Оптические средства обнаружения (стр. 2 из 7)
Для обеспечения необходимого значения тока через диод и снижения тока потребления ПРД питание диода осуществляется импульсным промодулированным напряжением, которое вырабатывается в устройстве электронной модуляции. Угол расхождения луча 2, как правило, составляет 1,5...2°, что позволяет получить необходимую мощность излучения ПРД для блокирования рубежа протяженностью 200...250 м с учетом воздействия метеорологических факторов.
Луч ПРД направлен на оптическую систему ПРМ, угол поля зрения 2<р которого составляет обычно 2...30. Небольшой угол поля зрения ПРМ позволяет уменьшить влияние побочных фоновых засветок фотоприемника. Однако в ПРМ попадает поток ИК-излучения, охватываемый только световым диаметром DCbоптической системы. Поэтому чувствительная зона активного двухпозиционного ИКСО представляет собой луч диаметром постоянного сечения по всей длине блокируемого участка 1_Бл.
ИК-излучение фокусируется оптической системой ПРМ на чувствительную площадку фотоприемников. Получаемые с них импульсы фототока усиливаются и поступают на устройства обработки для формирования сигналов тревоги.
В зависимости от количества лучей и их расположения ИКСО могут выполнять различные тактические задачи. Горизонтальное расположение двух лучей позволяет за счет временной обработки сигналов определять направление движения нарушителя. Вертикальное расположение лучей в активных ИКСО повышает надежность блокирования рубежей и периметров по сравнению с однолучевыми СО.
Более подробно принцип действия активных ИКСО рассмотрим по структурным схемам ПРД и ПРМ двухканального ИКСО, позволяющего определять направление движения нарушителя. Эти схемы являются наиболее характерными для построения активных ИКСО.
ПРД имеет два идентичных канала. Каждый луч формируется импульсным излучением диодов VD1 и VD2. Схема излучения каждого канала запускается цепью синхронизации от переменного напряжения с частотой питающей сети, которое подается на входной трансформатор.
Выпрямленные полуволны напряжения, снимаемые со включенных противофазно вторичных обмоток входного трансформатора, формируются в прямоугольные импульсы и поступают в усилители мощности, нагрузкой которых являются выходные трансформаторы. Такое включение вторичных обмоток входного трансформатора обеспечивает подачу на входы формирователей прямоугольных импульсов напряжения от разных полупериодов, чем достигается поочередная работа каналов.
Со вторичных обмоток выходных трансформаторов снимаются импульсы тока, осуществляющие модуляцию излучения диодов VD1 и VD2.
Падающий на оптическую систему ПРМ поток излучения фокусируется на чувствительную площадку фотодиода и преобразуется им в фототок. Импульсы фототока образуют на входном сопротивлении усилителя импульсное напряжение, которое усиливается по мощности.
Так как ИКСО рассчитан на работу в различных метеоусловиях, то амплитуда импульсов может колебаться в широких пределах. Для поддержания амплитуды в определенных пределах предусмотрена АРУ.
Учитывая, что угол расхождения луча позволяет облучать одновременно обе оптические системы ПРМ, схема совпадения пропускает только импульсы "своего" канала от соответствующей полуволны напряжения синхронизации.
Порог усилителя АРУ выбран из расчета преобладания сигнала над уровнем шума в 5...6 раз при наихудших метеоусловиях и в 15...25 раз - при хороших метеоусловиях.
В зависимости от последовательности пересечения лучей на выходах схем согласования поочередно для каждого канала изменяются уровни напряжений, которые поступают на схему логической обработки. Соответствующие сигналы выдаются за счет срабатывания одного из реле ключевой схемы.
Генератор синхронизации синхронизирует работу датчика, выдавая на ПРД, а также на схемы совпадения и логической обработки ПРМ, синусоидальные напряжения соответствующих амплитуд и фаз при отсутствии сети 220 В.
В ИКСО с вертикальным расположением лучей цепь синхронизации работы каналов отсутствует. Различение "своего" канала обеспечивается взаимным расположением передающего и приемного устройств. В таких ИКСО схема обработки сигналов более простая, чем в активных ИКСО с горизонтальным расположением лучей.
Одним из факторов, ограничивающим возможность применения ИКСО, является туман с метеорологической дальностью видимости менее 200...250 м, при котором происходит выдача ложных сигналов тревоги или потеря работоспособности. Кроме того, в весенне-осенний и зимний периоды года активные ИКСО требуют обогрева оптических систем, что также ограничивает их применение при небольших емкостях источников постоянного тока.
3. Пассивные инфракрасные СО
Принцип действия пассивных ИКСО. Принцип действия пассивных ИКСО основан на регистрации сигналов, порождаемых тепловым потоком, излучаемым объектом обнаружения. Полезный сигнал на выходе безынерционного одноплощадочного приемника излучения определяется выражением:
где Su - вольтовая чувствительность приемника излучения,
-изменение величины теплового потока, падающего на входное окно оптической системы и вызванное движением объекта в зоне обнаружения.Максимальное значение
соответствует случаю, когда объект полностью попадает в поле зрения ИКСО. Обозначим это значение как 
Считая, что потери в оптической системе настолько малы, что ими можно пренебречь, выразим
через параметры объекта и фона. Пусть в пределах фона, поверхность которого обладает абсолютной температурой Тф и излучательной способностью Еф, появляется объект, абсолютная температура которого Тоб, а излучательная способность Еов. Площадь проекции объекта на плоскость, перпендикулярную направлению наблюдения, обозначим Soe, а площадь проекции фона в поле зрения - Бф. Тогда величина теплового потока, падающего на входное окно оптической системы до появления объекта, определяется выражением: 
где
- расстояние от входного окна до фоновой поверхности; 1.ф -яркость фона; SBX- площадь входного окна оптической системы.
Величина теплового потока, создаваемого объектом, определяется аналогичным образом:
где t- расстояние от ИКСО до объекта; - яркость объекта.
При наличии объекта тепловой поток, падающий на входное окно, создается объектом и той частью фоновой поверхности, которая не экранируется объектом, откуда суммарный тепловой поток
Тогда изменение теплового потока АФ записывается в виде:
Считая, что для объекта и фона справедлив закон Ламберта, выразим яркости Lo6 и Ьф через излучательные способности и абсолютные температуры:
где
- постоянная Стефана-Больцмана.Подставляя и в, получим выражение для АФ через абсолютные температуры и излучательные способности объекта и фона:
При заданных параметрах оптической системы и приемника излучения значение сигнала в соответствии с полностью определяется изменением облученности ДЕ.
Излучательная способность кожи человека очень высока, в среднем она составляет 0,99 относительно абсолютно черного тела на длинах волн больше 4 мкм. В ИК области спектра оптические свойства кожного покрова близки к характеристикам черного тела. Температура кожи зависит от теплообмена между кожей и окружающей средой. Измерения, проведенные с помощью тепловизора "Ага-750", показали, что при температуре воздуха +25°С температура по поверхности ладони человека изменяется в пределах +32...+ 34°С, а при температуре воздуха +19°С - в пределах +28...+30°С. Наличие одежды уменьшает яркость объекта, так как температура одежды ниже, чем температура обнаженной кожи. При температуре окружающей среды +25°С измеренная средняя температура поверхности тела одетого в костюм человека составила +26°С. Излучательная способность одежды также может быть иной, чем у обнаженной кожи.
Другие параметры, входящие в выражение, могут принимать различные значения в зависимости от конкретной обстановки и/или оперативной задачи.
Рассмотрим подробнее процесс сигналообразования и основные виды помех, влияющих на ложное срабатывание пассивных ИКСО.
Сигналообразование. Для лучшего понимания методов и алгоритмов повышения помехоустойчивости ИКСО необходимо иметь представление об основных параметрах сигнала - форме, амплитуде, длительности
, зависимости от скорости движения человека и температуры фона