Вибрационные микрофонные средства обнаружения

Вибрационные микрофонные средства обнаружения (СО) предназначены для обнаружения нарушителя по создаваемым им вибрациям прочного инженерного заграждения (физического барьера) в процессе проникновения на охраняемый объект.
Принцип действия таких средств обнаружения основан на регистрации механических вибраций или перемещений ограды, возникающих при попытках нарушителя разрушить или преодолеть инженерное заграждение. Чувствительным элементом систем является специально разработанный электромагнитный микрофонный кабель, преобразующий механические вибрации в электрический сигнал. Кабель крепят непосредственно к ограде либо к специальному металлическому козырьку над ней. Сигналы кабеля поступают в блок обработки сигналов, который в соответствии с заданным алгоритмом выдает сигнал тревоги.
Функциональная схема извещателя представлена на рис. 1.13.
Применительно к вибрационному микрофонному извещателю ее элементы представляют собой:
- внешнее воздействие – представляет собой механические вибрации или перемещение ограды, возникающие при попытках нарушителя разрушить или преодолеть инженерное заграждение.
- чувствительным элементом извещателя является микрофонный кабель,
- блок обработки сигнала – присутствует.
Следовательно, функциональная схема вибрационного микрофонного извещателя будет иметь вид (рис. 2.15):

На рис. 2.16 показана конструкция электродинамического сенсорного альфа-кабеля, специально разработанного для обнаружения вибраций при защите периметров. В защитной оболочке кабеля размещены два полимерных магнита. В их магнитных зазорах уложены фторопластовые трубки, в которых свободно перемещаются подвижные чувствительные проводники. Для уменьшения трения трубки изнутри покрывают силиконовой смазкой. При смещении тела кабеля под воздействием вибрации перемещаются магниты, а проводники остаются на месте. Под действием переменного магнитного поля в проводниках возникает электрический ток, который воспринимается блоком обработки сигнала.

Рис. 2.16. Электродинамический сенсорный альфа-кабель является пассивным. Он не требует внешнего источника электрической энергии, а сам генерирует электрический ток. Чувствительность электродинамического сенсора очень высока. Она соизмерима с чувствительностью капсюля микрофона. Эти сенсоры отличаются стабильностью параметров и обеспечивают высокое отношение сигнала к шуму, приведенному к входу анализатора.

Другим примером микрофонного кабеля является сенсор. Представленный рис. 2.17. Сенсорный кабель содержит два неподвижных и два подвижных проводника, расположенных в зазоре между двумя полосками полукруглого сечения, выполненными из гибкого магнитного полимера. Сердечник кабеля покрыт изолирующим слоем майлара и экраном из алюминиевой фольги, к которому подключен провод заземления. Снаружи сенсорный кабель защищен прочной полиэтиленовой оболочкой.
Для минимизации внешних наводок активные проводники сформированы в виде витой пары. Центральные многожильные проводники выполняют роль упрочняющих элементов и ограничивают термические деформации сенсорного кабеля.
Для массивных оград (тяжелых сварных или кованых решеток и т.п.) может применяться усовершенствованный сенсорный кабель (рис. 2.18), который содержит только два проводника, которые помещены в полиэтиленовые трубки с силиконовой смазкой, обеспечивающие повышение подвижности проводников и, соответственно, уровня сигнала.

Физический принцип функционирования микрофонного кабеля заключается в следующем. В соответствии с законом электромагнитной индукции в проводящем контуре, находящемся в переменном магнитном поле, возникает ЭДС-индукции ?, которая определяется по закону Фарадея как:
? = N где: N – число проводников, находящихся в переменном магнитном поле, - изменение магнитного потока во времени. Индукция в проводнике, движущемся в магнитном поле, определяется как: U = - B l v где: U – индуцируемое напряжение, B – магнитная индукция, определяет плотность магнитного потока[B] = [ ] = Тл (Тесла) L – длина проводника, v – скорость движения проводника в магнитном поле. Знак «–» означает, что при увеличении магнитного потока направление индуцированного тока противоположно определяемому правилом буравчика. В = ? ?о Н где: Н – напряженность магнитного поля, определяется свойствами полимерных магнитов и величиной магнитного зазора. ?о – магнитная постоянная, ?о = 1,257. 10 - 6 [ ]? – относительная магнитная проницаемость среды. Таким образом: 1. Проводники расположены в магнитном поле гибкого магнитного полимера. 2. Локальные деформации микрофонного кабеля (вызванные вибрацией контролируемого заграждения) приводят к перемещению гибкого магнитного полимера относительно проводников. Это является причиной возникновения переменного магнитного поля, которое индуцирует напряжение в проводниках. 3. Величина индуцируемого напряжения зависит от: - скорости перемещения проводников в магнитном поле; - свойств полимерных магнитов и величины магнитного зазора; - числа проводников в кабеле; - размера локального участка кабеля, подвергшегося деформации. Блок обработки сигналаБлок обработки сигнала предназначен для: - обработки сигнала от чувствительного элемента; - формирования сигнала тревоги; - дистанционного контроля работоспособности трибоэлектрического извещателя. Обработка сигнала от чувствительного элемента включает в себя: - анализ частоты сигнала; - анализ амплитуды сигнала; - логическую обработку. При анализе частоты сигнала производится частотная фильтрация с помощью фильтров: - высокой частоты, обеспечивающим выделение признаков «перекуса» нарушителем проволочных элементов (сетки) ограждения; - низкой частоты, обеспечивающим выделение признаков преодоления нарушителем инженерного заграждения путем «перелаза». При анализе амплитуды сигнала производится амплитудная фильтрация с целью выделения признаков именно преодоления инженерного заграждения нарушителем, а не воздействия на заграждение различного рода механическими способами, которые можно рассматривать как помехи. Функциональная схема блока обработки сигнала представлена на рисунке 2.19.