Иных средств пространственного обнаружения
просто не было. Эта глава расскажет о том, почему был выбран именно
ультразвук, как были преодолены исходные трудности, где можно эффективно
использовать ультразвуковую сигнализацию и что приводит к ложным трево-
гам.
Ход рассуждений первооткрывателей
На первом этапе было решено, что вместо того, чтобы пассивно сортиро-
вать все звуки, услышанные в помещении, нужно создать собственный звук,
чьи сигналы будут толковаться однозначно. Кроме того, работа прибора
должна была привлекать внимание офицера службы безопасности только в
случае проникновения нарушителя в здание. Подобной системе, очевидно,
тоже понадобится микрофон, и он-то и будет чувствителен ко всему слыши-
мому диапазону частот, как и прежде. Значит, оставался один путь избе-
жать какофоний - перевести рабочую частоту прибора за пределы, восприни-
маемые человеческим ухом. Таким образом, микрофон и приемник перестанут
реагировать на слышимый звук.
Естественно, у первопроходцев было два пути - вниз, к предслуховым
низким частотам и вверх, к ультразвуку. Инфразвук был отвергнут как ма-
лоисследованный в тот период, кроме того, электронные приборы, работаю-
щие с низкими частотами, были еще практически не разработаны. Гораздо
больше физика знала об ультразвуке, да и электронная техника того време-
ни была в состоянии работать с ним. Поэтому и был сделан выбор пути
вверх - скорее методом исключения, чем волевым усилием. Кстати, выбор
технических средств методом исключения характерен для создания систем
сигнализации.
Физические свойства звуковых волн
Были разработаны два способа использования ультразвука в сигнализации
- система "стоячей волны" и позже - радарная система с использованием
эффекта Допплера. Чтобы понять их работу, необходимо поближе познако-
миться со свойствами звуковых волн и их распространением в воздухе. Если
вы пролистали, не читая, главу 4 об основных принципах обнаружения
объектов в пространстве, вернитесь к ней и потом продолжите читать.
Система "стоячей волны"
Хотя метод "стоячей волны" мало используется в ультразвуковых систе-
мах сигнализации, нам необходимы основные принципы этого физического яв-
ления, чтобы понять работу ультразвуковых радаров.
Пространственный контроль
Техника "стоячей волны" предусматривала закрепление излучателя
ультразвука высоко под потолком и приемника - также высоко на противопо-
ложной стене. Тип мембраны излучателя подбирался так, чтобы дать равно-
мерное по мощности излучение по всему доступному сечению - примерно 180
градусов в горизонтальной плоскости и около 45 градусов в вертикальной.
Угол приема подбирался точно такой же.
Размещение блоков прибора под потолком гарантировало, что их не будут
затенять препятствия, и при этом достигалась почти идеальная по мощности
прямая передача звука. Тем не менее, кроме прямого излучения, приемник
воспринимал энергию волн, отраженных от стен, пола, потолка и всей обс-
тановки комнаты. Он переводил эту энергию в электрический сигнал для
электронной системе слежения. Если в комнате все оставалось на месте, на
выходе приемника получался электрический сигнал с неизменными параметра-
ми, так как не изменялась энергия ультразвука.
Пока воздух и обстановка в помещении были неподвижны, ультразвуковые
волны "путешествовали" по одному и тому же маршруту. Рисунок волны "сто-
ял".
Эта неподвижность нарушалась, когда, к примеру, нарушитель пытался
проникнуть в помещение через дыру в двери, ультразвук отражался уже не
от двери, а от нарушителя и по-другому. Изменение энергетического потен-
циала совокупной волны воспринималось приемником и переводилось в скачок
электрического сигнала, который и активизировал сигнализацию.
Какие наиболее важные моменты следует помнить о методе "стоячей вол-
ны"?
Мембраны передатчика и приемника всесторонне ориентированы для прост-
ранственного контроля за проникновением.
Сигнал на входе приемника - это сумма мощностей всех отраженных и
прямых ультразвуковых волн.
Воздух и обстановка помещений неподвижны. Перемещается лишь наруши-
тель.
Прекрасно. Мы получили систему, которая сработает, даже если наруши-
тель обошел все системы сигнализации на периметре. И было время, когда
система "стоячей волны" применялась очень широко.
Проблемы конструкторов и пользователей
К сожалению, эта система использовалась и в тех условиях, когда хотя
бы одно из этих условий не выполнялось. В таком случае система устраива-
ла такое количество ложных, а главное, пустяковых тревог, что начались
поиски новых решений. Практика применения метода "стоячей волны" вскоре
показала его слабости.
Изменения в обстановке помещения
Уже говорилось, что не всегда возможно заново включить систему "стоя-
чей волны" после изменений или перестановок в помещении. Казалось, что
эту проблему решить просто. Для типичной системы с одним приемником она
практически аналогична по характеру трудностям радиолюбителей с уходящей
с диапазона станцией и "мертвыми зонами" приема. Прослушав передачи на
KB или СВ с большого расстояния, вы можете тоже составить себе представ-
ление, как это выглядит. Чтобы избежать затухания, опытные связисты ста-
вят рядом одну или несколько добавочных антенн и подключают их к одному
приемнику так, что они компенсируют друг друга.
Если перенести эту аналогию на ультразвуковые детекторы "стоячей вол-
ны", можно представить, что некоторые отраженные пакеты волн попадут
друг другу в противофазу на мембрану приемника после изменения обстанов-
ки. Они погасятся, сигнал будет слабее, и вместо того, чтобы встать в
положение "готовность", сигнализация забьет тревогу. Совершенно очевид-
но, что эту проблему можно решить усреднением мощности сигнала с нес-
кольких приемников. Но беды системы "стоячей волны" на этом не кончи-
лись.
Движение воздуха
Еще одна слабость систем "стоячей волны" - это постоянные ложные сра-
батывания из-за сквозняков и работающего отопления в помещениях.
Чтобы представить, от чего это происходило, давайте упростим - пусть
даже до предела - ситуацию перемещения воздуха. Сначала представьте, как
излучатель "стоячей волны" посылает на приемник энергию в виде дробинок.
В спокойном воздухе все дробинки будут перемещаться с одной скоростью -
напрямую или рикошетом. А вот если в комнате появился сквозняк и дует от
передатчика к приемнику, дробинки будут летать напрямую быстрее, чем ри-
кошетом. Рисунок волны нарушится, и система забьет тревогу.
Эту проблему решить было невозможно. "Я бы отсюда не шел" - как гово-
рят в Корнуэле, когда их просят показать дорогу.
Альтернатива - радарный принцип
Особенностью и достоинством ультразвукового детектора, работающего на
радарном принципе, является то, что приемник и передатчик стоят рядом,
смотрят в одном направлении, а не висят на противоположных стенах.
Снова воспользовавшись образом дробинок, можно представить, как
действует радар. Передатчик выстреливает шарик по комнате.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88
просто не было. Эта глава расскажет о том, почему был выбран именно
ультразвук, как были преодолены исходные трудности, где можно эффективно
использовать ультразвуковую сигнализацию и что приводит к ложным трево-
гам.
Ход рассуждений первооткрывателей
На первом этапе было решено, что вместо того, чтобы пассивно сортиро-
вать все звуки, услышанные в помещении, нужно создать собственный звук,
чьи сигналы будут толковаться однозначно. Кроме того, работа прибора
должна была привлекать внимание офицера службы безопасности только в
случае проникновения нарушителя в здание. Подобной системе, очевидно,
тоже понадобится микрофон, и он-то и будет чувствителен ко всему слыши-
мому диапазону частот, как и прежде. Значит, оставался один путь избе-
жать какофоний - перевести рабочую частоту прибора за пределы, восприни-
маемые человеческим ухом. Таким образом, микрофон и приемник перестанут
реагировать на слышимый звук.
Естественно, у первопроходцев было два пути - вниз, к предслуховым
низким частотам и вверх, к ультразвуку. Инфразвук был отвергнут как ма-
лоисследованный в тот период, кроме того, электронные приборы, работаю-
щие с низкими частотами, были еще практически не разработаны. Гораздо
больше физика знала об ультразвуке, да и электронная техника того време-
ни была в состоянии работать с ним. Поэтому и был сделан выбор пути
вверх - скорее методом исключения, чем волевым усилием. Кстати, выбор
технических средств методом исключения характерен для создания систем
сигнализации.
Физические свойства звуковых волн
Были разработаны два способа использования ультразвука в сигнализации
- система "стоячей волны" и позже - радарная система с использованием
эффекта Допплера. Чтобы понять их работу, необходимо поближе познако-
миться со свойствами звуковых волн и их распространением в воздухе. Если
вы пролистали, не читая, главу 4 об основных принципах обнаружения
объектов в пространстве, вернитесь к ней и потом продолжите читать.
Система "стоячей волны"
Хотя метод "стоячей волны" мало используется в ультразвуковых систе-
мах сигнализации, нам необходимы основные принципы этого физического яв-
ления, чтобы понять работу ультразвуковых радаров.
Пространственный контроль
Техника "стоячей волны" предусматривала закрепление излучателя
ультразвука высоко под потолком и приемника - также высоко на противопо-
ложной стене. Тип мембраны излучателя подбирался так, чтобы дать равно-
мерное по мощности излучение по всему доступному сечению - примерно 180
градусов в горизонтальной плоскости и около 45 градусов в вертикальной.
Угол приема подбирался точно такой же.
Размещение блоков прибора под потолком гарантировало, что их не будут
затенять препятствия, и при этом достигалась почти идеальная по мощности
прямая передача звука. Тем не менее, кроме прямого излучения, приемник
воспринимал энергию волн, отраженных от стен, пола, потолка и всей обс-
тановки комнаты. Он переводил эту энергию в электрический сигнал для
электронной системе слежения. Если в комнате все оставалось на месте, на
выходе приемника получался электрический сигнал с неизменными параметра-
ми, так как не изменялась энергия ультразвука.
Пока воздух и обстановка в помещении были неподвижны, ультразвуковые
волны "путешествовали" по одному и тому же маршруту. Рисунок волны "сто-
ял".
Эта неподвижность нарушалась, когда, к примеру, нарушитель пытался
проникнуть в помещение через дыру в двери, ультразвук отражался уже не
от двери, а от нарушителя и по-другому. Изменение энергетического потен-
циала совокупной волны воспринималось приемником и переводилось в скачок
электрического сигнала, который и активизировал сигнализацию.
Какие наиболее важные моменты следует помнить о методе "стоячей вол-
ны"?
Мембраны передатчика и приемника всесторонне ориентированы для прост-
ранственного контроля за проникновением.
Сигнал на входе приемника - это сумма мощностей всех отраженных и
прямых ультразвуковых волн.
Воздух и обстановка помещений неподвижны. Перемещается лишь наруши-
тель.
Прекрасно. Мы получили систему, которая сработает, даже если наруши-
тель обошел все системы сигнализации на периметре. И было время, когда
система "стоячей волны" применялась очень широко.
Проблемы конструкторов и пользователей
К сожалению, эта система использовалась и в тех условиях, когда хотя
бы одно из этих условий не выполнялось. В таком случае система устраива-
ла такое количество ложных, а главное, пустяковых тревог, что начались
поиски новых решений. Практика применения метода "стоячей волны" вскоре
показала его слабости.
Изменения в обстановке помещения
Уже говорилось, что не всегда возможно заново включить систему "стоя-
чей волны" после изменений или перестановок в помещении. Казалось, что
эту проблему решить просто. Для типичной системы с одним приемником она
практически аналогична по характеру трудностям радиолюбителей с уходящей
с диапазона станцией и "мертвыми зонами" приема. Прослушав передачи на
KB или СВ с большого расстояния, вы можете тоже составить себе представ-
ление, как это выглядит. Чтобы избежать затухания, опытные связисты ста-
вят рядом одну или несколько добавочных антенн и подключают их к одному
приемнику так, что они компенсируют друг друга.
Если перенести эту аналогию на ультразвуковые детекторы "стоячей вол-
ны", можно представить, что некоторые отраженные пакеты волн попадут
друг другу в противофазу на мембрану приемника после изменения обстанов-
ки. Они погасятся, сигнал будет слабее, и вместо того, чтобы встать в
положение "готовность", сигнализация забьет тревогу. Совершенно очевид-
но, что эту проблему можно решить усреднением мощности сигнала с нес-
кольких приемников. Но беды системы "стоячей волны" на этом не кончи-
лись.
Движение воздуха
Еще одна слабость систем "стоячей волны" - это постоянные ложные сра-
батывания из-за сквозняков и работающего отопления в помещениях.
Чтобы представить, от чего это происходило, давайте упростим - пусть
даже до предела - ситуацию перемещения воздуха. Сначала представьте, как
излучатель "стоячей волны" посылает на приемник энергию в виде дробинок.
В спокойном воздухе все дробинки будут перемещаться с одной скоростью -
напрямую или рикошетом. А вот если в комнате появился сквозняк и дует от
передатчика к приемнику, дробинки будут летать напрямую быстрее, чем ри-
кошетом. Рисунок волны нарушится, и система забьет тревогу.
Эту проблему решить было невозможно. "Я бы отсюда не шел" - как гово-
рят в Корнуэле, когда их просят показать дорогу.
Альтернатива - радарный принцип
Особенностью и достоинством ультразвукового детектора, работающего на
радарном принципе, является то, что приемник и передатчик стоят рядом,
смотрят в одном направлении, а не висят на противоположных стенах.
Снова воспользовавшись образом дробинок, можно представить, как
действует радар. Передатчик выстреливает шарик по комнате.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88