Электронные системы охраны - Филипп Уокер

МКВ - шаг вперед или альтернатива ультразвуку

Об открытии Джона Ганна промышленным службам безопасности стало известно тогда, когда многие фирмы наладили широкий выпуск ультразвуковых допплеровских детекторов. Ганн работал в рамках правительственного радарного проекта. Такое стечение обстоятельств привело к использованию микроволнового излучения в радарных системах сигнализации. Дальше мы увидим, что радарный принцип - не единственная возможность применения микроволн в системах охраны.

Ультразвуковые и микроволновые детекторы разрабатывались в 60-х годах, но прежде чем решать вопрос, вынесенный в заглавие, стоит разобраться, для чего же конкретно предназначались МКВ-датчики. Они были достаточно просты по конструкции, разрабатывались независимо от ультразвуковых собратьев и предназначались для обнаружения нарушителей в помещениях, особенно после того, как те обошли периметровые датчики - к примеру, дверные контакты.

Следовательно, они выполняли те же функции, что и ультразвуковые радары. Цель конструкторов была одна и та же, но если говорить точно, ультразвуковые и МКВ-радары дополнили друг друга. Они не являются последовательными этапами прогресса, так как у МКВ-радаров есть и свои достоинства и недостатки.

Физические свойства микроволнового излучения

Вам могут показаться незнакомыми некоторые слова и понятия, упомянутые здесь. Сложности можно снять, вновь вернувшись к главе 4. Кроме того, чтобы не терять время на повторное изложение принципов работы радара, позвольте порекомендовать вам ознакомиться еще раз с главой 15.

После этих необходимых замечаний мы с вами могли бы поглубже рассмотреть разницу между МКВ и другими волновыми принципами создания систем сигнализации, а также плюсы и минусы микроволнового излучения.

Энергия

Мы привыкли к мысли, что получаем тепло от солнца. После долгого космического путешествия оно достигает Земли и согревает нас с вами. Свет разновидность этой энергии, ко он по-другому влияет на организм. У светового излучения выше частота колебаний и короче длина волны.

Подобная энергия может быть получена искусственным путем. У человечества есть световые приборы и приборы, выделяющие тепло. Микроволновое излучение - из той же энергетической электромагнитной гаммы. Мы не расшифровываем значение термина "электромагнитная энергия", а используем его в качестве различительного обозначения. Ведь существует акустическая, кинетическая и другие виды энергии.

Длина волны

Несмотря на свое название микроволновое излучение имеет большую длину волны, чем свет и тепло, и поэтому может глубже проникать в человеческое тело и другие материалы. Если бы это было не так, не было бы смысла торговать микроволновыми печами, которые тем и примечательны, что разогревают пищу изнутри продукта, а не сверху, как это делают обычные печи, где "работает" более высокочастотный "обычный" жар. Длина волны излучения в МКВ-печи - около 25 см. Системы сигнализации пользуются и более длинными, и более короткими волнами, в чем вы вскоре убедитесь.

Несколько слов о безопасности

Время от времени нас будоражат слухи об опасном влиянии излучения микроволновых печей на человеческий организм. Воспоминание о них может настроить пользователей и против МКВ-сигнализации. Но мощность микроволновых печей измеряется киловаттами, а в системах сигнализации государственные службы большинства стран используют источники мощностью от 1 до 10 милливатт - в миллионы раз слабее.

О безопасности МКВ-сигнализации вы можете судить по отсутствию несчастных случаев или болезней на этой почве. Моя двадцатилетняя практика создания и использования микроволновых систем сигнализации на волнах длиною до 3 см доказала их безопасность. Но вот что касается волн более короткого диапазона, то я бы не рекомендовал использовать колебания с длиной волны менее 1 см в системах сигнализации, так как сам работал над созданием радара, испускающего миллиметровые волны.

Скорость

Вернемся еще к одному свойству электромагнитной энергии. Независимо от характера источника скорость ее распространения равна скорости света - 300 тысяч километров в секунду. Такую величину даже в наше время трудно себе представить, в особенности если подумать, сколько усилий нужно, чтобы самолет преодолел скорость звука - 332 метра в секунду. Вот если бы воздуха не было...

Влияние воздуха

Самое смешное, что для МКВ-излучения воздуха как бы не существует. Микроволновые колебания распространяются в атмосфере все с той же скоростью света. Следовательно, те проблемы, которые представляли для дифракционных ультразвуковых систем сквозняки и прочие движения воздуха, для микроволновых систем такого рода не существуют. Таким образом, радарный принцип расположения приемника и передатчика детектора становится в данном случае вовсе не обязательным.

Оптические свойства

Если вы представляете себе физические свойства света, то свойства МКВ-излучения для вас почти уже ясны.

Сверхвысокочастотные волны движутся по прямой - значит, между передатчиком и приемником должна быть открытая прямая линия; микроволны можно отражать, преломлять и фокусировать.

Проникающая способность

Понятие проникающей способности впервые появилось в нашем с вами словаре при обсуждении различных видов электромагнитной энергии. Но с ней стоит разобраться поглубже, чтобы квалифицированно противопоставлять, сравнивать и применять МКВ и ультразвуковые приборы в конкретных практических ситуациях. Ключевым моментом является то, что МКВизлучение проникает через все, кроме металла. То, насколько это влияет на систему сигнализации, зависит от плотности и толщины слоя неметалла. Например, кирпичная стена поглощает большую часть энергии МКВ-излучения, и происходящее за этой преградой не вызывает срабатывания системы - особенно если принять во внимание оптические свойства луча, и пучок отводится от стены. Однако для МКВ-излучения "не существует" деревянных дверей, стекол, панелей из ДСП. Именно поэтому использование МКВ-датчика вблизи окна может стать источником большого числа ложных тревог.

Ультразвук может проникать через тонкие листы бумаги и пластика, но не более того.

Для запоминания и применения в последующей работе сведений о проникающей способности микроволнового излучения подойдет следующая мнемоническая формула: микроволны пронизывают неметаллические материалы благодаря своей высокой скорости, но металлическая "броня" им не по зубам. Ультразвук же, подобно кавалеристу, идет своей медленной леткой походкой и не может пробить никаких стен.

Принцип работы

Что бы вы сказали о том, что летучая мышь знает едва ли не больше всех нас о пространственном распознавании и определении в воздухе координат людей и препятствий. Лично для меня в работе по созданию радаров этот крылатый зверек всегда был источником вдохновения. То, что летучая мышь использует ультразвук интересно, но не принципиально. С тем же успехом она могла бы пользоваться и микроволновым излучением.

Летучая мышь настолько совершенно ориентируется в пространстве, что пытавшимся добиться таких же результатов инженерам-конструкторам приходилось довольствоваться их простейшими подобиями, дальнейшее совершенствование которых затруднялось их дороговизной и лавинообразным ростом технологических сложностей.

Кое-что еще о допплеровском эффекте

Если дело того стоит, то летучая мышь может пролететь в полной темноте через дыру не шире размаха ее крыльев. Чтобы выполнить такой трюк, она должна своей сложной радарной измерительной системой определить точный угол сдвига своего тела в стороны, скорость, расстояние до отверстия и его ширину. Для определения скорости летучая мышь использует допплеровский эффект, а для измерения дистанции и направления различные виды этих животных пользуются амплитудной или частотной модуляцией ультразвука, а также их комбинацией.

К счастью, для систем сигнализации не важна скорость или направление движения нарушителя. Достаточно знать, что он в помещении и движется к охраняемому объекту. Следовательно, из арсенала летучей мыши можно позаимствовать лишь допплеровский эффект.

Стоит также обратить внимание на то, что в случае летучей мыши отверстие стоит на месте, а движется источник ультразвука. В системах сигнализации все наоборот. Допплеровский эффект одинаково работает в обоих случаях, так как он фиксирует относительное движение.

Радарное обнаружение

В главах 4 и 15 уже говорилось, что в радарах приемник и передатчик расположены рядом, и сигнал в требуемом направлении излучается постоянно. Все, что попадается на пути луча, отражает часть его энергии на приемник в виде эха. Если объект стоит на месте, частота волны эха не изменится. МКВ-датчик будет игнорировать такой отраженный сигнал даже при сильных перемещениях воздуха в отличие от ультразвукового детектора.