Evolutia Tehnologica Si Dezvoltarea Software Si Hardware

aCAPITOLUL I. Noțiuni introductive

I.1. Motivația alegerii temei

Ritmul alert de dezvoltare a societății, coroborat cu evoluția tehnologică și dezvoltarea software și hardware și implicit dezvoltarea simțului proprietății au generat necesitatea dezvoltării sistemelor de securitate.

Nevoia de securitate, pornind de la securitatea personală și a bunurilor personale până la protejarea bunurilor și informațiilor organizațiilor, mi-au stârnit interesul pentru studierea acestui domeniu.

Am urmat cursuri de specializare în domeniul sistemelor de securitate și în acest fel problematica vastă și provocatoare m-a condus la înființarea unei societăți comerciale specializată în proiectarea, instalarea și întreținerea sistemelor de securitate.

Activitatea desfășurată în cadrul acestei societăți mi-a conturat clar dorința de a studia amănunțit problematica acestui domeniu. În urma aprofundării cunoștințelor legate de sistemele de securitate am considerat că pot trata aspecte din acest domeniu în prezenta lucrare. Abordarea problematicii securității ca un tot unitar generează elaborarea proiectelor de sisteme integrate de securitate care în acest moment constituie una din abordările avansate ce răspund nevoilor de securitate. Astfel am decis să tratez aspectele ale echipamentelor de detecție utilizate în sistemele de securitate.

I.2. Importanța temei

Securitatea în definiție generală reprezintă una dintre necesitățile primare ale individului extinsă la diferite nivele organizaționale. Sistemele electronice de securitate reprezintă unul dintre elementele de bază ale conceptului de securitate. Sistemele electronice de securitate pot fi definite ca un ansamblu de dispozitive ce detectează și semnalizează o intruziune sau o stare de pericol asociată intrării neautorizate în spațiul protejat.

Odată cu dezvoltarea capacității de prelucrare a informațiilor și a tehnologiilor de comunicație s-au dezvoltat funcțiile de bază ale sistemelor de securitate astfel încât, în prezent, pot fi monitorizate din ce in ce mai mute tipuri de evenimente ce descriu potențiale situații de pericol. Domeniul de aplicație este extrem de vast, de la aplicații rezidențiale la sisteme profesionale de înaltă securitate.

În funcție de particularitățile obiectivului protejat gradul de complexitate al unui sistem poate varia foarte mult, însă principiile care stau la baza unui sistem electronic de securitate sunt aproape întotdeauna aceleași.

Asigurarea securității nu este apanajul exclusiv al sistemelor de securitate electronică, pentru realizarea acestui deziderat este necesară îmbinarea următoarelor elemente:

Realizarea detecției

Evaluarea alarmei

Întârzierea acțiunii intrusului prin masuri de securitate mecanice.

Asigurarea intervenției

I.3. Obiectivele lucrării

Cunoscând complexitatea acestui domeniu, mi-am propus ca prin lucrarea de fată să pot pune la dispoziția celor interesați o prezentare detaliată, care poate constitui un punct de plecare pentru aprofundarea problematicii.

Drept modalitate de aprofundare am ales prezentarea detaliată a diferitelor tipuri de senzori utilizați în sistemele de securitate.

Aspectul practic al implementării senzorilor în sistemele de securitate mi-am propus să-l concretizez prin detalierea modului de utilizare și funcționare a senzorilor în diferite locații.

CAPITOLUL II. Prezentare teoretică

II.1. Conceptul de sisteme de detecție

Într-o lume în care insecuritatea, nesiguranța și instabilitatea atinge numeroase aspecte ale vieții cotidiene (sociale, economice, politice, militare, ș.a.), acțiunile practice pentru obținerea regimului normal de funcționare pentru un sistem de orice natură au fost asociate cu susținute eforturi teoretice pentru definirea și implementarea unor concepte noi în materie de securitate.

Sunt de utilitate curentă sintagmele: securitate oportună, suficientă, totală, maximală, absolută, optimă, durabilă, minimală sau vitală. Cu argumentul experienței specialiștii în domeniu au optat pentru conceptul de securitate deplină care reunește atributele de complexitate și responsabilitate, aduce rezolvări echilibrate la atacuri și accidente, realizează condițiile de absolută necesitate impuse prin legi, norme sau standarde. [1]

Mecanismul de securitate reprezintă elementul pragmatic al strategiei de securitate și care, în funcție de complexitatea și ierarhizarea sa, se manifestă sub una din următoarele forme: pachet de măsuri, cu soluții tehnice și organizatorice parțiale, de domeniul anilor ‘70; mecanism integrat de securitate, reunind măsuri, echipamente și forte umane organizate profesional; sistem de securitate, cu caracteristici specifice teoriei sistemelor și funcții de previziune și adaptabilitate. [2]

II.2. Necesitatea echipamentelor de detecție

Supravegherea oricăror acțiuni este necesar să înceapă de la analiza tuturor factorilor de risc care o pot influența. Această acțiune trebuie sa cuprindă atât identificarea factorilor de risc potențiali, cât și a măsurilor de prevenire sau de minimizare a efectelor. Măsurile de acest fel trebuie să tina cont de factorii economici și organizatorici, de determinare a cuantumului pierderilor sau alte daune posibile, respectiv de cheltuielile necesare pentru implementarea măsurilor de protecție respective. [1]

O dată stabiliți factorii de risc, managementul supravegherii presupune și stabilirea cerințelor concrete rezultate din analiza factorilor de risc necesare pentru asigurarea securității obiectivului.

Factorii de risc luați în calcul, trebuie să prevină, în primul rând, pierderile materiale sau nemateriale.

Pierderile de orice natură pot fi provocate, fie de distrugeri voluntare sau involuntare, fie datorită unor sustrageri sau altor acte voite de distrugere.

Cauzele naturale care trebuie luate în considerare sunt incendiile, cutremurele, inundațiile etc.

Măsurile de prevenire în aceste situații pot fi:

Constructive – clădiri și instalații potrivite pentru preîntâmpinarea acestora;

Organizatorice – stabilirea de planuri prealabile de acțiune pentru eliminarea urmărilor acestor evenimente;

Compensatorii – asigurări;

Resurse umane – pregătirea personalului pentru combaterea și minimizarea efectelor produse.

Distrugerile din cauza neglijenței pot apare datorită lipsei unor dotări adecvate ori absenței unor măsuri organizatorice și procedurale sau din cauza unor carențe educative. Efectele neglijenței pot conduce la pierderi și distrugeri de bunuri și informații, influențarea negativă a angajaților sau colaboratorilor, la știrbirea imaginii publice etc.

Măsurile care trebuie luate pentru diminuarea efectelor sau prevenirea pierderilor sunt de aceiași natură cu cele luate pentru limitarea pierderilor produse din cauze naturale.

Cele mai numeroase evenimente sunt produse însă de acte criminale: sustrageri, distrugeri voluntare, atacuri, sabotaje ș.a. [2]

Un sistem de supraveghere optim trebuie să tina cont de o serie de factori care permit prevenirea evenimentelor și minimizarea efectelor negative:

Mobilul autorului (câștig propriu direct sau indirect, material ori moral);

Manifestările posibile (distrugeri sau sustrageri de bunuri sau informații, dereglarea procesului normal de funcționare al instituției, influențe negative asupra angajaților proprii datorită bănuielilor, afectarea imaginii publice);

Factori favorizanți (procedurali, organizatorici, constructivi, lipsa instalațiilor de supraveghere și control, de dotare, materiali, manageriali);

Autorul posibil al evenimentului:

– angajat propriu sau străin;

– singur, cu complice din interior ori în grup;

– dotare de amator, complexă sau specială;

Zonele vitale (valoarea bunurilor sau informațiilor din diferite zone, vulnerabilitatea canalelor de comunicație, vulnerabilitatea personalului propriu);

Formele de atac posibile:

– vulnerabilitatea zonelor vitale (atac în forță sau pătrundere discretă, accesibilitate, căi de acces, personal și dotări existente pentru protecție, proceduri de funcționare și pază);

– programul de lucru al zonelor vitale (atac de zi sau de noapte).

Evitarea actelor criminale trebuie să pornească de la cunoașterea situațiilor de risc care se pot produce, de exemplu: sustrageri de materiale sau bani, accese neautorizate, sabotaje sau atacuri din partea unor angajați proprii sau străini etc. Pentru fiecare din aceste cauze se stabilește o configurație optimă a sistemului, zonele expuse atacului ori punctele vulnerabile din sistemul de supraveghere, în final ajungându-și la un compromis care să satisfacă cât mai multe cerințe de securitate în condițiile unor costuri minime. [2]

II.4. Tipuri de echipamentelor de detecție

II.4.1. Echipamente de detecție utilizate în sistemul antiefracție

Sistemele de detecție și alarmare la efracție sunt sisteme electronice cu rolul de a detecta încercările de pătrundere neautorizate într-o zonă protejată.

În esență, rolul unui sistem de supraveghere constă în patru componente: a descuraja, a detecta, a documenta și a împiedica sau întârzia orice încercare de pătrundere în obiectivul sau în zona protejată.

Cu excepția unei mari varietăți de obiective industriale sau de interes deosebit care necesită supraveghere perimetrală, mai există o serie de facilități militare, diplomatice, economice cu aceleași cerințe. Multe din acestea, datorită caracteristicilor în permanentă schimbare, necesită o abordare dinamică și pragmatică a supravegherii interioare și perimetrale.

În ceea ce privește supravegherea interioară a obiectivelor, numărul de aplicații posibile este mult mai mare, conținând pe lângă obiectivele enumerate anterior, orice altă țintă civilă sau militară de interes pentru activități criminale: depozite, magazine, parcuri auto, camere de valori, apartamente și locuințe, autovehicule etc. [5]

Detectoarele uzuale în sistemele de detecție și alarmare la efracție sunt :

Detector pasiv cu infraroșu (PIR)

Senzori fotoelectrici pentru interior

Senzori cu microunde

Detector de vibrații

Senzori audio

Detectoare de vibrații pentru împrejmuiri

Senzori electrostatici

Senzori capacitivi

Senzori hidrostatici

Senzori cu geofoni

Senzori ultrasonici pasivi

Senzori ultrasonici activi [1]

II.4.2. Echipamente de detecție utilizate în sistemul anti incendiu

Administrarea patrimoniului trebuie realizată ținând cont și de responsabilitățile rezultate din protejarea și conservarea clădirilor, obiectelor de valoare, persoanelor, etc. Este necesară o grijă permanentă pentru a minimiza efectele adverse produse de climă, poluare, insecte, efracții, acte de vandalism sau de incendii.

Datorită vitezei și forței distructive a focului, incendiul constituie una din cele mai serioase amenințări. Bunurile vandalizate sau distruse de intemperii mai pot fi reparate, dar obiectele distruse de incendiu sunt pierdute definitiv.

Stingerea unui incendiu presupune identificarea corectă a cauzelor care l-au declanșat, avertizarea persoanelor aflate în zonă și a echipelor de intervenție, urmate de acțiunile propriu-zise de limitare ale sinistrului. Adesea, acestea sunt funcțiunile îndeplinite de un sistem de detectare, alarmare și stingere a incendiilor.

Înainte de a prezenta sistemele automate de detectare și stingere a incendiilor, este benefică cunoașterea efectelor care conduc la dezvoltarea și comportamentul incendiului.

Arderea este o reacție chimică, însoțită de degajare de gaze, căldură și câteodată lumină, în care un material, denumit carburant, reacționează cu oxigenul din atmosferă, denumit comburant, într-un proces de combustie.

Bunurile care trebuie protejate sunt, de foarte multe ori, combustibile. O listă exhaustivă a acestora este greu de realizat dar sunt amintite câteva din aceste materiale: unele materiale de construcție, tapetul, podeaua, izolațiile instalațiilor electrice, mobilierul, cărțile, suporți magnetici de date, unele substanțe chimice ș.a. În principiu, orice material care conține lemn, materiale plastice, hârtie, țesături sau lichide combustibile este un carburant potențial. De asemenea, și alte materiale conțin surse potențiale de incendiu, incluzând aici obiectele, acțiunile sau procesele care degajează căldură: instalațiile electrice, sistemele de încălzire clasice sau de climatizare, obiectele electrocasnice etc.

Toate acestea reprezintă o serie de surse accidentale de combustibili pentru incendii. Însă, din păcate, incendierea voluntară este una din cele mai vechi activități umane, fiind obligatorie luarea în considerare a acestei cauze la planificarea activităților de protecție împotriva incendiilor.

Incendiul poate fi declanșat când o sursă de aprindere (o scânteie, un obiect fierbinte etc.) intră în contact cu un combustibil. Ca urmare a acestui contact, un incendiu accidental tipic începe lent, procesul durând de la câteva minute la câteva ore în funcție de tipul și aranjamentul materialelor inflamabile, cantitatea disponibilă de oxigen. În această perioadă cantitatea de căldură crește lent, totodată producându-se și cantități reduse de fum; mirosul caracteristic de fum este prima indicație a incendiului în curs de dezvoltare.

Pentru limitarea pierderilor este esențial ca incendiul să fie detectat în această fază de către sistemele de detecție sau de persoanele aflate întâmplător în zonă, detecție urmată, bineînțeles, de intervenția echipelor specializate în controlul incendiilor.

La finalul fazei incipiente, căldura generată este suficient de mare astfel încât va declanșa incendiul cu flacără deschisă, vizibilă. După apariția flăcărilor, incendiul se schimbă dintr-o situație relativ minoră, într-un eveniment grav, cu o creștere rapidă a flăcărilor și temperaturii.

Temperatura la nivelul tavanului poate depăși 1000°C, producându-se și arderea materialelor care, aparent, nu sunt inflamabile. În acest moment, încăperea este distrusă complet, supraviețuirea eventualelor persoane fiind deja imposibilă; fumul este degajat în cantități foarte mari (câteva sute de metri cubi pe minut) astfel vor fi îngreunate eventualele măsuri de salvare.

Dacă imobilul este ignifugat, căldura și flăcările vor consuma tot combustibilul și incendiul se va stinge de la sine. Dacă pereții sau plafoanele nu sunt corect proiectate împotriva incendiilor, focul se poate împrăștia și la încăperile sau clădirile vecine. Dacă incendiul este în continuare necontrolat, efectul final constă în distrugerea totală a clădirii și a obiectelor din interiorul său.

În concluzie, combaterea cu succes a incendiului este dependentă de stingerea sa înainte sau imediat după începerea combustiei cu flacără deschisă. În această perioadă, o persoană pregătită, dotată cu un simplu stingător, este capabilă să neutralizeze pericolul. Fără un răspuns prompt, focul crește rapid iar posibilitățile proprii de limitare a incendiului sunt depășite. Ca urmare, este esențial ca orice instituție să aibă, ca rezervă, cel puțin două soluții: anunțarea rapidă a pompierilor și instalarea unui sistem automat de detectare și stingere a incendiilor.

Detectoarele uzuale în sistemele de detecție a incendiilor sunt:

Detector de fum optic

Detector de căldură static

Detector cu rată de creștere

Detector multisenzor

Detector linear de fum

Detector de flacără

II.4.3. Senzori utilizați în sisteme de supraveghere video

Sistemele de supraveghere video sunt din ce în ce mai răspândite, drept urmare în decursul dezvoltării camerelor de supraveghere s-au utilizat diverse tehnologii pentru senzorul acestora printre care senzorii de lumină CCD și CMOS.

În cadrul capitolului III voi detalia modul de funcționare a celor doua tipuri de senzori CCD și CMOS.

CAPITOLUL III. Prezentare tehnică

III.1. Echipamente de detecție utilizate în sistemul integrat de securitate

III.1.1. Generalități

Integrarea diferitelor tipuri de senzori. în sisteme electronice de supraveghere este un subiect de baza al proiectării sistemelor de securitate și este îndeplinit optim dacă este considerat ca parte integrantă a acțiunii de proiectare a sistemului, a instalării și utilizării. Un aspect important care trebuie luat în considerare este faptul că majoritatea senzorilor au destinație clara fie pentru aplicații de exterior, fie pentru aplicații interioare.

Un alt punct important în alegerea tipului de senzor ce se utilizează într-o aplicație sunt factori externi ce pot influența funcționarea acestora. [1]

III.1.2. Importanța sistemului integrat de detecție

O importanță semnificativă pentru realizarea unui sistem performant îl are integrarea alături de senzorii antiefracție a echipamentelor pentru controlul și admiterea accesului, a senzorilor de detectare a incendiilor etc..

In zilele noastre, sistemele inteligente de securitate au rolul de a decide accesul în zonele restricționate, de a proteja informațiile sensibile, de a genera rapoarte de administrare și management și în general de a asigura nevoile din ce în ce mai crescânde ale unui departament de securitate, menținând, în același timp, costurile la un nivel acceptabil.

Rolul de baza al sistemului de securitate integrat este dea oferi posibilitatea realizării unui dispecerat propriu al sistemului integrat prin intermediul căruia se monitorizează concomitent activitatea tuturor subsistemelor instalate.

III.1.3. Soluții tehnologice

Dezvoltarea explozivă a tehnologiei a permis producerea unor dispozitive flexibile, capabile să fie integrate în echipamente extrem de diverse, care permit proiectarea unor sisteme de supraveghere apte să îndeplinească orice cerință specifică

III.2. Echipamente de detecție utilizate în sistemul antiefracție

III.2.1. Structura sistemului antiefracție

Sistemele de detecție și alarmare la efracție sunt sisteme electronice cu rolul de a detecta încercările de pătrundere neautorizate într-o zonă protejată.

Un sistem de detecție și alarmare la efracție este alcătuit din:

Centrală de alarmă;

Senzori de detecție care au rolul de a detecta și genera alarma (detector de mișcare, detector de geam spart, contact magnetic etc.);

Sirene de avertizare;

Tastatura de comandă și control a sistemului;

Aplicație de management care înregistrează și emite rapoarte despre starea sistemului. [2]

III.2.2. Date tehnice detectori

Senzorii sunt o componenta tehnică a sistemelor de alarmare care pot determina cantitatea măsurată a proprietăților fizice cum ar fi radiații la diferite lungimi de unda: radiații termice, radiații electromagnetice.

Toate obiectele cu temperatura peste 0 absolut emit energie sub forma de lumină. De obicei aceasta radiație luminoasa este invizibilă ochiului uman din cauza temperaturilor mici care radiază la lungimi de undă infraroșii. Această energie poate fi detectată de senzori electronici proiectați pentru această aplicație.

III.2.2.a. Detector pasiv cu infraroșu (PIR)

După cum arată și numele, senzorii PIR sunt pasivi, adică dispozitivul nu emite nici un fel de energie, el doar ascultă mediul înconjurător pentru interceptarea formei de câmp energetic la care este sensibil.

Majoritatea senzorilor PIR sunt sensibili în banda de frecvență corespunzătoare emisiei IR a corpului uman, adică în bandă 7÷14μm.

Fig. III.1. Senzor PIR cu montare orizontală

Senzorii PIR nu măsoară cantitatea de energie recepționată ci doar modificările rapide ale profilului termic. Cu alte cuvinte, PIR detectează imagini fierbinți în infraroșu sesizând contrastul între imaginea caldă și fondul rece.

Zona de protecție este împărțită într-o multitudine de zone poligonale, semănătoare cu o tablă de șah (similar cu figura III.1. pentru un senzor orizontal sau figura III.2. pentru un senzor parietal), alarma fiind declanșată în momentul în care o sursă caldă traversează două sectoare adiacente sau trece prin același sector, de două ori, într-un timp specificat.

În figura III.3. este arătat aspectul tridimensional al unui zonelor poligonale al unui senzor montat parietal. [1]

Toate caracteristicile prezentate sunt pur orientative, în lume existând mii de tipuri de senzori PIR, fiecare cu proprietăți și caracteristici distincte.

Măsurarea modificării profilului termic al zonei supravegheate se face prin intermediul unui circuit de diferențiere analogic. Viteza de modificare la care este setat circuitul, permite eliminarea schimbărilor termice lente produse de fenomene naturale, dispozitivul reacționând numai la salturi bruște ale temperaturii produse, de exemplu, de deplasarea unei persoane.

Împărțirea zonei protejate în mai multe sectoare permite detectarea sigură a intrusului, alarma fiind declanșată de fiecare dată, la trecerea dintr-o zonă în alta.

Fig. III.2. Senzor PIR cu montare verticală

Fig. III.3. Zonele de detecție pentru PIR cu montare verticală

Sistemele optice și de reflexie au un rol important în proiectarea și funcționarea PIR. Necesitatea focalizării precise a radiației termice, chiar pe elementul fotosensibil, a impus folosirea uneia din metodele următoare: focalizare prin reflexie sau focalizare cu lentile.

Focalizarea prin reflexie presupune folosirea unei oglinzi concave, elementul fotosensibil fiind montat în focarul sistemului optic. Acest sistem nu realizează o împărțire în zone poligonale a suprafeței cercetate dar asigură o distanță mare de descoperire; acest principiu este folosit, de regulă la senzori PIR pentru exterior.

Focalizarea prin intermediul lentilelor nu asigură o concentrare a radiației ir la fel de mare cu oglinda reflectorizantă dar, folosind un tip de lentile speciale, denumite lentile Fresnel, este asigurată o modificare foarte simplă a configurației zonelor poligonale.

Lentila Fresnel, realizată dintr-o peliculă subțire de material plastic transparentă la radiația ir, are gravată pe ea o serie de cercuri concentrice; desenul imprimat pe pelicula de plastic reprezintă o aproximare a hologramei zonelor poligonale realizate de dispozitiv.

Senzorii PIR se instalează orizontal, pe tavan sau vertical, pe pereți astfel încât caracteristica lor de detecție să acopere posibilele zone de intruziune: uși, holuri, ferestre etc. caracteristica de detecție, elementul esențial al dispozitivului se poate modifica relativ simplu, schimbând lentilele Fresnel aplicate în fața foto-detectorului. Astfel, există caracteristici de tip cortină, care nu prezintă nici un fel de spațiu sau caracteristici fragmentate, în stilul figurilor III.2 sau III.3.

Fig. III.4. Lentila Fresnel pentru senzor PIR parietal

Alarmele false pot fi produse de schimbări bruște, naturale ale temperaturii cauzate de instalații de încălzire, radiația solară, animale etc.

Neutralizarea senzorului poate fi realizată prin mai multe procedee dar, în principiu, întotdeauna se urmărește scăderea diferenței de temperatură dintre intrus și mediu. Aceasta se poate realiza fie prin creșterea temperaturii mediului (dacă intrusul are acces la sistemul de reglare al temperaturii interioare), fie prin folosirea unor învelișuri termoizolante care stopează transferul căldurii corporale către exterior.

Deoarece senzorul PIR detectează intruziunea funcție de contrastul dintre obiectul cald și fondul rece, modificarea acestor temperaturi poate reduce eficacitatea dispozitivului. Astfel, dacă temperatura mediului devine apropiată de temperatura intrusului (circa 30÷40 grade C),dispozitivul nu mai reacționează datorită lipsei de contrast termic. Teoretic, dacă o persoană are exact temperatura mediului, ea este invizibilă pentru senzor.

Altă metodă presupune cunoașterea caracteristicii senzorului: intrusul fie se deplasează spre detector (figura III.5.), fie evită depășirea zonelor poligonale create de lentila Fresnel. Un efect similar este produs de deplasarea foarte lentă a intrusului. Toate procedeele au același rezultat final: circuitul de diferențiere detectează o modificare lentă a temperaturii și nu declanșează alarma.

Fig. III.5. Probabilitatea de descoperire funcție de deplasare

Deplasarea intrusului spre senzor pe un traseu cu PD minim, îi permite ulterior acestuia dezafectarea completă a senzorului (fie reorientarea acestuia spre o zonă nepericuloasă, întreruperea alimentării, fie obturarea cu vopsea a lentilei Fresnel sau blocarea cu un paravan opac IR). Aspectul exterior al senzorilor PIR este extrem de divers, existând sute de variante constructive.

III.2.2.b. Senzori fotoelectrici pentru interior

Aceste dispozitive folosesc un fascicul de lumină invizibilă, în infraroșu, pentru a crea un cortină electronică. De regulă, sunt folosiți pentru supravegherea unor suprafețe liniare, de dimensiuni mari, cum ar fi holuri, foaiere etc.

Senzorii cu fascicul luminos sunt formați din două blocuri: un emițător și un receptor. Emițătorul folosește ca sursă de lumină IR o diodă electroluminiscentă led (Light Emitting Diode) sau o diodă laser. Receptorul are ca element activ un fotoelement (de regulă un fototranzistor) care detectează prezența sau absența fasciculului. Dacă receptorul sesizează o întrerupere a razei IR cu o durată mai mare decât o valoare prestabilită, este declanșată alarma.

Pentru a acoperi distanțe mari, emițătorul generează un fascicul foarte convergent (divergența mai mică de 0.01 grade) iar, pentru a preîntâmpina orbirea receptorului cu o sursă exterioară de lumină, fasciculul este modulat în impulsuri după o lege pseudoaleatoare. Această modulare constă în întreruperea semnalului emis la momente și cu durate determinate de procesorul sistemului. La recepție semnalul trebuie să respecte întocmai aceiași lege de modulație, orice neconcordanță semnalând o tentativă de orbirea sistemului. [1]

Distanța dintre emițător și receptor este limitată la 300 m dar, renunțând la principiul localizării exacte a intruziunii, se pot atinge distanțe de câțiva kilometri.

Traseul liniar al razei ir poate fi modificat folosind oglinzi, pentru a crea o zonă supravegheată mai puțin predictibilă. Totuși, utilizarea oglinzilor reduce distanța maximă de lucru și creează probleme în funcționare datorită necesității menținerii alinierii precise între mai multe elemente, dar și datorită depunerii prafului pe elementele reflectorizante.

Sistemul nu este afectat de mediul din interiorul clădirii (modificări ale regimului termic, lămpi fluorescente, interferențe radio și electromagnetice cu echipamentele electrice etc.)

Dispozitivul se caracterizează printr-o probabilitate de descoperire apropiată de unitate și o rată a alarmelor false scăzută.

Senzorul funcționează nesigur dacă există factori care afectează propagarea luminii între emițător și receptor: fum, aburi, alte obiecte semitransparente. Scăderea energiei sosite la receptor cu mai mult de 10% poate declanșa o alarmă sau o avertizare funcție de generația dispozitivului.

Alarmele false pot fi produse de trecerea întâmplătoare a unor obiecte prin fascicul, întrerupând legătura emițător–receptor. Ca exemple de astfel de incidente pot fi amintite: plante de apartament situate cu coroana în zona razei, animale de casă, hârtii luate de curentul de aer etc. Alte alarme false pot fi produse de proasta între-ținere a echipamentului: depunerea de praf pe sistemele optice și pe oglinzi, neefectuarea recalibrării și realinierii periodice a senzorului etc.

Contracararea sistemului este realizabilă numai prin ocolirea fasciculului luminos, lucru totuși simplu dacă intrusul este dotat cu ochelari speciali pentru vizualizarea radiației ir.

Spectrul exterior al unui modul al dispozitivului, precum și o posibilitate de instalare pentru supravegherea unei uși sunt prezentate în figura III.6..

Fig. III.6. Senzor activ în infraroșu pentru interior

III.2.2.c. Senzori cu microunde

Senzorii cu microunde sunt dispozitive folosite pentru detectarea mișcării. Principiul de funcționare se bazează pe detectarea perturbațiilor produse de intruziune într-un câmp electromagnetic generat de echipament.

Există astfel de dispozitive destinate uzului în aplicații de exterior sau interior.

Sistemul este format din două blocuri funcționale: un emițător și un receptor. Emițătorul constă într-un oscilator de mică putere realizat cu diodă gunn, în banda X de frecvență (aproximativ 15 Ghz). Receptorul sesizează orice modificare a frecvenței emise, modificare produsă datorită efectului Doppler.

Majoritatea sistemelor sunt setate pentru declanșarea alarmei în situația unei deviații de frecvență de 20÷120 Hz, adică pentru o viteză a intrusului de aproximativ 2÷12 m/s

Constructiv, există două tipuri de sisteme cu microunde: senzori monobloc, la care atât emițătorul cât și receptorul sunt realizați într-o singură unitate, respectiv senzori în tandem, formate din două unități separate, emițătorul și receptorul. Cele două tipuri au destinații și caracteristici diferite:

Senzorii monobloc au caracteristică de directivitate foarte largă, o distanță de detecție mică și se folosesc la aplicații de interior;

Senzorii în tandem sunt destinați aplicațiilor de exterior având o diagramă îngustă și o rază de acțiune mare.

Schemele bloc ale acestor sisteme sunt ilustrate în figura III.7. jos

Fig. III.7. Schema bloc a unui sistem de senzor cu microunde

Prezența comutatorului de antenă la senzorii monobloc impune câteva probleme specifice: aceștia funcționează în impulsuri emițând, consecutiv, pe două frecvențe diferite; receptorul este blocat o scurtă perioadă la începutul emisiei, creând o zonă de blocare.

Forma caracteristicilor de directivitate la cele două tipuri de senzori este prezentată în figura III.8..

Senzorii cu microunde se pot folosi atât pentru monitorizarea unor suprafețe exterioare cât și pentru încă-peri, depozite, holuri etc. În exterior aceste sisteme se folosesc pentru supravegherea perimetrală sau pentru o avertizare timpurie dacă intrusul se apropie de o clădire sau o zonă sensibilă.

Funcționarea necorespunzătoare a senzorilor poate fi cauzată, în primul rând, de interferențe cu alte echipamente cu microunde care funcționează în banda X. De asemenea, zonele care conțin generatoare puternice de câmpuri electromagnetice pot produce probleme datorită interferențelor pe unele componente spectrale. O situație specială poate fi cauzată de lămpile fluorescente (mai cunoscute drept becuri cu neon): ciclul de ionizare al gazului poate fi interpretat de detector ca deplasare de frecvență, generând astfel o alarmă falsă.

Fig. III.8. Caracteristica de directivitate a senzorilor cu microunde

Alte complicații sunt create și de reflexiile de la obiectele fixe apropiate. Semnalul recepționat, mult mai puternic decât cel de la un eventual intrus, poate satura receptorul blocând funcționarea normală a sistemului. O soluție pentru această problemă este asigurată la detectorul monobloc prin definirea zonei de blocare a receptorului; pentru sistemul tandem, reflexiile de la obiectele fixe se pot elimina numai printr-o instalare corespunzătoare

Probleme mai pot fi create și de alte cauze:

obiectele metalice care se mișcă în câmpul de detecție al senzorului generează alarme false;

suprafețele metalice mari creează zone moarte, nedetectabile, în spatele lor;

instalarea improprie a senzorilor face posibilă detectarea unor obiecte care se deplasează în afara zonei de interes, declanșându-se alarme aleatoare;

antenele horn folosite, de regulă, la aceste sisteme, se caracterizează prin prezența unor lobi secundari; de asemenea, semnalele recepționate pe acești lobi pot genera alarme false.

Este recomandabilă instalarea sistemelor astfel încât să se asigure continuitatea zonei de detecție, pentru aceasta fiind necesară zone de suprapunere pe o suprafață de maxim 10% din suprafața controlată.

O parte din aceste probleme pot fi evitate instalând sistemele monobloc în modul descris în figura III.9.a., modelele tandem putându-se monta într-una din structurile prezentate în figura III.9.b..

Neutralizarea sistemului este destul de dificilă, presupunând deplasarea cu viteză foarte mică, folosirea oricăror acoperiri metalice sau absorbante, determinarea zonei de detecție folosind echipament special etc.

Fig. III.9. Instalarea în exterior a senzorilor cu microunde

III.2.2.d. Detector de vibrații

Detectoarele de vibrații sunt destinate montării pe pereți, tavane, dușumele pentru a sesiza vibrațiile mecanice produse de retezare, tăiere, găurire, perforare, izbire, într-un cuvânt orice încercare de intruziune care afectează din punct de vedere fizic structura pe care este instalat senzorul.

Traductoarele destinate detectării energiei mecanice de joasă frecvență se montează direct pe peretele interior al structurii supravegheate, detectând orice vibrații care sunt produse.

Tehnologic, există două tipuri de traductoare: piezoelectrice și mecanice. Ambele tipuri convertesc energia mecanică într-un semnal electric proporțional cu amplitudinea vibrațiilor. Semnalul electric este trimis unui procesor care analizează forma, amplitudinea și frecvența oscilațiilor. În caz de corespondență a datelor cu informațiile memorate, este declanșată alarma.

De regulă, senzorii de vibrații se instalează ferm în perete, la o distanță de 2÷3 m unul de altul, funcție de capacitatea materialului de a transmite vibrațiile (pereții mai rigizi sunt mai buni transmițători de vibrații și invers). Trebuie evitată instalarea traductoarelor pe pereți din PAL, placaj sau din tablă subțire întrucât aceștia sunt predispuși la generarea unor vibrații din alte cauze decât intruziunile. De asemenea, instalarea pe suporți care absorb vibrațiile (lemn masiv, pereți acoperiți cu materiale textile, tapet etc.) Poate conduce la funcționarea improprie a dispozitivului și nedetectarea intruziunii. În acest caz, traductoarele trebuie instalate pe un cadru metalic continuu, care înconjoară complet camera protejată . [5]

Alarmele false sunt cauzate, în general, de instalarea necorespunzătoare a senzorilor. Astfel, montarea acestora pe pereții expuși la vibrații din exterior (trenuri, avioane, utilaje industriale mari etc.) face inoperant acest tip de senzor.

Sistemul poate fi neutralizat evitând pătrunderea prin zona protejată sau alegând un punct și o metodă de intruziune care să permită absorbția și difuzia vibrațiilor.

O altă metodă de contracarare, aplicabilă în general la toate sistemele automate de supraveghere, constă în generarea, persistentă dar aleatoare, a unui mare număr de alarme false, o lungă perioadă de timp, lucru care conduce la scăderea încrederii în funcționalitatea sistemului și ignorarea alarmelor.

Modul de instalare al senzorilor, pe infrastructură rigidă sau absorbantă a vibrațiilor, este prezentat în figura III.10..

Figura III.10. Instalarea detectoarelor de vibrații

III.2.2.e. Senzori audio

Senzorii audio recepționează zgomotele produse de o intruziune și sunt utilizați de regulă pentru aplicații de interior.

Figura III.11. Senzori cu fibră optică pentru ziduri

Principiul de funcționare, asemănător cu cel al detectoarelor de geam spart, se bazează pe un traductor care transformă oscilațiile aerului în semnal electric sau, cu alte cuvinte, un microfon. Semnalul produs de microfon este analizat de un procesor, alarma fiind declanșată dacă acesta fie se încadrează într-un tipar prestabilit, fie este detectat într-un loc și la un moment unde și când ar fi trebuit să nu fie nici o activitate.

Senzorii audio se instalează în locuri unde zgomotul făcut de intrus depășește cel puțin cu un ordin de mărime zgomotul de fond pentru ca detectarea intrusului să fie sigură și neafectată de alarme aleatoare. Dacă zgomotul de fond există și dispozitivului nu-i este reglat corespunzător pragul de declanșare a alarmei, sistemul este incapabil să facă diferența între o intruziune și un zgomot de fond.

Senzorul audio nu poate fi folosit pentru supraveghere dacă zona respectivă este afectată de zgomote naturale puternice.

Senzorul audio nu este afectat, însă, de o serie de alte influențe ale mediului: schimbările termice, interferențele electromagnetice, tuburile fluorescente etc.

De foarte multe ori senzorii audio sunt folosiți în conjuncție cu sisteme de control video care înregistrează atât imaginea cât și sunetul.

Senzorii audio pot funcționa necorespunzător dacă au fost prost instalați sau calibrați ori dacă încăperile protejate sunt acoperite cu materiale puternic absorbante.

Alarmele false sunt produse de zgomote puternice, întâmplătoare: avioane, trenuri, explozii etc. Dacă aceste fenomene au frecvență ridicată, trebuie făcută o analiză atentă a necesității alegerii acestor senzori.

Senzorul poate fi contracarat de un intrus care se deplasează lent și care își ia măsuri să atenueze eventualul zgomot produs de deplasarea sa.

III.2.2.f. Detectoare de vibrații pentru împrejmuiri

Senzorii pentru detectarea vibrațiilor se instalează, de regulă, pe gardurile realizate din plasă de sârmă.

Acești senzori detectează orice încercare de retezare, tăiere sau escaladare a gardului pe care sunt instalați. Toate aceste acțiuni generează vibrații mecanice, diferențiate de oscilațiile produse de fenomenele naturale prin amplitudinea și frecvența lor mai ridicată.

Elementul sensibil la deplasări este de tip inerțial, traductorul fiind piezoelectric, electronic sau mecanic.

Impulsurile electrice produse de senzor sunt analizate de un procesor de semnal care, funcție de parametrii semnalului (spectru, amplitudine etc.), ia decizia declanșării alarmei.

Traductoarele electromecanice sunt realizate fie cu comutatoare cu masă inerțială, fie cu comutatoare cu mercur. Comutatoarele cu masă inerțială sunt formate dintr-o bilă metalică așezată pe două sau trei contacte electrice; la apariția oricărei deplasări a obiectului pe care este instalat senzorul, forța de inerție se opune deplasării și închide sau deschide un număr de contacte electrice, trimițându-se astfel semnalele către procesorul de semnal. Comutatoarele cu mercur sunt formate dintr-un balon de sticlă în care sunt dispuse câteva contacte electrice precum și o picătură de mercur. În situația deplasării bruște a senzorului, forța de inerție deplasează picătura de mercur, închizând sau deschizând contactele electrice, fenomen sesizat de procesorul de semnal.

Senzorii piezoelectrici folosesc, de regulă, cristale de titanat de bariu, care transformă sarcina mecanică aplicată asupra lor în energie electrică. Spre deosebire de contactele electromecanice care semnalează intruziunea pe baza unui contact electric închis sau deschis, senzorii piezoelectrici generează un semnal analogic, mult mai bogat în informații.

Senzorii electronici, ultima apariție în domeniul măsurării accelerațiilor și, implicit, al vibrațiilor mecanice, constau într-un circuit integrat specializat care este capabil să măsoare accelerații până la 0.005 g.

Structura sa internă conține un condensator a cărui armături, realizate direct pe pastila de siliciu, sunt mobile. Orice deplasare a dispozitivului modifică distanța dintre armături și, implicit, valoarea capacității, aceasta traducându-se printr-un semnal electric analogic, proporțional cu accelerația deplasării.

Detectoarele de vibrații funcționează optim dacă senzorii sunt montați direct pe împrejmuirea din plasă de sârmă. Dispozitivele electromecanice se înseriază de-a lungul unui cablu cu o lungime de maxim 300 m; senzorii care furnizează semnal analogic sunt legați individual la procesorul de semnal.

Din punct de vedere al eficacității, senzorii de vibrații sunt printre cele mai sigure dispozitive perimetrale; alt avantaj al acestora este dat și de factorul economic, prețul fiind de câteva ori mai redus față de alte sisteme.

Deoarece principiul de funcționare asigură detectarea oricărei deplasări a senzorului, trebuie luate măsuri speciale de protecție împotriva mișcărilor aleatoare ale acestuia. Astfel, periodic, trebuie eliminată vegetația care intră în contact cu gardul protejat, elementele trebuie bine fixate și ancorate pentru a nu fi deplasate de curenți slabi de aer etc. În cazuri deosebite, în locuri unde viteza medie anuală a vântului depășește o anumită limită, se recomandă cuplarea la sistem a unei stații meteo automate care să crească/descrească sensibilitatea procesorului de semnal funcție de intensitatea vântului.

Senzorii de vibrații nu se vor instala fără măsuri suplimentare de protecție în zone unde există fenomene naturale care interacționează cu sistemul: animale numeroase, terenuri cu culturi agricole, pomi, arbuști în contact cu plasa gardului, vibrații puternice produse de activități umane (trenuri, instalații industriale etc.).

Modul de instalare și aspectul acestor traductoare este prezentat în figura III.12..

Figura III.12. Senzori de vibrații

Sistemul poate deveni nefuncțional dacă la instala- rea sa nu s-a ținut cont de condițiile de mediu; cel mai banal exemplu constă în folosirea contactelor Hg în zone unde temperatura poate scădea sub -38 grade C, punctul de îngheț al mercurului.

Contracararea sistemului este dificilă, realizându-se numai prin ocolirea aliniamentului protejat (pe la extremități pe deasupra sau pe dedesubt), astfel încât intrusul să nu atingă nici gardul, nici suporții acestuia.

III.2.2.g. Senzori electrostatici

Senzorii cu câmp electric se bazează pe detectarea modificărilor unui câmp electrostatic alternant produs între niște conductori electrici. Distorsionarea câmpului este produsă dacă cineva atinge conductorii sau chiar dacă numai se apropie de ei.

Câmpul electric este produs de un generator cu o frecvență de aproximativ 10 Mhz care excită una sau mai multe linii electrice. În jurul acestora, prin aer, este produs câmpul electrostatic alternant; când un intrus intră în acest câmp, un mare număr de sarcini electrice se scurg prin corpul lui și, valoarea câmpului, măsurată de alte linii electrice, se modifică, semnalând procesorului de semnal intruziunea.

Procesorul de semnal elimină, prin proiectare, frecvențele joase produse de obiectele care lovesc întâmplător liniile senzorului, precum și frecvențele înalte produse de vibrațiile produse de vânt. De asemenea, pentru a fi declanșată alarma, trebuie îndeplinite și alte condiții: amplitudinea semnalului trebuie să depășească un prag (aceasta elimină alarmele false produse de animale mici), durata perturbației trebuie să aibă o durată minimă și spectrul de frecvențe trebuie să corespundă distorsiunilor produse de un intrus uman.

Senzorul cu câmp electrostatic este un dispozitiv perimetral și se montează, de regulă, pe împrejmuiri realizate din plasă de sârmă, spre interiorul obiectivului protejat; conductorii sunt dispuși paralel unul față de altul și față de nivelul terenului; pentru modificarea frecvenței de rezonanță mecanică a conductorilor, se pot dispune la capete resorturi pretensionate. Lungimea unei linii și, implicit, a aliniamentului protejat, este de maxim 500 m.

Principalul avantaj al acestui tip de dispozitiv constă în numărul minim de alarme false generate de sistem. Sesizând și apropierea la o distanță de până la 3 m (valoarea este reglabilă modificând sensibilitatea procesorului de semnal), senzorul poate detecta și tentativele de depășire a aliniamentului protejat prin săparea unui tunel sau escaladarea gardului.

Sistemul este puternic influențat, prin interferență electromagnetică, de alte dispozitive sau fenomene naturale (descărcări electrice) care generează frecvențe sau armonici apropiate cu banda echipamentului; de asemenea, modificarea conductivității aerului și a terenului din jurul senzorului, produsă de precipitații sau ninsori, poate afecta funcționalitatea dispozitivului.

Neutralizarea dispozitivului este dificilă, fiind făcută prin ocolirea sa (prin lateral, pe deasupra sau pe dedesubt) la distanța minimă dictată de sensibilitatea procesorului sau prin saturarea sistemului, prin interferență electromagnetică, folosind un generator radio cu frecvența apropiată de a sistemului.

Aspectul zonei de sensibilitate în jurul conductorilor, precum și două variante de realizare a câmpului electric sunt prezentate în figura III.13.

Fig.III.13. Senzori electrostatici

Cu excepția configurațiilor cu trei sau patru conductori, mai există și sisteme balansate, imune la interferențe electromagnetice, alcătuite din șase sau opt fire. Pentru inducerea în eroare a intrușilor, se pot monta și fire false, identice cu cele active, dar care nu au nici un rol funcțional.

III.2.2.h. Senzori capacitivi

Senzorii capacitivi detectează modificarea unui câmp electric static generat între linii electrice sau într-o rețea de conductori. Alarma este declanșată prin modificarea capacității produsă de atingerea sau apropierea de conductorii senzorului.

Senzorii capacitivi sunt realizați, constructiv, în două variante: dispozitive pentru exterior sau pentru interior.

Senzorii pentru exterior sunt asemănători cu dispozitivele electrostatice; cei trei conductori ai senzorului se instalează la partea superioară a împrejmuirii, fiind izolați din punct de vedere electric de restul gardului; diferența esențială față de senzorii electrostatici constă în genera- torul de excitație care, în acest caz, produce un câmp electric constant.

Senzorii pentru interior, destinați protejării unor obiecte metalice (fișete, seifuri, birouri etc.) Sunt alcătuiți numai din doi electrozi: unul, în formă de plasă, este așezat în proximitatea obiectelor; celălalt face un contact electric ferm cu acestea. Tensiunea folosită pentru electrozi are valoare mică, fără efecte asupra organismului uman.

Modul de instalare a celor două tipuri de senzori este prezentat în figura III.14..

Figura III.14. Senzori capacitivi

La acești senzori, procesorul de semnal măsoară în permanență capacitatea diferențială între conductorii electrici, generând alarma în situația detectării unor modificări ale acesteia.

Lucrul cu tensiuni continui elimină una din deficiențele senzorului electrostatic, în sensul că acesta este neafectat de interferențe electromagnetice. Totuși, acest sistem poate funcționa deficitar dacă, periodic, nu este făcută întreținerea tehnică de rigoare: ajustarea sensibilității, eliminarea vegetației care poate veni în contact cu conductorii senzorului, retensionarea conductorilor pentru evitarea vibrațiilor etc.

Sistemul bine instalat nu poate fi neutralizat, singura posibilitate de evitare a alarmei constând în ocolirea sa.

III.2.2.i. Senzori hidrostatici

Senzorii hidrostatici sunt un sistem de supraveghere instalat subteran care detectează vibrațiile și energia seismică. Dispozitivul poate sesiza vibrațiile produse de persoanele, vehiculele sau animalele care se deplasează în zona de detecție a sistemului.

Senzorii hidrostatici constau în tuburi, închise la capete, presurizate, umplute cu un lichid antigel. De regulă, pentru compensarea automată a modificărilor de presiune produse de mediu, se folosește un sistem diferențial format din două tuburi.

Sistemul este foarte sensibil la orice modificare a presiunii în tuburi, presiune care este măsurată cu ajutorul unor traductoare electronice. Procesorul sistemului monitorizează și regularizează această presiune din interiorul tuburilor, declanșând alarma în situația apariției unor deviații ale semnalului de la valorile prestabilite. Regularizarea presiunii este făcută prin intermediul unei valve autocompensate care elimină modificările lente ale presiunii produse de cauze naturale (ploaie, modificări ale temperaturii etc.), însă această valvă nu compensează modificările bruște de presiune produse de intruziune. [5]

Dispozitivul este suficient de sensibil, astfel încât el poate decela natura intruziunii, vehicul, persoană care merge sau aleargă și chiar greutatea acesteia, funcție de valoarea modificării presiunii.

Lungimea tuburilor și raza de sensibilitate a sistemului depind, în principal, de natura solului și a materialului de la suprafață (beton, asfalt), În condiții optime, lungimea tuburilor poate depăși 500m, raza de detecție fiind de 100m.

Cele două tuburi se îngroapă , de regulă, la o adâncime de 25cm și o distanță între ele de 1m. Dacă solul este acoperit cu asfalt, tuburile se instalează chiar sub acesta. Betonul este un bun izolant pentru presiunile mici produse de persoane; aceasta permite reali- zarea unor zone unde senzorul nu reacționează, doar prin acoperirea suprafeței respective cu un strat subțire de beton.

Figura III.15. Senzorul hidrostatic

Traductoarele de presiune, instalate la capetele tu- burilor, generează un semnal electric care, prelucrat de procesor, poate ajuta la determinarea cu o precizie de câțiva metri a zonei unde s-a produs intruziunea.

Funcționarea diferențială a sistemului și prezența valvei compensate, protejează dispozitivul de perturbațiile produse de mediu. Totuși, rădăcinile copacilor apropiate la mai puțin de 3m de tuburi pot genera alarme false datorită transmiterii vibrațiilor crengilor produse de vânt. Mai pot genera alarme false și mișcările aleatoare ale terenului: alunecări, cutremure etc.

Instalarea sistemului în apropierea unor căi de comunicație, instalații industriale generatoare de șocuri etc.

Presupune o calibrare și instalare mai laborioasă, în caz contrar sistemul devenind ineficient datorită alarmelor false generate. O atenție deosebită trebuie acordată temperaturii minime la care funcționează sistemul; dacă această temperatură este depășită, lichidul îngheață în tuburi și sistemul este scos din funcțiune.

Neutralizarea sistemului este dificilă datorită razei mari de detecție. S-au încercat procedee de contracarare prin atenuarea presiunii exercitate asupra solului, precum și folosirea de materiale absorbante pentru eliminarea șocurilor dar, în 90% din cazuri, sistemul a rămas funcțional.

III.2.2.j. Senzori cu geofoni

Senzorii cu geofoni detectează vibrațiile seismice de joasă frecvență create în sol de deplasarea persoanelor, vehiculelor, animalelor etc. Dispozitivul a fost folosit inițial de geologi pentru măsurarea undelor seismice produ- se de exploziile subterane, determinându-se astfel structura geologică a solului.

Elementul activ al dispozitivului este un microfon cu o structură specială (figura III.16.), sensibil la frecvențe sub 25Hz. Semnalul electric de la microfon este transmis la procesorul de semnal care, funcție de caracteristicile acestuia (amplitudine, putere spectrală etc.), declanșează alarma.

Figura III.16. Structura microfonului pentru geofoni

Pentru eliminarea alarmelor false, există facilitatea ca sistemul să preia de la microfon și semnalele audio, operatorul având posibilitatea să asculte semnalele recepționate.

Sistemele moderne, pe bază de procesoare DSP, sunt capabile să deceleze natura intruziunii, numărul de persoane, direcția de deplasare etc., totodată reducând la minim rata alarmelor false. În caz contrar, sistemul generează numeroase alarme false, fiind inutilizabil. Astfel, un tren este detectat de la 10km, instalațiile industriale de la 5km, zgomotele produse de o apă curgătoare de la 90m, mișcările crengilor unui copac de la 20m.

Geofonii se instalează la nivelul solului, având o tijă înfiptă în pământ pentru preluarea vibrațiilor (figura III.17.). Un sistem este alcătuit din 50÷100 de microfoane care sunt conectate la procesor fie printr-un cablu de semnal, fie prin radio. Transmiterea informațiilor de la senzori este făcută diferențiat, astfel că operatorul știe exact care senzor a declanșat alarma, localizând astfel precis locul intruziunii. [3]

Figura III.17. Sistemul cu geofoni

Raza de sensibilitate a geofonului depinde de natura solului unde este instalat dar, în condiții optime, ajunge la 100m.

Neutralizarea sistemului este dificilă datorită razei mari de acțiune și sensibilității ridicate. Cele mai comune procedee constau în declanșarea voită de alarme false pentru scăderea încrederii în funcționalitatea sistemului.

III.2.2.k. Senzori ultrasonici pasivi

Senzorii ultrasonori pasivi, asemănători cu senzorii audio prezentați anteriori, recepționează vibrațiile cu o frecvență de peste 20 Khz produse de intruziune.

Frecvențele din acest domeniu sunt asociate cu frecarea unor obiecte metalice, fâșâitul unui arzător cu acetilenă sau zdrobirea unui perete de beton sau cărămidă.

Zgomotul produs este transmis printr-o undă acustică, prin aer, până la microfon. Semnalul electric este analizat de procesor și, dacă sunt îndeplinite condițiile de frecvență și amplitudine, este declanșată alarma.

În majoritatea cazurilor, senzorii de acest tip sunt montați numai împreună cu senzorii pasivi în infraroșu (PIR) cu scopul îmbunătățirii performanțelor dar, mai ales, reducerii posibilităților de contracarare.

Senzorii cu ultrasunete nu sunt afectați de interferențe electrice, căldură, sunete naturale etc. De asemenea, sistemul ultrasonor poate fi proiectat foarte, selectiv, fie prin alegerea corespunzătoare a unui microfon directiv, fie prin plasarea unor pereți absorbanți care să izoleze fonic zona protejată de mediul exterior. Aceasta poate constitui și un dezavantaj întrucât prezența oricărui obiect (mobilă, panouri etc.) Poate produce zone moarte unde senzorul este insensibil.

Figura III.18. prezintă aspectul și dimensiunile zonei protejate, în cazul unui senzor parietal și a unuia pentru tavan.

Figura III.18. Caracteristicile de directivitate ale senzorilor pasivi cu ultrasunete

Deoarece în timp se modifică parametrii circuitelor electronice, sistemul funcționează sigur dacă, periodic, este făcută recalibrarea sa.

Alarmele false pot fi produse de sonerii telefonice, fluieratul conductelor de apă, mișcarea aerului de către ventilatoare sau climatizoare etc.

Întrucât senzorii cu ultrasunete au un spectru limitat, orice intruziune care nu produce vibrații în acest domeniu de frecvențe este nedetectată. În acest sens, neutralizarea funcționării senzorului poate fi făcută prin deplasarea în spatele unui panou absorbant, în zona moartă astfel creată.

III.2.2.l. Senzori ultrasonici activi

Senzorii ultrasonori activi sunt dispozitive care detectează mișcarea: emit unde ultrasonore în zona protejată și reacționează la modificările undelor reflectate produse de obiectele mobile.

Principiul de funcționare se bazează pe efectul Doppler, de modificare a frecvenței undelor reflectate de un obiect care are o viteză radială nenulă. Undele ultrasonore, unde acustice cu frecvențe peste 20 Khz, se propagă prin aer, circular, de la emițător și se reflectă de obiectele înconjurătoare; dacă obiectele reflectante au viteză nulă, frecvența emisă coincide cu frecvența recepționată și dispozitivul nu declanșează alarma; dacă obiectul se deplasează, undele reflectate au frecvența diferită (Senzori cu microunde) și, funcție de deplasarea în frecvență, este declanșată alarma.

Senzorii ultrasonori activi se montează în tavan sau pe perete și asigură protecția unei zone de circa 100 m2.

Senzorii ultrasonori, activi sau pasivi, nu sunt influențați de căldură, interferențe electromagnetice, fenomene externe. Dimensiunea zonei supravegheate poate fi ușor controlată, undele ultrasonore fiind puternic absorbite de pereți, mobilier, panouri etc.

Totuși, absorbția în materialele comune dintr-o încăpere, poate crea și efecte nedorite, în sensul că, în spatele obiectelor se creează zone moarte, unde senzorul este inoperant.

Cele mai obișnuite cauze care conduc la declanșarea unor alarme false constau în: mișcări ale aerului produse de ventilatoare, climatizoare etc.; șuierături ale conductelor; orice altceva se deplasează în zona controlată (ferestre deschise, animale de casă etc.).

Senzorul poate fi contracarat de un intrus care se deplasează cu o viteză foarte mică, sub limita pragului de detecție setat; o variantă de neutralizare, bazată pe aceiași idee, constă în micșorarea vitezei radiale, deplasarea făcându-se circular, în jurul senzorului. De asemenea, un intrus care folosește un detector de ultrasunete, poate intercepta emisia dispozitivului, evitând astfel declanșarea dispozitivului prin ocolirea acestuia.

Principiul de funcționare și dimensiunile tipice ale zonei protejate ale dispozitivului sunt ilustrate în figura III.19.. [3]

Figura III.19. Senzorul ultrasonor activ

III.3. Echipamente de detecție utilizate în sistemul anti incendiu

III.3.1. Structura sistemului anti incendiu

Sistemele anti incendiu sunt alcătuite dintr-o centrală cu rol de gestionare a semnalelor primite de la dispozitivele de detecție, diferite tipuri de detectoare și sirenele de avertizare.

III.3.2. Date tehnice detectori

În funcție de principiul de funcționare există două tipuri de detectoare de fum: detectoare cu ionizare și detectoare cu senzor fotoelectric. Dispozitivele moderne folosesc chiar și ambele metode de detecție, uneori combinate cu un senzor de temperatură, pentru a declanșa alarma de incendiu.

III.3.2.a. Detector cu ionizare

Detectoarele cu ionizare au o cameră de detecție (numită și cameră de ionizare) și o sursă de radiație ionizantă (Americiu-241). Camera de ionizare conține 2 placi (electrozi) așezate la o distanță mică, de aproximativ 1 centimetru, una de cealaltă, și conectate la o sursă de tensiune, astfel încât una dintre ele se încarcă pozitiv, iar cealaltă negativ din punct de vedere electric. Atunci când în camera de ionizare pătrunde fum, particulele de fum absorb radiația alfa, cauzând scăderea ratei de ionizare a aerului din camera de ionizare și o scădere a amperajului curentului electric măsurat între cei doi electrozi, ceea ce declanșează alarma.

Fig. III.20. Detectoarele cu ionizare au o cameră de detecție

III.3.2.b. Detector cu senzor fotoelectric

Detectoarele de fum fotoelectrice folosesc fenomenul de reflexie și difuzie a luminii pentru a indica prezenta fumului vizibil. Principiul de funcționare este similar celui al senzorilor folosiți pentru deschiderea automata a ușilor. După cum se poate vedea în schema de mai jos, atunci când nu exista fum în interiorul camerei detectorului, lumina generata de sursa, trece printr-o lentilă care focalizează fasciculul, iar acesta parcurge nestingherit drumul pana la opritor. Când din cauza unei surse de foc fumul pătrunde în camera detectorului, o celulă foto-electrică poziționată la 90 de grade de sursa de lumină detectează lumina reflectată de particulele de fum și, la un anumit nivel de iluminare, declanșează alarma.

Fig. III.21. Detectoarele cu senzor fotoelectric

III.4. Senzori utilizați în sisteme de supraveghere video

III.4.1. Structura sistemului de supraveghere video

Sistemele de supraveghere video sunt, alături de sistemele de detecție si alarmare in caz de efracție, cele mai răspândite sisteme e securitate.

Un sistem de supraveghere video este alcătuit din echipamentul de stocare DVR sau NVR camerele de supraveghere, monitoare, tastaturi și joystick-uri pentru control.

III.4.2. Date tehnice

III.4.2.a. Senzorii de lumină CCD

Senzorii CCD (Charge Coupled Devices) captează lumina în mici fotocelule care și-au primit numele de la modul în care sarcinile sunt citite după expunere. Pentru aceasta, mai întâi sarcinile din prima linie sunt transferate într-un registru de citire. De acolo, semnalele sunt preluate de un amplificator și ulterior de un convertor analog-numeric.

Fig. III.22. Funcționarea principială a senzorului CCD

După ce o linie a fost citită, sarcinile ei din registrul de citire sunt șterse. Următoarea linie va fi transferată în registrul de citire, iar toate liniile sunt transferate cu o linie mai jos. Sarcinile din fiecare linie sunt cuplate astfel încât la fiecare transfer din linia curentă în linia următoare are loc și un transfer din linia precedentă în linia curentă. În acest mod se poate citi o linie întreagă la un moment dat.

Există patru tipuri de bază pentru senzorii CCD:

liniari;

interliniari;

cadru întreg (full frame),

transfer pe cadre (frame transfer).

Un senzor CCD liniar este alcătuit dintr-un șir de senzori dispuși pe o singură linie. Pentru a achiziționa o imagine folosind un senzor liniar este necesar ca senzorul să se deplaseze cu viteză controlată de-a lungul imaginii. Viteza de achiziție este redusă dacă se folosește această manieră.

Fig. III.23. Structura unui senzor liniar

Un senzor CCD cu transfer interliniar are pentru fiecare pixel un fotodetector și o zonă de stocare a sarcinii rezultate. Zona de stocare este formată prin ecranarea (opacizarea) unei părți din zona pixelului. Prin concatenarea zonelor opace se formează un canal vertical care permite transferul sarcinilor de-a lungul senzorului până la un registru orizontal de deplasare.

Fig. III.24. CCD cu transfer interliniar

Senzorii CCD de tip cadru întreg, folosesc toată zona pixelului pentru achiziția imaginii. În acest fel, pe timpul transferului de sarcini nu se mai poate face integrare, deci nu se mai poate face acumulare de sarcini prin expunerea la lumină. Pentru a împiedica influența luminii pe timpul cât are loc transferul de sarcini (ceea ce ar strica calitatea imaginii), se pot plasa diafragme mecanice în fața senzorilor.

Fig. III.25.CCD cadru întreg (full frame)

Varianta cu transfer pe cadre este similară cu varianta cadru întreg, dar se ecranează (maschează) jumătate din matricea senzorială astfel încât să fie aptă pentru stocarea sarcinilor. După terminarea perioadei de integrare, când elementele senzoriale elementare au înmagazinat sarcinile, are loc un transfer al sarcinilor către zona de stocare și ca urmare o nouă integrare se poate face fără o întârziere expresă. În acest mod, acest tip de senzori se pot folosi pentru achiziții rapide.

Pentru citirea datelor din senzor se folosesc două metode:

citire progresivă,

citire întrețesută.

În varianta progresivă, liniile se citesc succesiv în ordinea în care apar în imagine. În varianta întrețesută, se citesc întâi liniile pare și ulterior liniile impare, după care are loc reintegrarea. Pentru senzorii mai mari de 1 MP, cea mai frecventă metodă este aceea întrețesută în care un rând de electrozi controlează transferul vertical al sarcinilor din două rânduri de pixeli.

Pentru că există un număr mare de producători și o competiție dură pe piață, există și multe soluții de proiectare diferite care încearcă, fiecare în parte, diferite avantaje.

III.4.2.b. Senzorii de lumină CMOS

CMOS este ca și CCD, o tehnologie pe bază de siliciu și are proprietăți fundamentale relativ similare din punct de vedere al sensibilității în spectrul vizibil și aproape de infraroșu. Ambele tehnologii convertesc lumina incidentă sub formă de fotoni în sarcini electrice sub formă de electroni. Senzorii color pot fi fabricați în ambele tehnologii, în mod normal, prin adăugarea la fiecare pixel a unor filtre de culoare (de exemplu: roșu, verde și albastru).

Tehnologia CMOS este o tehnologie de tip semiconductor metal-oxid și este arhitectura cea mai folosită pentru tehnica de calcul, unități centrale și module de memorie. Senzorii de imagine CMOS (figura 7) performanți folosesc tehnica APS (active pixel) care a fost dezvoltată la NASA Jet Propulsion Laboratory la mijlocul anilor '90.

Fig. III.26. Structura unui senzor CMOS

Senzorii CCD sunt produși pe linii de fabricație specializate pe care nu se pot produce alte circuite integrate, ceea ce crește prețul de cost.

Alte linii de fabricație folosesc tehnologia CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) pentru circuite integrate, pentru procesoare și memorii. De exemplu procesorul Pentium III conține 10 milioane de elemente active de acest tip. Fabricarea senzorilor de imagine pe astfel de linii de fabricație, conduce la scăderea importantă a costului. Trebuie precizat că aici termenul CMOS se referă la modalitatea de fabricație și nu la o tehnologie specifică pentru senzori.

Există două variante de bază pentru senzorii de imagine CMOS:

Pasivi.

Activi.

PPS (Passive Pixel Sensors) a fost prima variantă dezvoltată în anii '60. La nivelul zonelor fotosensibile, lumina sub formă de fotoni este convertită în sarcini, adică electroni. Sarcina acumulată pe timpul expunerii, integrării, este citită și amplificată. Senzorii sunt mici, atât cât să permită expunerea zonei fotosensibile și să includă conexiunile. Problema majoră o constituie, la acest tip se senzori, zgomotul materializat într-o rețea pe fundalul imaginii. Pentru a înlătura acest zgomot de fond sunt necesare etape de prelucrare suplimentare.

APS (Active Pixel Sensors) reduce exact zgomotul amintit pentru varianta pasivă. Circuite specializate la nivelul fiecărui pixel determină și anulează zgomotul apărut. De la aceste circuite active vine și numele tehnologiei. Performanțele acestei variante de tehnologie CMOS se apropie de performanțele oferite de tehnologia CCD și permit realizarea de senzori de mare dimensiune și înaltă rezoluție.

Tehnologia CMOS permite includerea în cipul senzorului a unor funcții suplimentare (inclusiv pentru micșorarea jitter-ului și stabilizarea sau compresia imaginii, pe lângă cele amintite anterior) care necesită cipuri suplimentare la CCD. În această tehnologie se poate comuta rapid între achiziția de imagini (fotografii) și achiziția de secvențe video (filme). Acest ultim caz rămâne de rezolvat, la nivelul calculatorului cu care este cuplată camera, problema memorării în timp real a volumului mare de informație asociat secvențelor video.

Prin prezenta circuitelor suplimentare de eliminare a zgomotelor se micșorează procentul zonelor influențate de lumină din suprafața totală a circuitului (fill factor – procentul de acoperire). În acest fel, sensibilitatea la lumină scade și apar probleme legate de calitatea imaginilor achiziționate în condiții de lumină puțină. Situația se poate corecta extern, prin prezenta surselor de lumină de tip flash și prin mărirea timpului de expunere. Din punct de vedere tehnologic, intern, se recurge la introducerea de microlentile pentru fiecare pixel, pentru a aduna mai multă lumină și la reducerea circuitelor suplimentare.

Pentru că senzorii CMOS au un nivel de zgomot mai mare decât senzorii CCD, este nevoie de un timp de procesare mai mare între două imagini. Se pot folosi pentru aceasta procesoare de semnal (DSP – Digital Signal Processors) specializate. Prețul este un avantaj major pentru CMOS, ceea ce determină tendința de a îndrepta cercetările în direcția producerii unor astfel de senzori și de a le îmbunătății.

CAPITOLUL IV. Perspective și concluzii

IV.1. Perspective privind sistemele de detecție

Din propria experiență în industria de securitate privată am tras concluzia că în viitor toate sistemele de securitate se vor dezvolta fulminant și continuu, vor ajunge o dotare firească atât a spațiului public cât și a celui privat, fără să mai fie necesară impunerea lor prin legislație.

IV.2. Concluzii

Realizarea lucrării de față a fost posibilă datorită folosirii informațiilor din Biblioteca Asociației Române a Specialiștilor în Securitate, la care am avut acces in calitate de membru.

În urma înființării societății comerciale GHP Intelligent Systems pe care o coordonez din 2011 în calitate de Manager am avut posibilitatea sa studiez și a implementez diferite tipuri de senzori utilizați în sistemele de securitate.

În redactarea lucrării am folosit, în limita legală privind secretizarea și confidențialitatea datelor, baza reală de documentație din diverse proiecte pe care le-am coordonat din faza de proiectare pana la finalizarea implementării acestora.

Implicarea directa în practică, având ca suport cunoștințele teoretice aprofundate, mi-au dat o privire de ansamblu concretă și exactă în ce privește domeniul abordat, fiindu-mi de real folos în redactarea lucrării.

Consider că depășirea pragului de pregătire teoretică și îmbinarea cu activitatea practică sunt definitorii în realizarea oricărui tip de lucrare în domeniul tehnic.

Bibliografie

[1] Autori nespecificați, Sisteme electronice de supraveghere și control, material nepublicat aflat în Biblioteca Asociației Române a Specialiștilor în Securitate.

[2] Materialele folosite în elaborarea primului Manual de Securitate aflate în Biblioteca Asociației Române a Specialiștilor în Securitate.

[3] Echipa de proiectare a S.C. GHP Intelligent Systems S.R.L., diverse proiecte ale sistemelor de securitate.

[4] A. Gacsádi, V. Tiponuț, Sisteme de achiziții de date, Editura Universității din Oradea, ISBN: 978-973-759-314-6, 2007

[5] Producători de sisteme de securitate, Diferite manuale de instalare

Bibliografie

[1] Autori nespecificați, Sisteme electronice de supraveghere și control, material nepublicat aflat în Biblioteca Asociației Române a Specialiștilor în Securitate.

[2] Materialele folosite în elaborarea primului Manual de Securitate aflate în Biblioteca Asociației Române a Specialiștilor în Securitate.

[3] Echipa de proiectare a S.C. GHP Intelligent Systems S.R.L., diverse proiecte ale sistemelor de securitate.

[4] A. Gacsádi, V. Tiponuț, Sisteme de achiziții de date, Editura Universității din Oradea, ISBN: 978-973-759-314-6, 2007

[5] Producători de sisteme de securitate, Diferite manuale de instalare