03 февраля 2012
Исследования практического применения датчика LIS331DLH на платформе STEVAL-MKI022V1 в системе ИК СФ3 - комплексов специального назначения
Часть 2
Использование датчика в качестве детектора воздействия на периметровое техническое средство обнаружение – вибрационный датчик обнаружения
В качестве основных параметров воздействия на ПТСО были выбраны:
- Амплитуда воздействия,
- Частота воздействия,
- Частотный спектр воздействия,
- Координаты (направление) воздействия.
В качестве моделей воздействия рассмотрены такие воздействия как:
- Подкоп,
- Подъем нижней части сетки,
- Перелаз,
- Перепил сетки ПТСО,
- Перекус сетки ПТСО (кратковременный удар по сетке),
- Физический демонтаж, нарушение целостности ПТСО.
Подкоп
В качестве средства обнаружения - подкопа ПТСО, данное устройство может быть использовано в тех случаях, если сетка ПТСО углублена в землю на глубину исключающую подкоп без использования специальных средств.
Подъем нижней части сетки
Данное воздействие столь очевидно по методу и форме воздействия, что отнесено к воздействию типа - нарушение целостности ПТСО и будет рассмотрено ниже.
Перелаз
Перелаз – несанкционированное преодоление ПТСО путем воздействия на верхнюю часть сетчатого ограждения. Перелаз может быть, как с применением специальных средств (лестница, доска, плотный брезент, и т.д.), так и без. Независимо от метода и средств такого преодоления ПТСО можно наблюдать следующие механические факторы возбуждения: изменение наклона ПТСО, точечное воздействие на ПТСО (только в месте, секции преодоления), давление сверху на сетку ПТСО за счет веса нарушителя, раскачивание ПТСО.
Данное преодоление невозможно без изменения наклона ПТСО, поэтому главным фактором такого воздействия выбран параметр «Inclinometer» - положение датчика относительно искусственного горизонта.
Рисунок 12 Значения «Inclinometer»
В данном случае можно наблюдать наклон системы во всех трех координатах, но особенно он очевиден в координате Y – наклон в сторону преодоления (зеленый) и X – наклон вниз за счет веса нарушителя (красный). Изменения по координате Z – боковой наклон, малозначителен за счет физической плотности конструкции. В нормальном состоянии значения по всем трем координатам равны «0». Регистрация данного преодоления очевидна и фактически не имеет других аналогов по воздействию.
Рисунок 13 Диаграмма ускорения по координате Y при перелазе ПТСО
Перепил сетки ПТСО
Данный метод преодоления ПТСО может быть отнесен к наиболее сложным по регистрации. Заметим, что большинство механических датчиков данное преодоление не регистрируют. Причиной тому является слабый сигнал воздействия, который имеет достаточно высокий коэффициент затухания в зависимости от расстояния между датчиком и местом воздействия. Трудно представить, что нарушитель будет пилить сетчатую структуру ограждения непосредственно рядом с датчиком. При изучении данного воздействия были определены его основные характеристики, которые имеют прямую связь с инструментом: распределение и высота зубьев, активность движения нарушителя при перепиле, а также амплитуда и частота механических колебаний:
- Амплитуда механических колебаний при перепиле – не превышает 2 g (при расстоянии между датчиком и местом воздействия 1-2 метра),
- Частота механических колебаний – 4-6 Гц,
- Координаты воздействия – XYZ.
Исследования показали, что амплитуда сигнала при перепиле находится на уровне воздействия равного 1 - 2 g на частотах 4-6 Гц. При условии стандартной чувствительности вибродатчиков на уровне 3-5 g регистрация данного воздействия невозможна.
Частотный анализ воздействия показал наличие определенных особенностей данного воздействия, которые могут быть обработаны цифровым устройством с целью выделения полезного сигнала, из, казалось бы невозможного. Особенностью перепила, как показало исследование, является воздействие на систему во всех 3 координатах и четко видимыми гармониками на частотах – 140, 280, 420 Гц (определяются механическими свойствами сетчатого заграждения). Эта особенность может быть положена в основу математического анализа регистрации данного вида нарушения.
Рисунок 14 Частотный спектр сигнала при перепиле сетки ПТСО
Перекус сетки ПТСО (кратковременный удар)
Регистрация факта перекуса звеньев сетки ПТСО и формирование на основе этих данных тревожного сигнала не вызывает затруднений. Это связано с достаточной амплитудой полезного сигнала и его спектральными особенностями. Перекус сетки может быть в приближении отнесен к сильному, жесткому и кратковременному удару (~ 4-5 g).
Рисунок 15 Частотный спектр сигнала при перекусе сетки ПТСО
Рисунок 16 Амплитуда сигнала при ударе сетки ПТСО
На частотном спектре воздействия (перекус, удар) видно достаточно мощный сигнал на уровне 5 g (рис. 15). На диаграмме (рис. 16) приведена временная легенда данного воздействия. Из нее видно, что повторные, ответные всплески за счет упругости системы, достаточно очевидны.
Физический демонтаж, нарушение целостности ПТСО
Регистрация данного воздействия не вызывает сомнений, т.к. включает в себя воздействия разного характера, описанные выше, это: подъем сетки, давление на сетку вниз или вверх, кратковременные ударные воздействия, раскачивание и т.д.
Использование датчика в качестве детектора воздействия на стационарное оборудование - точки доступа и средства хранения особо важных документов и материалов
Физическая особенность датчика LIS331DLH регистрировать не только ударное воздействие, но и параметр «Inclinometer» - положение датчика относительно искусственного горизонта, позволяют использовать его в качестве детектора положения объекта охраны. Т.е. при малейшем перемещении охраняемого объекта данный факт может быть зарегистрирован и сформирован тревожный сигнал.
Использование датчика в качестве средства изучения, классификации, тестирования и стандартизации внешних факторов воздействия
В настоящее время характеристики внешнего воздействия на периметровые средства охраны и точки доступа очень слабо отражены в научной и практической литературе. Это может быть следствием закрытости данных исследований с одной стороны, и отсутствием, сложностью необходимого для этого оборудования, с другой. Датчик LIS331DLH, являясь недорогим и компактным устройством позволяющим получить все необходимые данные по различного рода воздействиям на ПТСО с целью изучения и их стандартизации.
Устройство STEVAL-MKI022V1, на базе датчика LIS331DLH, выполнено в виде демонстрационного устройства, которое позволяет проводить различные исследования, как самого датчика, так и различных видов механического воздействия на объект, на который он закреплен. Это особенно ценно для оценки и изучения технических характеристик вибрационных процессов воздействия на охранную систему или охраняемый объект.
III. Заключение
С целью демонстрации работы устройства STEVAL-MKI022V1 в качестве вибродатчика, была разработана дополнительная программа, как дополнение к стандартному программному обеспечению в виде исполняющего файла *.exe. При запуске данного файла программа активируется и пользователь может выбрать величину порога срабатывания датчика и частоту обновления. При превышение установленного порога, система формирует тревожный сигнал. В качестве активной координаты установлена координата Z (координаты X и Y – выключены). Отключение сигнала по координатам X и Y позволило исключить ложные срабатывания датчика при имитации раскачивания сетчатого заграждения на уровне до 2 g.
В качестве эксперимента устройство STEVAL-MKI022V1 было жестко закреплено на секцию сетчатого заграждения (3.2 метра) и установлен порог срабатывания 2 g. Устройство показало себя с хорошей стороны, т.е. уверенно зарегистрировало возбуждения вызванные ударом и перекусом сетки, а также воздействие - перепил сетчатой ячейки на расстоянии 1,5 м. от датчика.
