейфа сигнализации прибора приемно-контрольного охранного для изделия типа ИО315-3/1 «Орбита- 1»;
— от 9 до 17 В от источника постоянного тока с амплитудой пульсаций не более 3 В для изделия типа И031 5-3/2 «Орбита-1 М».

Другие особенности изделия приведены в каталоге изготовителя изделий.