Общие сведения о современных вибрационных средствах обнаружения

УЧЕБНЫЕ ВОПРОСЫ Физические принципы действия и чувствительные элементы ВСО. Методы выделения сигналов и подавления помех в ВСО. Особенности применения ВСО при охране объектов.

Учебный вопрос 1 Физические принципы действия и чувствительные элементы ВСО.

вибрационные средства обнаружения - средства, которые контролируют внешние воздействия на их чувствительные элементы, имеющие характер механических колебаний.

Чувствительный элемент ВСО - составной элемент, устанавливаемый непосредственно на контролируемом объекте и воспринимающий воздействие нарушителя или непосредственно или через элементы объекта с ним связанные механически. ЧЭ вибрационных средств обнаружения (ВСО) преобразуют механические колебания в электрические, они являются генераторами электрических сигналов, т.е. по характеру получения первичного сигнала они являются генераторными.

Вибрационные средства обнаружения ВСО генераторные контактно- электризуемые (Багульник, Арал-1, Дельфин, Крот) индукционные (Подснежник, Реалия) пьезоэлектрические (Лаванда, Гюрза) магнитометрические (Дрозд) параметрические волоконно- оптические (Ворон) Прямоконтактные (ДИМК, Окно-1)

Принципы получения первичного электрического сигнала в ВСО. В генераторных средствах обнаружения происходит непосредственное преобразование входной неэлектрической величины в электрический сигнал без подвода энергии. В параметрических средствах обнаружения входная преобразуемая величина вызывает изменение параметров самого преобразователя и вследствие этого создает изменение его выходной величины. Контактно-электризуемые, принцип действия основан на возникновении электрических зарядов на поверхности металла и диэлектрика при их взаимном механическом перемещении. Индукционные, принцип действия основан на использовании явления электромагнитной индукции. Пьезоэлектрические, использующие явление пьезоэлектрического эффекта возникновения электрических зарядов в диэлектриках за счет энергии воспринимаемых механических колебаний.

Принципы получения первичного электрического сигнала в ВСО. Магнитометрические, принцип действия основан на возникновении электрических зарядов в проводнике в постоянном магнитном поле Земли за счет энергии воспринимаемых механических колебаний. Прямоконтактные, механические колебания приводят к прямому обрыву или замыканию контрольной электрической цепи. Волоконно-оптические, принцип действия основан на изменении оптической проводимости световода при его механических колебаниях.

Принцип контактной электризации. Суть эффекта контактной электризации состоит в возникновении электрических зарядов на поверхности металла и диэлектрика при их взаимном механическом перемещении или иными словами возникновении разности потенциалов в месте нарушения контакта между металлом и диэлектриком.

d=10 -9 м диэлектрик металл Заряды на поверхности металла и диэлектрика.

Воздушный конденсатор при рассоединении поверхностей металла и диэлектрика. d диэлектрик металл d - расстояние между обкладками, м; σ - поверхностная плотность заряда, к/м ; ε0ε - диэлектрическая проницаемость промежутка, Ф/м.

Схема индукционного элемента Корпус 2- Элемент внесения затухания 3- Пружина

Принцип пьезоэлектрического эффекта. При изменениях первоначальной ориентации частиц в кристалле Например, вследствие действия внешней силы, на противоположных гранях кристалла появляются электрические заряды. Величина зарядов пропорциональна величине приложенной силы, а знак зарядов зависит от направления действия силы.

Схема пьезоэлектрического эффекта. Изгиб пьезоэлемента.

Классификация ЧЭ ВСО по форме крепления на конструкции: точечные (Лаванда, Подснежник, ДИМК, Гюрза, Реалия); протяженные (Багульник, Цикорий, Арал, Ворон, Дрозд, Крот). по форме диаграммы чувствительности: круговая (шаровая) (Подснежник, Реалия); "восьмеркой" (Лаванда, Гюрза); цилиндрическая (Багульник, Цикорий, Арал, Ворон, Дрозд, Крот). по конструктивному исполнению: провод (Дрозд); коаксиальный кабель (Багульник, Цикорий, Крот); многожильный кабель (Дельфин, Арал-1); волоконно-оптический кабель (Ворон); астатический маятник (Лаванда); свободноподвешенная масса (Подснежник, Гюрза, Реалия).

Устройство коаксиального кабеля: 1-защитное покрытие; 2-металлическая отметка внешний проводник); 3- изолятор из полимерного диэлектрика; 4-центральный проводник. Устройство коаксиального кабеля со спиралевидным центральным проводником: 1 - защитное покрытие; 2 - внешний проводник (оплётка); 3 - внутренний трубчатый изолятор; 4 - центральный проводник спираль из медной проволоки).

Устройство коаксиального кабеля КТМ-1,5/2 (ТУ16.К ): I. защитное покрытие. 2 - внешний провод ник(оплётка из медной проволоки); 3 - изолятор; 4 - внутренний проводник:, 5 - дополнительный центральный проводник в изоляции. Устройство коаксиального кабеля КТВУ. (ТУ16-К ): 1 - защитное покрытий; 2 - защитная оплётка из стальной проволоки; 3 - внешний изолятор; 4 - внешний проводник (оплётка из медной проволоки); 5 - внутренний изолятор трубка); 6 - центральный проводник (спираль из медной проволоки).

При вибрациях кабели генерируют электрические сигналы в низкочастотной области спектра от единиц Гц до нескольких сотен Гц Нормированные характеристики преобразования чувствительных элементов на базе контактно-электризуемых коаксиальных и многожильных кабелей типа: 1 - КТМ; 2-ТПП; 3 - РК-75; 4-П-274М; 5-КТВУ; 6 - РКШ-0,72.

Требования предъявляемые к промышленным образцам контактно- электризуемых ЧЭ должен обеспечиваться заданный коэффициент преобразования S в течение назначенного срока службы; неравномерность коэффициента преобразования механических воздействий в электрический сигнал по его длине не должна превышать допустимое значение

физическая сущность процесса преобразования механических колебаний в электрические сигналы 1-изолятор; 2-центральный проводник; 3-внешний проводник; 4-внешнее защитное покрытие. С1 - ёмкость конденсатора, образованного на участке рассоединения центрального проводника и изолятора; С2 - ёмкость конденсатора, образованного поверхностным зарядом на участке диэлектрика и областью внешнего проводника.

Учебный вопрос 2 Методы выделения сигналов и подавления помех в ВСО.

ИСТОЧНИКИ ПОМЕХ НА ВСО Природно-климатические: ветер; осадки; колебания температуры окружающей среды; влажность; грозовые разряды. Промышленные: промышленные электроустановки; ЛЭП; оборудование промышленного производства; проезжающий наземный транспорт; воздушный транспорт.

Методы выделения сигналов и подавления помех. конфигурационные методы, реализуемые путём различных вариантов пространственного расположения чувствительных элементов аппаратурные методы, использующие различные схемотехнические решения устройств обработки сигналов.

В основу конфигурационных методов подавления помех положено различие в воздействиях на ЧЭ средств обнаружения источников помех и нарушителя. метод симметричного пространственного расположения ЧЭ по отношению к блоку обработка сигналов (Б0С). В датчике "БАГУЛЬНИК" ЧЭ выполнен в виде 4-х отрезков одинаковой длины: по 2 отрезка на каждый канал. Отрезки ЧЭ одного канала прокладываются параллельно на левом фланге участка, а другого канала - соответственно на правом фланге. Такое расположение позволяет эффективно подавлять во входном дифференциальном устройстве БОС синфазные помехи, например, от источников электрических помех. В случае значительной протяжённости участка (l=500 м) и прокладке ЧЭ по одному флангу применяется метод перекрещивания отрезков ЧЭ, что улучшает подавление синфазной помехи.

Общий вид датчика «Багульник»: 1 - ограждение; 2 - УПИ; 3 - АСКЛ; 4, 7 - чувствительные элементы; 5, 6 - контрольные резисторы; 8 - соединительный кабель

Подавление сейсмических помех Объединение локальных ЧЭ. - сейсмодатчиков индукционного типа (система "ПОДСНЕЖНИК") или контактно-электризуемого типа ("ЦИКОРИЙ") в так называемые функциональные пары. Обработка выходных напряжений сейсмодатчиков одной из пар происходит одновременно. Сейсмодатчики одной пары, например, СД1, СДЗ или СД2.СД4 устанавливают на такие расстояния друг от друга и регулируют их чувствительность таким образом, что полезный сигнал от нарушителя может быть воспринят только одним датчиком функциональной пары.

Расположение сейсмодатчиков двух функциональных пар.

В основу аппаратурных методов положены признаки, которым помехи отличаются от полезных сигналов. а) частотой и амплитудой колебаний; б) длительностью импульсов огибающей; в) скоростью нарастания переднего фронта огибающей; г) частотой следования импульсов огибающей; д) количеством импульсов за время анализа информации; е) наличием или отсутствием синфазности колебаний с чувствительных элементов одного канала (одной функциональной пары); ж) совпадением или несовпадением по времени и амплитуде импульсов огибающей сигналов с чувствительных элементов одного канала (одной функциональной пары) или нескольких каналов (нескольких функциональных пар).

Обработка сигналов в вибрационных средствах обнаружения выделение и предварительная обработка аналоговых сигналов; преобразование аналоговых сигналов в дискретную форму; обработка дискретных сигналов.