11. Технические средства и системы защиты внешнего периметра объекта.
Тактика оснащения объектов периметральными системами охранной сигнализации должна тесно увязываться с оснащением объекта ограждением, которое призвано задержать проникновение на объект нарушителя на время, необходимое для реагирования лиц, осуществляющих охрану объекта с помощью периметральной системы сигнализации. Выбор конкретных типов периметральных систем охранной сигнализации производится в зависимости от: - наличия и вида ограждения (кирпичный забор, сетка рабица и т.п.); - наличия полосы отчуждения и её ширины; - протяженности периметра; - рельефа местности.
Для защиты периметров объектов рекомендуется использовать следующие виды периметральных систем охранной сигнализации, выполненные на основе: 1) Радиолучевых извещателей, представляющих собой двухблочные технические средства с разнесенными друг относительно друга передатчиком и приемником СВЧ-излучения. 2) Радиоволновых извещателей, представляющих собой специальную систему параллельных проводов, по которым осуществляется приемопередача излучения в определенном диапазоне волн. 3) Радиоволновых доплеровских извещателей. 4) Вибрационных извещателей. 5) Вибросейсмических извещателей. 6) Активных оптико-электронных инфракрасных извещателей. 7) Емкостных извещателей . 9) Проводно-обрывных извещателей . 10) Пассивных оптико-электронных инфракрасных извещателей. 11) Индуктивных извещателей, представляющих собой систему натянутых между опорами ограждения проводов, образующих индуктивную петлю.
В зависимости от принципа действия периметральные системы охранной сигнализации могут блокировать: - только периметры, имеющие заграждение (заборы): проводно-обрывные, емкостные, индуктивные, вибрационные ; - только периметры, не имеющие заграждения (заборов): пассивные и активные инфракрасные, вибросейсмические, радиолучевые; - периметры, имеющие и не имеющие заграждения (заборов): проводно-обрывные, радиоволновые, магнитометрические, линии вытекающей волны.
Периметральные системы охранной сигнализации, блокирующие периметры без ограждения целесообразно использовать для охраны особо важных объектов подгрупп АII (хранилищ с взрывчатыми материалами, денежных хранилищ и т.п.) и АI (ядерных реакторов, электростанций и т.п.) путем установки их перед основным ограждением для упреждения возможного проникновения на охраняемый объект (территорию). Наиболее эффективным из периметральных систем является применение магнитометрической системы, которая может применяться в условиях лесистой местности за счет того, что не реагирует на перемещение животных или людей, не имеющих металлических предметов (холодного или огнестрельного оружия, металлизированных элементов одежды).
Проводно-обрывные системы охраны имеют слабую защищенность от саботажа и как правило являются системами одноразового действия, поэтому их целесообразно применять только в комплексе с другими периметральными системами охранной сигнализации.
При оснащении объектов, имеющих ограждения (заборы), в качестве периметральных систем охранной сигнализации рекомендуется использовать в основном емкостные, радиолучевые, радиоволновые, вибрационные, вибросейсмические и пассивные или активные оптико-электронные инфракрасные извещатели.
На выбор типа периметральной сигнализации в первую очередь влияет её устойчивость к воздействию внешних климатических факторов, которые могут присутствовать на охраняемом объекте. Например, в условиях Беларуси применение активных инфракрасных извещателей связано со многими трудностями, поскольку снежные заносы, растительность, туман вызывают или ложные срабатывания, или отказ системы. Дальность действия пассивных оптикоэ-лектронных инфракрасных извещателей в условиях тумана или сильного снегопада уменьшается на 25-30 %. Поэтому на местности, где возможно появление туманов, расстояние между извещателями необходимо уменьшать, а в местах поворота периметра либо направлять извещатели встречно друг на друга, либо устанавливать сплошные щиты из досок, изготавливать другие преграды, чтобы компенсировать излишнюю дальность действия извещателей в ясную погоду.
Для дополнительного, визуального контроля, с целью повышения надежности и оперативности службы охраны по выявлению места и характера нарушения, целесообразно применять системы видеонаблюдения. При этом периметр должен оборудоваться охранным освещением с дистанционным управлением из помещения охраны и с автоматическим включением при регистрации тревожных сигналов. С целью оперативного оповещения о нарушении на участках периметра и отдачи распоряжений по его пресечению, рекомендуется предусматривать громкоговорящую и телефонную связь из расчета одна точка на каждом блок-участке. На контрольно-пропускных пунктах объектов, оборудуемых по периметру, необходима установка светоплана периметра с автоматическим высвечиванием участка, на котором произошло нарушение.
Потенциальная восприимчивость основных видов периметральных систем сигнализации к некоторым видам внешних факторов. Внешний фактор Принцип действия периметральных систем сигнализации Радио- лучевые Радио- волновые Вибраци-онные Вибросейсми-ческие Инфракрасн. активные Температура среды слабое влияние слабое влияние значительное влияние значительное влияние значительное влияние Ветер слабое влияние значительное влияние - - - Дождь - слабое влияние - - - Гроза слабое влияние слабое влияние - - - Град - - - - - Высота снежного покрова значительное влияние значительное влияние - значительное влияние значительное влияние Обледенение значительное влияние слабое влияние - - - Туман - - - - значительное влияние Пыль динамическая - - - - слабое влияние Прямой сол-нечный свет - - - - слабое влияние Переменная облачность - - - - - Неровность грунта значительное влияние слабое влияние - - - Вид грунта значительное влияние значительное влияние - - - Высота травы значительное влияние слабое влияние слабое влияние - - Промышлен-ные помехи значительное влияние значительное влияние слабое влияние - слабое влияние Связные радиостанции - значительное влияние - - - Движение транспорта - - значительное влияние значительное влияние - Промышлен-ная вибрация значительное влияние значительное влияние значительное влияние слабое влияние значительное влияние Крупные животные - - - - слабое влияние Мелкие животные слабое влияние слабое влияние - - значительное влияние Птицы - - - - -
КОНТРОЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ 2
1. Рассчитать паразитную емкость связи между двумя проводниками.
Дано: Ширина проводника b = 0,5 см = 0,005 м; Расстояние между проводниками a = 0,2 см = 0,002 м; Длина проводников L = 500 см = 5м; Относительная диэлектрическая проницаемость ε = 3;
Решение: Между двумя электрическими цепями (элементами, узлами, средствами), находящимися на некотором расстоянии друг от друга, могут возникать нежелательные электромагнитные связи. Наличие таких связей приводит к тому, что сигналы, циркулирующие в одной цепи (в цепи источника наводки), появляются в другой электрической цепи (в цепи приемника наводки). Основными путями возникновения нежелательных связей являются: - ближнее электрическое поле; - ближнее магнитное поле; - электромагнитное поле излучения. При конструировании технических средств обработки информации в случае использования параллельных проводников емкость связи определяется по формуле:
Электрическая постоянная εо = 8,854∙10-12 Ф/м
Ответ: ССВ = 1,59•10-10 (Ф)
2. Определить коэффициент паразитной (непосредственной) емкостной связи. Дать анализ полученного значения. Дано: Частота напряжения источника наводки f = 5103 Гц; Сопротивление нагрузки приемника наводки Zпн = 5 кОм; Паразитная емкость связи Спар = ССВ = 1,59•10-10 Ф; (из задачи №1)
Решение: Схема возникновения емкостной паразитной связи:
Если тело А имеет напряжение Еин относительно корпуса, то на теле В, связанном с телам А малой паразитной емкостью Спар и являющемся ПН, возникает напряжение Uпн, величина которого определяется соотношением между емкостным сопротивлением хпар=1/jωСпар и входным сопротивлением ПН Zпн. Комбинация из этих двух сопротивлений является простейшим делителем, к которому сводиться любая емкостная ПС. Так как всегда xпар>>Zпн, то напряжение Uпн =ЕинZпн/xпар и коэффициент паразитной емкостной связи можно найти по формуле:
βе = Uпн/Еин = Zпн/xпар= ω∙Спар ∙ Zпн , где ω = 2πf; Отсюда следует, что влияние емкостной ПС тем больше, чем выше рабочая частота, если Zпн не падает с повышением частоты.
Решение: Экранированием называется локализация электромагнитной энергии в определенном пространстве за счет ограничения распространения ее всеми возможными способами. Из этого определения следует, что в понятие экрана входят как детали механической конструкции, так и электротехнические детали фильтрующих цепей и развязывающих ячеек, ибо только их совместное действие дает необходимый результат. Экранирование низкочастотных магнитных полей часто называют магнитостатическим. Экраны изготовляют из ферромагнитных материалов (пермаллоя или стали) с большой относительной магнитной проницаемостью µr. Линии магнитной индукции проходят в основном по стенкам такого экрана, которые обладают малым магнитным сопротивлением по сравнению с воздушным пространством внутри экрана. Качество экранирования магнитных полей зависит от магнитной проницаемости экрана и сопротивления магнитопровода, которое будет тем меньше, чем толще экран и чем меньше в нем стыков и швов, идущих поперек направления линий магнитной индукции.
Процесс экранирования магнитостатического поля магнитным экраном:
Эквивалентные схемы для расчета эффективности экранирования:
при отсутствии экрана с применением экрана
Здесь введены следующие обозначения: Rb1 и Rэ — магнитное сопротивление области пространства, имеющей площадь поперечного сечения S1, при отсутствии и наличии экрана соответственно; Rb2 — магнитное сопротивление экранируемой области пространства, име¬ющей площадь поперечного сечения S2. Эффективность экранирования для такого экрана определяется выражением:
где µ— относительная магнитная проницаемость материала экрана;
S=S1+S2. Если экран выполнен из немагнитного материала с относительной магнит¬ной проницаемостью µ=1 (медь, латунь, алюминий), то он не оказывает на магнитное поле источника наводки никакого влияния и эффективность экранирования будет равна нулю. Если же экран изготовлен из ферромагнитного материала (пермаллой, сталь) с большим значением относительной магнитной проницаемости µ, то магнитный поток замыкается в основном на стенки экрана, имеющего мень¬шее магнитное сопротивление по сравнению с магнитным сопротивлением воздушного пространства, занятого экраном. Полагая S1<<S2
Магнитостатическое экранирование используется при необходимости по¬давить наводки на низких частотах от 0 до 3—10 кГц . Основные требования, предъявляемые к магнитостатическим экранам, можно сформулировать следующим образом: 1. Магнитная проницаемость μа материала экрана должна высокой. 2. Увеличение толщины стенок экрана приводит к повышению эффективности экранирования. 3. Заземление экрана не влияет на эффективность магнитостатического экранирования. 4. Экран такой конструкции используется редко, только при необходимости подавить наводку на частотах 0…1 кГц. В этом диапазоне эффективность экрана от частоты не зависит. Ее можно приближенно определить по уравнению
где: δэкр — толщина стенок, экрана; D — диаметр эквивалентного сферического экрана, близкий к длине стенки кубического экрана.
Подставив данные, получим:
Э = 1 +1 • 0,3/20 = 1,015, или А = 20∙lg1,015 = 0,13 дБ,
Так как экран выполнен из латуни (немагнитного материала) с относительной магнит¬ной проницаемостью µ=1, то он не оказывает на магнитное поле источника наводки никакого влияния и эффективность экранирования примерно равна нулю. Ответ: Э = 1,015. 4. Пояснить принцип и определить эффективность экранирования высокочастотного магнитного поля. Дать анализ полученного значения. Дано: Частота напряжения источника наводки f = 104 Гц; Материал экрана – алюминий (удельная проводимость σ = 33•103 см•см3); Толщина стенки экрана, δэкр = 0,5 мм = 0,05 см; Диаметр экрана D = 10 мм = 1 см;
Решение: В конструкции электромагнитных, экранов применяют немагнитные и ферромагнитные металлы. Вихревые токи, наведенные полем ИН в теле экрана, вытесняют внешнее поле из пространства, занятого экраном (рис. 1).
а. б. в.
Рис. 1 Схема действия высокочастотного экрана: поле ИН (а), поле цилиндра (б), суммарное поле (в)
Экранирование методом вытеснения (компенсации) магнитного поля полем вихревых токов в экране основано на использовании явления электромаг¬нитной индукции. Переменное магнитное поле, пронизывая экран, индуцирует в нем ЭДС, которая, в свою очередь, вызывает вихревые токи в экране. Эти токи создают вторичное магнитное поле, направленное в защищаемой экраном области навстречу воздействующему на экран полю. Результирующее магнитное поле внутри экрана оказывается ослабленным, а за пределами экрана усиленным. Таким образом, происходит вытеснение поля из защищаемой области во внешнюю область пространства, а, следовательно, и экранирование рабочего объема экрана от внешнего магнитного поля. С увеличением частоты магнитного поля распределение вихревых токов по сечению материала экрана становится все более неравномерным, т.е. проявляется поверхностный эффект, при котором происходит сосредоточение вихревых токов в поверхностных слоях экрана и ослабление переменного магнитного поля при проникновении его в толщу экрана. Чем выше частота магнитного поля, тем меньше глубина проникновения. Следовательно, экранирование магнитного поля обусловлено, во-первых, компенсацией этого поля магнитным полем вихревых токов, и, во-вторых, ослаблением магнитного поля при про¬никновении в толщу стенок экрана. До тех пор пока толщина стенок экрана меньше глубины проникновения (для низких частот), основную роль играет компенсация поля. С повышением частоты, когда толщина стенок экрана становится больше глубины проникновения, решающим может оказаться ослабление поля при проникновении его в толщу стенок экрана. Так как с ростом частоты магнитного поля глубина проникновения уменьшается, то уменьшается и магнитопроводимость экрана, которая зависит от габаритных размеров и магнитной проницаемости материала экрана. В этих условиях из-за существенного уменьшения эквивалентной толщины стенок экрана явление шунтирования магнитного поля не проявляется. Поэтому для обеспечения экранирования на высоких частотах в качестве материала экранов часто приме¬няют немагнитные материалы. Определим эффективность экранирования немагнитного экрана для диапазона частот, в котором поверхностный эффект можно не учитывать, считая, что толщина экрана много меньше глубины проникновения, т.е. d <<δ. С увеличением частоты магнитного поля источника наводки d>δ необходимо учитывать поверхностный эффект. В этом случае экран можно представить в виде ряда последовательно включенных экранов каждый из которых образует короткозамкнутый виток, связанный с остаточным магнитным потоком соседнего витка. В результате величина остаточного взаимосвязанного магнитного потока в экране уменьшается от слоя к слою, что позволяет рассматривать отдельные слои экрана как Г-образные звенья фильтров. Таким образом, эффективность экранирования высокочас¬тотного магнитного поля определяется потерями за счет поглощения и за счет отражения или компенсации полем вихревых токов в экране. Из-за поверхностного эффекта плотность тока и напряженность магнитного пола падает по экспоненциальному, закону па мере углубления в металл: , — показатель уменьшения, доля в тока, называемый эквивалентной глубиной проникновения (табл. 1). На глубине х = δ плотность тока и напряженность магнитного поля падает в е раз, т. е. до величины 1/2,72 = 0,37 от плотности и напряженности на поверхности. Экранирующее действие вихревых токов определяется двумя факторами: обратным полем, создаваемым токами, протекающими в экране, и поверхностным эффектом в материале экрана. На высоких частотах, при относительно большой толщине материала экрана δэкр > δ действуют оба фактора и эффективность экрана можно определить по приближенному уравнению (1) На низких частотах, когда δэкр < δ, поверхностный эффект незначителен, действует почти только первый фактор и эффективность рассчитывают по уравнению (2) В уравнениях (1) и (2) приняты следующие обозначения: µ = µ0µr — магнитная проницаемость; µ0 = 1,256•10-8 Г•см-1 — магнитная постоянная; µr — относительная магнитная проницаемость; δэкр — толщина стенок экрана, см; D — ширина прямоугольного экрана или диаметр цилиндрического и сферического, см; ω =2πν — угловая частота; ν — частота, Гц; σ — проводимость, См•см3; m — коэффициент формы экрана, для прямоугольного m = 1, для цилиндрического m = 2 и для сферического m = 3. Введение в формулы (1) и (2) множителя т позволяет использовать их также для расчета эффективности плоских и сферических экранов. Для этого при расчете эффективности плоского экрана следует заменить радиус экрана по¬ловиной расстояния между стенками экрана а/2 и положить т = 1, для цилиндрического экрана принять т = 2. При изготовлении экрана из немагнитного металла (μ = 1) экранирующий эффект на высоких частотах определяется проводимостью материала и частотой магнитного поля источника наводки. Если экран выполнен из магнитного материала, то при прочих равных условиях магнитным полем источника на¬водки в нем наводится большая ЭДС из-за большей концентрации магнитного потока. Это приводит к увеличению вихревых токов в экране при одинаковых проводимостях материалов, к большим потерям на поглощение и, следова¬тельно, к лучшему экранированию.
По таблице 2[1] находим ЭГП δ(для алюминия на частоте f = 104 Гц) = 0,88 мм; так как δэкр/δ = 0,5/0,88 = 0,05, то можно пользоваться формулой для случая δэкр < δ.
После подстановки получим:
А = 20∙lg1,052 = 0,43 дБ
Глубина проникновения для различных металлов в области высоких частот достаточно мала. Следовательно, экран из любого металла сравнительно небольшой толщины действует достаточно эффективно.
Ответ: Э = 1,052.
5. Пояснить принцип фильтрации и определить эффективность фильтрации RC фильтра нижних частот. Дать анализ полученного значения.
Дано: Частота напряжения источника наводки f = 3 МГц = 3•106 Гц; Количество ячеек (звеньев) – 2; Емкость параллельной цепи С = 0,047мкФ = 0,047•10-6 Ф; Сопротивление последовательной цепи R = R1 = R3 = Rин = 30 Ом;
Решение: В целях фильтрации в технических средствах систем информатизации и связи широко используют различные фильтры (нижних и верхних частот, полосовые, заграждающие и т.д.). Основное назначение фильтра — пропускать без значительного ослабления сигналы с частотами, лежащими в рабочей полосе частот, и подавлять (ослаблять) сигналы с частотами, лежащими за пределами этой полосы. Фильтр, у которого полоса прозрачности простирается от ω = 0 (постоянный ток) до некоторой граничной частоты ωо, называется фильтром нижних частот (ФНЧ). Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) идеального ФНЧ — (сплошная линия) в координатах а(ω) и К(ω), где а и К — затухание и коэффициент передачи фильтра соответственно:
Для частот ω €[0, ωгр ] фильтр совершенно прозрачен (а = 0, К = 1), а частоты ω > ωгр абсолютно не пропускает (а →∞ , К = 1). Реальный ФНЧ не может иметь такой АЧХ. Ее следует рассматривать как предел, к которому в той или иной степени можно стремиться. Реальная АЧХ ФНЧ имеет вид, представленный пунктирной линией. Последовательная ветвь ФНЧ должна иметь ничтожное сопротивление для постоянного тока и нижних частот. Вместе с тем для того, чтобы высшие частоты задерживались фильтром, последовательное сопротивление должно расти с частотой. Этим требованиям удовлетворяет индуктивность L. Параллельная ветвь ФНЧ, наоборот, должна иметь малую проводимость для низких частот, для того чтобы токи этих частот не шунтировались параллельным плечом. Для высоких частот параллельная ветвь должна иметь большую проводимость, тогда колебания этих частот будут ею шунтироваться, и их ток на выходе фильтра будет ослабляться. Таким требованиям отвечает емкость С.
Определить эффективность фильтрации двухъячеечного фильтра, представленного на рисунке, можно по формуле: ЭФ = Zl /Z2 - Z3/Z4 ; ЭФ = Rин ωC • RωC = R2ω2 C2 = 302 •(2π)2 •32 •1012 • 0,0472 • 10 -12 = 706,23;
А = 20lg429,5 = 56,98 дБ.
Ответ: ЭФ = 706,23.
Литература:
1. «Теория систем безопасности», методическое пособие для студентов специальности ТОБ заочной формы обучения. Минск , 2007г.
2. Электронный учебно-методический комплекс по курсу «Теория систем безопасности»
