A biztonságtechnikai rendszerek érzékelőiről II.
2002/12. lapszám | Stámusz Ferenc | 4766 |
Figylem! Ez a cikk 22 éve frissült utoljára. A benne szereplő információk mára aktualitásukat veszíthették, valamint a tartalom helyenként hiányos lehet (képek, táblázatok stb.).
Az ultrahangos érzékelők működése a Doppler jelenségen alapul, mely szerint egy közeledő hullámforrásnak nő, egy távolodónak csökken a frekvenciája a sebesség arányában. Ez az elv akkor is igaz, ha a hullámokat kibocsátó adó és a vevő egységet egy házba építjük, és a mozgó testekről visszaverődő hullámok változását vizsgáljuk.
Az ultrahang-dopplerérzékelők, nevükből adódóan 25-40 kHz frekvencia-tartományban működnek. A testek mozgását rendkívül jól detektálja ez a típusú érzékelő, de nagyon sok hátránya is van. Az adóegység vonzza a bogarakat. Huzatra, légmozgásra rendkívül érzékeny, és téves riasztást okozhat az is, ha teret határoló fal be tud rezonálni. Az előbb felsoroltak miatt ezeket a típusú érzékelőket már csak autóriasztókban alkalmazzák. Doppler elven 9-10 GHz frekvencia-tartományban működik a mikrohullámú mozgásérzékelő is. Ezeket a rovarok és a légmozgások kevésbé zavarják, de a vékonyabb téglafalon, gipszkartonon, üvegen vagy faajtón is "áthall". Felszerelésénél, beállításánál rendkívül körültekintően kell eljárnunk, hogy kiküszöböljük a téves jelzéseket. A mikrohullámú radarérzékelők karakterisztikája csepp alakú, melynek nagyságát potenciométerrel állíthatjuk. Hatásos védelem olyan helyen, ahol vékony textil-, papír-, esetleg gipszkarton-, vagy falap választja szét a helyiséget, de ezeknek teljesen rögzítettnek kell lenniük. Páncéltermek védelmére is használhatjuk a radarokat.
Egy helyiségbe két azonos frekvencián működő mikrohullámú érzékelőt ne alkalmazzunk. Még egy fontos információ. Sűrű vasrácson vagy hálón nem lát át a radar, ezt a később bemutatásra kerülő duál érzékelőknél is figyelembe kell venni. A legelterjedtebb mozgásérzékelők a passzív infravörös detektorok. Ezek az érzékelők nem a tényleges mozgást detektálják, hanem a figyelt tér infravörös tartományú sugárzását. Az infravörös fény egy olyan elektromágneses sugárzás, mely a látható fény és a mikrohullámú (radar) sugárzási frekvenciája között helyezkedik el. Az emberi test által kibocsátott infravörös sugárzás 10 mikrométeres hullámhosszú. A passzív infravörös, rövidítve PIR (Passiv Infra Red) érzékelők ezen sugárzás változásait detektálja. Azért passzív, mert nem bocsát ki magából semmilyen energiát, csak passzívan figyeli a teret. Az érzékelőt alapvetően három részre osztjuk: optika, érzékelőelem és jelfeldolgozó áramkör. Az optika határozza meg az érzékelők látószögét, illetve az érzékelési tartomány nagyságát. Két fajta optikát különböztetünk meg, a lencsést és a tükröst. A lencsés érzékelők általában egy úgynevezett Fresnel lencsével készülnek. A lencserendszer a tér több pontját vetíti be az érzékelőelembe (1. ábra). A tükrös érzékelők hasonló karakterisztikákkal rendelkeznek, mint a lencsés optikák. A figyelt területről érkező infravörös sugarakat a különbözően hajlított tükörszeletek verik a szenzorba. A tükrös optikával készült érzékelők messzebbre látnak, mert tökéletesebben fókuszált, élesen elválasztott érzékelési zónákkal rendelkeznek. Folyosó karakterisztikájú tükörrel akár 60 méterre is érzékeli a mozgást (2. ábra). Azt tapasztaltuk, hogy ez utóbbi optikával ellátott érzékelők téves riasztási aránya igen csekély. A tükör előállítási költsége magasabb, mint a lencséé, ezért az ezzel felszerelt PIR érzékelők drágábbak, de a minőségnek ára van. Mindkét optikánál van úgynevezett maga alá látó típus, mely megakadályozza, hogy az érzékelő alatt közvetlenül ne lehessen elgyalogolni riasztás nélkül.
Térjünk rá a piroelektromos érzékelőelemek bemutatására. Ezt is a hadi iparnak köszönhetjük. A hőkövetős rakéták lelke volt ez az elem. A legegyszerűbb lerázási módszer a repülőgép nap felé fordítása volt. A nap, hát igen… a passzív infra mozgásérzékelő elhelyezésénél nekünk, riasztó- szerelőknek is nagyon oda kell figyelni, nehogy aztán a betörők rázzanak le. A piroelektromos érzékelőelem az optikai rendszer által befókuszált infravörös energiát elnyeli. Az így keletkezett hőből elektromos energiát állít elő, melyet a jelfeldolgozó áramkör fogad. Az érzékelő elemen keletkező feszültség csak néhány mV. Ez egyből egy újabb problémát vetett fel. Az érzékelőelemen és környezetében keletkező rádiófrekvenciás zavarok is közel ekkora feszültségértékű zavarjelet gerjesztenek, valamint a figyelt tér hőváltozásai is nem kívánt jelzéseket váltottak ki. Ennek elkerülése végett fejlesztették ki a duál elemes szenzort, mely két, egymástól ellentétes polaritású elemet tartalmaz. Így a jelszintet az egyéb zajokhoz képest jelentősen megnövelték. A hőváltozás mindkét elemben egyidejűleg vált ki hatást, de az ellentétes töltések kioltják egymást. A speciális kialakítású lencse vagy tükör miatt a valós jelzések esetén a jelek összeadódnak. Ez a fő oka annak, hogy az érzékelési zónákra merőleges mozgásra sokkal érzékenyebb, mint szembe mozgásra. Ma már csak duál érzékelőelemet tartalmazó mozgásérzékelőket hoznak forgalomba. Meg kell említenünk, hogy léteznek quad elemes érzékelők, melybe nevéből adódóan négy érzékelő elemet integráltak. Ezek az érzékelők meglehetősen drágák ezért nem nagyon terjedtek el Magyarországon. A piroelektromos elemben keletkező feszültséget a jelfeldolgozó áramkör erősíti fel, 3000-4000 szeresére.
A jelfeldolgozó áramkörök fő feladata az, hogy a zavarjelzéseket megkülönböztesse a valós jelzésektől. A téves jelzések elkerülése végett sok érdekes megoldást találtak ki. A rádiófrekvenciás zavarok kivédésére a profibb érzékelőkben árnyékoló burkolatot készítenek, az egyszerűbbekben pedig speciális, nyomtatott áramköri negatív potenciálra helyezett fóliamegoldásokat alkalmaznak. Ez azért fontos, hogy a külső zajokat ne erősítsük a jelekkel együtt. A jelfeldolgozás lehet hagyományos, komparátoros vagy digitális. A téves jelzések kiküszöbölésének legegyszerűbb módszere az impulzusszámlálás, melyet mindkét jelfeldolgozásnál alkalmaznak. Az impulzusszámlálás azon elven alapszik, hogy ha valaki mozog egy érzékelő előtt, több zónában is jelzést vált ki, így nem kell mindenáron az első jelzésre riasztást indítani. A hagyományos érzékelők egyes típusaiban ez kapcsolóval állítható 2-4 impulzusig. A digitális típusoknál a megoldás lényegesen ötletesebb. A valós mozgásoknál keletkezett jelzések letárolt jelformáit hasonlítja össze a beérkezett jelzésekkel. Így a megfelelő jelformák esetén számlálás nélkül azonnal jelzést válthat ki. A napjainkban gyártott passzív infrák hőkompenzáltak. Erre azért van szükség, mert minél jobban közelít a figyelt tér hőmérséklete az emberi testéhez, annál érzékenyebbnek kell lennie a detektornak. Egyes profi érzékelők 0,2 0C fok hőmérséklet változást is észre vesznek, de átlagos eszközöknél, tapasztalat alapján minimum 3 0C fok ez az érték. A fehér fény által okozott zavarok ellen a fényt kiszűrő lencséket, fekete tükröket, illetve burkolatokat alkalmaznak. A téves riasztások elkerülésére találták ki az úgynevezett duál vagy kombinált érzékelőket, melybe két azonos vagy különböző fizikai elven működő érzékelőt integráltak be. Így vannak duál infra, radaros infra és ultrahanggal kombinált infra érzékelők is. A duál infrába két dupla elemes passzív infra található, mely szinte úgy működik mint egy quad elemes infra. Kültéri alkalmazásnál bevált. A legelterjedtebb kombinált eszköz a mikrohullámú radarral integrált infra érzékelő. Ezek az eszközök akkor váltanak ki jelzést, ha mindkét érzékelő egy megfelelő időintervallumon belül jelez. Így jól alkalmazhatók kissé huzatos, klimatizált, hőbefúvásos vagy kisállatok által látogatott terekben is. A duál érzékelő helyének megválasztásánál figyelembe kell vennünk azt, hogy a radar a szembe történő, az infra pedig a keresztirányú mozgásra reagál előbb.
