РУ/EN

Проектирование датчиков местоположения IOS в системах персональной безопасности

Основы планирования размещения индуктивных датчиков местоположения (IOS-датчиков) внутри и снаружи зданий.

За прошедшие годы специалистами компании Funkwerk было спроектировано, откалибровано и оптимизировано несколько тысяч индуктивных датчиков местоположения. Приобретенный ими опыт эффективно используется в настоящее время при проектировании комплексных систем.

Оказалось, что погрешность планирования размещения датчиков на основе общих сведений о поведении магнитных полей достигает 50%! Как следствие — передача неверных данных местоположения или целые неохваченные зоны.

Из-за непринятия во внимание определенных критериев погрешность в определении числа требуемых индуктивных датчиков местоположения обычно составляла 15%.

Тщательный выбор мест размещения датчиков при строительстве зданий, предусматривающий отверстия в бетоне под датчики, впоследствии избавит от лишней работы. Целесообразно также обсудить с будущими пользователями концепцию безопасности, четко разграничить зоны наблюдения, соотнеся их с данными местоположения.

Тем не менее, в ходе эксплуатации системы необходима практическая проверка зон обнаружения, выходящая за рамки просто эксплуатационной наладки. При этом вносятся необходимые изменения с учетом индивидуальных особенностей места установки каждого отдельного IOS-датчика. Предсказать на 100% или рассчитать распространение магнитного поля не можем ни мы, ни проектировщики!

IOS-датчик питается напряжением 230 В переменного тока или 24 В постоянного тока и выпускается также во взрывозащищенном варианте. Связь с центральными блоками управления системы персональной безопасности не требуется, но она может использоваться в целях функционального контроля.

Для сложных монтажных условий предусмотрен IOS-датчик с одной или двумя вынесенными антеннами (ок. 10 м) и с одним или двумя индуктивными шлейфами. Следует помнить: При подключении двух антенн мощность IOS-датчика делится.

Что нужно учитывать при выборе мест установки IOS-датчиков?

Принцип действия индуктивных датчиков местоположения:

IOS-датчики генерируют магнитное поле, которое по своим характеристикам не сравнимо с ВЧ-полем приемо/передающих устройств мобильных телефонов или высокочастотных радиомаяков!

Проектирование датчиков местоположения IOS в системах персональной безопасности Проектирование датчиков местоположения IOS в системах персональной безопасности

Магнитное поле представляет собой пространственную форму нашей материи и излучается датчиком всегда почти сферически, то есть и вверх и вниз!!

При одноименных полюсах оба магнитных поля деформируются, оттесняя друг друга, как это можно лучше всего продемонстрировать на примере двух сдавленных друг с другом воздушных шаров.

Проектирование датчиков местоположения IOS в системах персональной безопасности

Эта особенность позволяет четко отграничить поля друг от друга. Никакое другое электрическое поле не обладает таким свойством, очень важным при определении местоположения!

Следовательно, значительная деформация магнитного поля возможна только под действием другого магнитного поля (смотри также «Ответный IOS-датчик»). Как будет выглядеть такая деформация, предсказать невозможно, лучше всего создать ее практически непосредственно на месте установки датчика.

Металлические и стальные предметы могут незначительно влиять на магнитное поле, если их масса достаточно велика. Небольшие решетки, стальные листы и т.п. «обхватываются» силовыми линиями магнитного поля, препятствуя их воздействию на магнитное поле. Однако следует иметь в виду, что крупные предметы из ферромагнитных металлов (напр. железа, никеля и других сплавов) могут оказать «фокусирующее » воздействие на магнитное поле. Будет ли иметь место такое воздействие и в какой форме, это можно установить только опытным путем на месте установки датчиков. Классический пример — массивные двутавровые балки, невидимо присутствующие в стенах.

Предметы из цветных металлов не оказывают почти никакого воздействия на магнитное поле, если только они полностью не «обхватывают» его.

Тело человека не является препятствием для магнитного поля, то есть не происходит ослабления сигнала на 20 — 30 дБ как в случае ВЧ-излучения, если тело находится между источником излучения и прибором персональной безопасности! Это очень важно при выборе мест установки индуктивных датчиков местоположения.

Влияния магнитного поля IOS-датчика на другие электронные или медицинские приборы вследствие их малой мощности и чистых синусоидальных колебаний пока не обнаружено. Напр. для кардиостимуляторов, соответствующих CE-нормам, оно не представляет опасности. Для сравнения: Напряженность магнитного поля линии электропередачи может в 500 раз превышать силу магнитного поля IOS-датчика.

Следует учитывать, что в многоэтажных зданиях магнитное поле распространяется вверх и вниз. Это относится также к вынесенным антеннам и индуктивным шлейфам.

При идентичной планировке этажей IOS-датчики следует устанавливать на разных этажах по возможности точно друг над другом. Магнитные поля наталкиваются друг на друга и деформируются, но не излучаются на другие этажи!

Проектирование датчиков местоположения IOS в системах персональной безопасности

При установке датчика на уровне половины высоты помещения монтаж выполняется таким образом, чтобы зона столкновения полей располагалась приблизительно в районе пола и потолка.

Минимальное расстояние между двумя соседними IOS-датчиками должно составлять 3 м, при расстоянии между датчиками менее 2 м направление распространения полей становится неконтролируемым.

Для контролирования зоны перехода из здания на открытую территорию следует разместить в почве или на дороге на расстоянии примерно 3 м от выхода один, а при необходимости даже два IOS-датчика, но помещения внутри здания не должны попадать в зону наблюдения!

На лестничных клетках IOS-датчик монтируется примерно посередине между двумя лестницами, крепление на стену может привести к искажению данных местоположения в расположенном за стеной помещении. Здесь рекомендуется использовать IOS-датчики с вынесенной антенной или индуктивным шлейфом.

Решетки или стальные двери не являются препятствием для магнитных полей. Силовые линии всегда стремятся принять старую форму!

Проектирование датчиков местоположения IOS в системах персональной безопасности

Они «обхватывают» подобные предметы и вновь сливаются позади них.

При выборе мест установки датчиков никогда не следует исходить из того, что сигнальный прибор персональной безопасности всегда будет перемещаться самым оптимальным образом, например, по центру коридора. Если датчик будет находиться прямо на стене, сможет ли он принимать информацию из прилегающей зоны (напр. из лестничной клетки)?

Если не удается избежать проникания излучаемых IOS-датчиком полей в соседнее помещение, то желательно, чтобы это помещение по возможности относилось к той же зоне безопасности, и было бы доступным для оказания помощи.

Для предотвращения проникания магнитных полей в области, не относящиеся к той же зоне безопасности, можно использовать так называемый «ответный IOS-датчик». Этот прибор посылает опознавательный кодовый сигнал, его поле оттесняет другое поле обратно в «свою» зону.

IOS-датчик генерирует магнитное поле переменного тока с частотой ок. 65 кГц. Эта частота модулируется кодом, представляющим собой опознавательный кодовый сигнал IOS-датчика. IOS-датчик непрерывно, пока имеется питание, излучает импульсное поле.

Проектирование датчиков местоположения IOS в системах персональной безопасности

Поле подразделяется на 16 уровней мощности. В радиусе действия от 1 м до 6 м можно установить любой из этих уровней.

Выясните, необходимо ли использовать для питания IOS-датчиков ИБП-модуль или дизельный двигатель?

Необходимо ли предусмотреть дополнительные контрольные точки для считывания приборами контроля работы охраны?

Важно для мест лишения свободы: при планировании не забывайте о зонах, не имеющих особого статуса зон безопасности. При захвате заложников сотрудник может вынужденно оказаться в такой зоне и, возможно, именно там он сможет послать сигнал бедствия!

У заключенных очень много свободного времени и они раньше Вас могут обнаружить слабые места в системе безопасности, поэтому планирование должно быть очень тщательным.

Не следует устанавливать аппаратуру в зоне нахождения заключенных, или же она должна иметь надежную противовандальную защиту.

Для таких случаев Funkwerk EC предлагает специальные особо прочные корпуса.

Указания по монтажу

IOS-датчики/антенны следует монтировать по возможности всегда в вертикальном положении для обеспечения максимальной индукции в сигнальных приборах персональной безопасности. Соответственно при горизонтальном монтаже индукция будет минимальной.

Проектирование датчиков местоположения IOS в системах персональной безопасности

Положение кабельного ввода не влияет на его функционирование, однако при размещении его вне здания он должен быть направлен вниз. Толщина подводящего провода не должна превышать 3×1,5 мм?, так как в противном случае кабельный ввод будет слишком мал.

Внимание! Заводской корпус имеет класс защиты IP 54. Поэтому необходим второй всепогодный пластмассовый корпус.

Монтаж под штукатурку возможен, но нужно соблюдать требуемую монтажную глубину. IOS-датчик потребляет мощность ок. 7 – 8 ватт, которая частично преобразуется в тепло. При летних температурах или прямом воздействии солнечных лучей возникает аккумуляция тепла, если монтажная глубина превышает 5 см. При использовании монтажной пены она наносится только на заднюю панель. Ни в коем случае нельзя наносить пену на весь IOS-датчик!

Оптимальным является монтаж под прочной защитной крышкой. Информацию о материале, модели, адресах для оформления заказа, ценах можно запросить у нас.

Ни в коем случае недопустим монтаж IOS-датчика в полностью закрытом металлическом корпусе. Возникающее при этом короткое замыкание магнитного потока сделает прибор бесполезным!

При установке в почву необходимо поместить датчик в пластмассовый корпус. Его положение в корпусе должно быть фиксированным, чтобы регулировки поля сохранялись длительное время.

Поскольку IOS-датчик программируется снаружи (мощность и опознавательный код), монтажная глубина не должна превышать 30 см (до верхнего края IOS-датчика).

Необходимо принимать во внимание дополнительную нагрузку давления, возникающую при въезде и выезде грузовых автомобилей! Здесь использовались стандартные кабельные шахты, устанавливаемые на насыпи из бетона. Здесь также необходимо дополнительно поместить IOS-датчики в пластмассовые муфты и соблюдать установленную глубину монтажа.

Вариант исполнения: ворота для грузовиков с индуктивными шлейфами в качестве антенны.

Проектирование датчиков местоположения IOS в системах персональной безопасности

Для этого вскрывается бетон и прокладывается провод шлейфа (напр. медный провод сечением 1,5 кв.мм). Электронный блок IOS-датчика монтируется в стену или на стену.

При прокладывании шлейфов в асфальтовом покрытии в качестве провода шлейфа следует использовать провод с оболочкой из стеклонити, так как в прорезях в дорожном покрытии под действием асфальтовой заливочной массы возникает огромная тепловая нагрузка, которая может вызвать повреждение ПВХ-оболочки.

Широкие подземные шахты должны быть оборудованы так, чтобы датчики не могли оказаться на поверхности. При очень большой ширине шахт необходим двойной монтаж.

Вариант исполнения: широкая подземная шахта

Проектирование датчиков местоположения IOS в системах персональной безопасности

При установке датчиков в почве следует иметь в виду, что вследствие сферической формы магнитного поля его используемая ширина в верхней области меньше общего диаметра поля.

Проектирование датчиков местоположения IOS в системах персональной безопасности

В этом случае предпочтительнее использовать индуктивный шлейф.

Вариант исполнения: размещение в земле, устойчивость к нагрузке от проезжающих легковых автомобилей до 12 т.
Для класса D 400 кН рекомендуется использовать стандартную кабельную шахту из бетона.

Проектирование датчиков местоположения IOS в системах персональной безопасности

Зарекомендовала себя лучше всего!!

Для сложных монтажных условий выпускаются две специальные модели датчика.

  1. С выносной антенной

    Электронный блок в обычном корпусе монтируется в легкодоступном месте, а антенна выносится с помощью 10 м кабеля и укладывается в (неметаллическую) трубу.

    Проектирование датчиков местоположения IOS в системах персональной безопасности
  2. С шлейфовой антенной

    Электронный блок в обычном корпусе монтируется в легкодоступном месте, антенна формируется индуктивным шлейфом. Он может быть проложен напр. неглубоко в полу, если монтаж в стене не возможен.
    Ширина шлейфа в направлении пересечения не должна превышать 2 м.

    Проектирование датчиков местоположения IOS в системах персональной безопасности

    При использовании индуктивных шлейфов следует помнить:

    • Шлейфы длиной более 30 метров требуют особого разрешения в RegTP (немецкой регулирующей организации в сфере телекоммуникаций)!
    • Внутри зданий следует избегать индуктивных шлейфов, если же они все-таки необходимы, то по возможности не комбинировать их с другой антенной одного и того же IOS-датчика!
    • Индуктивные шлейфы излучают магнитное поле перпендикулярно плоскости шлейфа, дальность распространения поля зависит от уровня мощности и протяженности шлейфа, но всегда остается в пределах шлейфа. Практический опыт показывает, что за пределами провода шлейфа дальность действия магнитного поля не более 0,7 м.
    Проектирование датчиков местоположения IOS в системах персональной безопасности

Практические зоны охвата индуктивных шлейфов:

Проектирование датчиков местоположения IOS в системах персональной безопасности

В тех случаях, когда устанавливаемые в почве датчики монтируются в пластиковые трубы / шланги и т.п., можно проложить сигнальную ленту. При установке датчиков в асфальтовом покрытии следует учитывать тепловое воздействие асфальтовой заливочной массы!

Новая модель датчика IOS 452:

Благодаря технологическим модификациям теперь на датчике IOS 452 можно установить две антенны. Например, можно комбинировать внутреннюю антенну с вынесенной или установить две вынесенные антенны. Обе антенны излучают различные опознавательные кодовые сигналы, так что они ведут себя как два отдельных IOS-датчика.

Следует иметь в виду, что на одну антенну / шлейф приходится только половина мощности. При очень больших размерах индуктивного шлейфа лучше подключать к каждому IOS-датчику только один шлейф.

Функциональный мониторинг

В определенных случаях необходимо предусмотреть устройство контроля датчиков местоположения. Мониторинг функционирования индуктивных датчиков местоположения осуществляется без использования дополнительной электрической сети через существующую систему электропитания.

Индуктивный датчик местоположения с функцией мониторинга.

Датчик местоположения для непрерывной передачи опознавательного кодового сигнала на мобильные сигнальные приборы безопасности имеет встроенный модуль для мониторинга питания, токов в шлейфах антенн, функций центрального процессора, передачи сообщений противовзломной и аварийной сигнализации через существующую систему электропитания 230 В на центральную станцию мониторинга.

Центральная станция мониторинга IOS-датчиков

Представляет собой автономную ПК-систему для постоянного циклического мониторинга индуктивных датчиков местоположения с мгновенным отображением аварийных сообщений.
Аварийное сообщение передается на существующую систему менеджмента безопасности и/или мобильные сигнальные приборы персональной безопасности. Сообщения протоколируются.

Обзор локационных систем. Индукционный метод определения местоположения в системах персональной безопасности.

Почему компания Funkwerk делает ставку на индукционный метод?

За период до конца 2006 года компанией Funkwerk EC (включая годы под управлением BOSCH Telecom и TENOVIS) было введено в действие на самых разных объектах около 35.000 индуктивных датчиков местоположения.

В результате этого не только был приобретен огромный опыт работы с магнетизмом, но и внесен ряд изменений в сам индуктивный датчик. После создания новой DECT системы персональной безопасности «DSS» проводились исследования других возможных методов определения местоположения.

Ниже представлены основные результаты этих исследований:

Спутниковая «GPS» навигация

Обычно используется только на транспортных средствах, так как должна иметься хорошо видимая антенна. Для определения местонахождения должны быть всегда «видимы» как минимум 3 навигационных спутника. Точность составляет порядка 30 м. В зданиях или под землей система не может использоваться. Обработка данных децентрализованная, то есть выполняется в сигнальном приборе персональной безопасности. С этим связаны большие габариты и вес. Эта система оказалась не подходящей для FUNKTEL.

Акустическая локация

Сигнальный прибор безопасности в случае тревоги посылает звуковой сигнал. Этот сигнал передается для анализа распределенными в объекте звукоприемниками на центральную станцию. Точность очень высока благодаря хорошему отграничению от соседних помещений.
Система очень затратная, так как все помещения, коридоры и открытые участки территории должны быть оснащены приемниками. Если звуковой сигнал не принимается, тревога не может быть соотнесена ни с какими координатами. Следует также обратить внимание на тип связи между звукоприемниками и централью (кабельные трассы, электропитание). Если между передатчиком и приемником находится звукопоглощающее препятствие (например, собственное тело), то звуковой сигнал ослабляется настолько, что уже не может быть обнаружен физически и более не поддается анализу. — Решение не подходит.

Радиолокация, использующая поле высокой частоты

Сигнальный прибор безопасности обнаруживает и анализирует ВЧ-поле передатчика. В качестве приемников служат так называемые «радиолокационные приемники» или в беспроводных телефонных системах базовые радиостанции DECT. В беспроводных телефонных системах это наиболее экономичный вариант, ведь базовые радиостанции и так уже существуют, а локальные радиосистемы должны быть дополнительно оснащены радиолокационными приемниками. Точность такой радиолокации сомнительна, так как сигнал, излучаемый сигнальным прибором безопасности, может быть принят множеством приемников, и поэтому точное указание местоположения невозможно.
При установке радиолокационных приемников на потолке коридора неизбежно захватывается также сигнал от прибора безопасности в вышерасположенном помещении!

Как и при ультразвуковой локации все контролируемые зоны объекта должны быть повсеместно оборудованы приемниками, что колоссально увеличивает затраты. Следует также учитывать тип связи между локационными приемниками и централью (кабельные трассы, электропитание).

Проектирование датчиков местоположения IOS в системах персональной безопасности

Радиолокация с помощью высокочастотных радиомаяков

Как и при индукционном принципе обнаружения, радиомаяки устанавливаются на входах и выходах контролируемых зон. Они всегда излучают ВЧ-сигнал, который сообщает сигнальным приборам персональной безопасности актуальное местонахождение. Поскольку высокочастотные поля накладываются друг на друга, планирование является чрезвычайно критическим. При программировании дальности действия ослабление сигнала за счет его поглощения телом человека (ок. 20-30 дБ при 1,9 Гигагерц) оказывается неприятным сюрпризом. Если носить сигнальный прибор персональной безопасности на той стороне тела, которая обращена к передатчику, вряд ли следует ожидать ослабления сигнала, если же его носить на противоположной стороне тела, то излучаемая мощность должна быть выше на 20-30 дБ для обеспечения надежности локации. Но также велика опасность попадания сигнала в соседние зоны безопасности.

В DECT-системах эти высокочастотные радиомаяки обычно синхронизируются по 4-проводной линии с системной централью, чтобы их могли обнаружить мобильные телефоны (кабельные трассы, электропитание).

Проектирование датчиков местоположения IOS в системах персональной безопасности

Наше заключение: Решение не подходит, так как слишком велики затраты, возникают погрешности.

Инфракрасное обнаружение:

Инфракрасное обнаружение работает по тому же принципу, что и индукционный метод определения местоположения. Следует иметь в виду, что передающая среда свет всегда требует зрительную связь между ИК-передатчиком и ИК-приемником в сигнальном приборе персональной безопасности. — Решение не подходит.

Индуктивные радиомаяки:

Проектирование датчиков местоположения IOS в системах персональной безопасности Проектирование датчиков местоположения IOS в системах персональной безопасности

Они генерируют магнитное поле, которое почти не ослабляется и не деформируется под воздействием внешних факторов. Ни тело человека, ни металлические предметы не являются препятствием. Силовые линии магнитного поля пронизывают или обхватывают их.

Проектирование датчиков местоположения IOS в системах персональной безопасности

Только объекты из ферромагнитных материалов сверхбольших размеров или другие магнитные поля в состоянии изменить магнитное поле. Поскольку магнитные поля не накладываются друг на друга и не смешиваются между собой, точность определения местоположения очень высока и погрешности почти не возникают.

Тело человека не является препятствием для магнитного поля, то есть сигнал не ослабляется на 20 — 30 вБ, как при высокой частоте, когда тело находится между источником излучения и сигнальным прибором персональной безопасности!

Никаких ошибок в определении координат из-за сверхвысокой дальности действия датчиков местоположения не возникает!

Какие преимущества имеет индукционный метод определения местоположения?

Как с помощью индукционного метода определяется местоположение сигнальных приборов персональной безопасности?

Абонент системы задает зоны, которые при передаче сигнала бедствия прибором персональной безопасности покажут местонахождение этого прибора. Отображение данных местоположения возможно либо в виде текста на пульте управления либо экране компьютера в виде топологической схемы.

В контролируемой зоне устанавливаются так называемые индуктивные датчики местоположения, которые непрерывно излучают сигнал. Передающей средой этого сигнала является магнитное поле, отсюда и название индуктивные датчики. Это магнитное поле настолько слабое, что оно не оказывает никакого влияния на человеческий организм или на электронные приборы.

Мобильные приборы персональной безопасности, которые охраняемые лица носят с собой, оснащены специальным приемником этого магнитного поля и его модулированного сигнала. Когда сигнальный прибор персональной безопасности пересекает магнитное поле индуктивного датчика, он принимает сигнал от датчика — опознавательный код датчика — и сохраняет его в памяти до тех пор, пока он не пересечет магнитное поле другого датчика местоположения и не запишет новый опознавательный код вместо старого. В результате эти приборы точно идентифицируют место бедствия даже тогда, когда они находятся между двумя далеко отстоящими друг от друга датчиками. Тем самым исключаются случаи субъективного восприятия, как например, «распознавание направления движения», так как в момент бедствия человек, подающий сигнал тревоги, находится в определенной стрессовой ситуации.

Проектирование датчиков местоположения IOS в системах персональной безопасности

При подаче сигнала бедствия сигнальным прибором персональной безопасности на центральную станцию передается и отображается последний сохраненный опознавательный код вместе с абонентским номером сигнального прибора персональной безопасности. Поступающая на центральную станцию информация о местоположении может использоваться и другими системами.
Для повышения функциональности и надежности мобильные сигнальные приборы безопасности могут быть запрограммированы на «функцию контроля работы охраны». Как только прибор контроля охраны примет опознавательный кодовый сигнал датчика местоположения, этот сигнал сразу передается на центральную станцию, которая сможет отследить путь перемещения прибора. Возможно графическое отображение сигнала.

Таким образом, контроль работы охраны осуществляется бесконтактно! С помощью специального программного обеспечения возможно также сопровождение обходов охраны в реальном времени и их графическое отображение.