Журнал "Системы безопасности"
Автор: Р.Ф. Кутейников
Главный технический специалист ЗАО "Риэлта"

Извещатели разрушения стекла

Стекла являются одним из наиболее распространенных элементов строительных конструкций. В большинстве современных зданий площадь остекления составляет более половины площади фасада. Постоянно растет число зданий, стены которых целиком выполнены из стекла. Кроме того, стекла широко используются внутри помещений (витрины музеев, магазинов, прилавки, шкафы и т.д.).  

При всех своих преимуществах стеклянные конструкции имеют существенный недостаток с точки зрения обеспечения безопасности – в силу своей хрупкости они весьма уязвимы, а потому привлекательны для злоумышленников. Поэтому при построении системы охранной сигнализации организация защиты стекол играет наиважнейшую роль.
Множество способов проникновения через оконные проемы (разбитие, нагрев паяльной лампой, вырезание стеклорезом или выдавливание стекла; открывание оконного проема) заставляет использовать целый набор технических средств. Для защиты от открывания применяются магнитоконтакные извещатели, в качестве дополнительного рубежа охраны часто используют пассивные ИК-извещатели типа "штора". Но самыми широко используемыми извещателями для контроля целостности остекленных поверхностей являются извещатели разрушения стекла.

Принципы действия извещателей разрушения стекла
Информацию о разбитии стекла несут в себе возникающие при этом механические и акустические волны. В существующих в настоящее время извещателях разрушения стекла использованы следующие принципы контроля:
• выявление механического нарушения целостности элемента стекла (электроконтактные извещатели);
• обнаружение механических колебаний (ударно-контактные, пьезоэлектрические извещатели);
• обнаружение акустических колебаний (звуковые пассивные извещатели).

Электроконтактные извещатели
Данные извещатели формируют сигнал тревоги при разрыве установленного на стекле проводника (фольга, провод и т.д.). Они устойчивы к механическим колебаниям стекла, имеют низкую стоимость, но требуют трудоемкой установки и сильно портят внешний вид здания.

Ударно-контактные извещатели
Принцип действия этих извещателей основан на инерционных свойствах собственных элементов, которые проявляются при механических воздействиях на охраняемую поверхность.

Пьезоэлектрические извещатели
Основным элементом извещателей данного типа является пьезоэлектрический элемент, который преобразует механические колебания стекла в электрический сигнал. Последующая обработка полученного сигнала электронной схемой позволяет определить, явился ли он производной разбития стекла или другого неразрушающего воздействия.
Эти три группы извещателей требуют установки на поверхности стекла, что особенно неудобно при сложной конфигурации окон с множеством элементов.

Звуковые извещатели разрушения стекла лишены этих недостатков, так как для их функционирования не требуется установка каких-либо элементов на охраняемую поверхность. Они хорошо вписываются в интерьер и могут обеспечить охрану сразу нескольких стекол различной формы и размера.

Звуковые извещатели разрушения стекла
Действие звуковых пассивных извещателей основано на приеме и анализе акустических колебаний, возникающих при разрушении стекла. Затем схема обработки извещателя должна определить, является ли принятый сигнал звуком разбитого стекла или нет.
Для анализа акустических сигналов используются различные алгоритмы. Например, одноканальный метод анализа основан на регистрации высокочастотной составляющей спектра – хорошо знакомого всем слышимого звука разбивающегося стекла. Однако поскольку подобный звук может возникнуть при некоторых воздействиях, отличных от разбития стекла, данный метод не обладает необходимой помехоустойчивостью.
Процесс разрушения стекла сопровождается возникновением целого спектра колебаний: сначала можно разделить на два этапа: сначала стекло деформируется (при этом возникают НЧ-колебания), затем разрушается с характерным звоном (ВЧ-колебания). Принцип действия извещателей, основанный на двухканальном методе анализа, заключается в регистрации последовательности акустических колебаний этих двух частотных диапазонов, повторяющихся с определенным временным промежутком. По такому принципу работают большинство современных извещателей.
В настоящее время разработаны и более сложные алгоритмы, анализирующие не один или два, а целый набор спектральных диапазонов звукового сигнала.

Технические характеристики
Спектр возникающих при разрушении стекла акустических колебаний определяется такими факторами, как:
• параметры стекла: вид, размер, толщина, способ крепления;
• характер воздействия: сила удара, вид предмета.
Поскольку вторую группу факторов предугадать и ограничить невозможно, извещатели должны быть инвариантны к воздействиям любой природы. Поэтому перечислим основные характеристики, которыми следует руководствоваться при выборе звуковых извещателей.

Вид охраняемых стекол
При разрушении стекол различного вида (обычное, закаленное, ламинированное, армированное, многослойное и т.д.) возникают различные по спектральному составу акустические сигналы, для каждого из которых существует оптимальный алгоритм обработки. Поэтому при выборе извещателя необходимо обращать внимание на виды стекол, для которых он предназначен.

Толщина охраняемого стекла
Современные звуковые извещатели обеспечивают защиту стекол толщиной от 2,5 до 7--8 мм, что соответствует практически любым видам стекол, использующихся в строительстве.

Минимальная охраняемая площадь
Это минимальная площадь поверхности стеклянного листа, разрушение которого извещатель обнаруживает с заданной вероятностью. Ограничение минимальной площади связано с тем, что звук разбивания маленького по размерам стекла сравним с разрушением мелких стеклянных предметов. Поэтому обнаружение разбития стекол маленькой площади вступает в противоречие с требованием к помехоустойчивости.

Дальность действия
Дальность действия -- это расстояние от извещателя до самой удаленной точки охраняемой поверхности стекла. Если в извещателе предусмотрена регулировка чувствительности, в характеристиках указывают максимальную дальность действия при максимальной чувствительности.

Антимаскирование
Поскольку звуковые извещатели являются пассивными приборами, то есть не излучают никаких сигналов в окружающее пространство, их работу можно заблокировать путем изоляции от охраняемой поверхности. Поэтому важным свойством является наличие функции антимаскирования -- защищенности от попыток саботажа подобными способами.

Электропитание извещателей
По схеме питания извещатели можно разделить на питающиеся от источника питания 12 В и питающиеся по шлейфу сигнализации и, как правило, при напряжении в сети от 8 до 30 В. Основным преимуществом шлейфных извещателей является то, что они имеют двухпроводное включение и не требуют дополнительного источника питания.
В целом звуковые извещатели, как и извещатели других типов, должны обеспечивать большую вероятность обнаружения при высокой помехоустойчивости к бытовым шумам, различным звуковым помехам, неразрушающим ударам по стеклу, а также быть удобными в установке и обслуживании.
Основным направлением развития звуковых извещателей разбития стекла является повышение их помехоустойчивости. Задача производителей состоит в поиске оптимального алгоритма обработки, который не допустил бы формирование ложных тревог и в то же время обеспечил бы высокую обнаружительную способность.

Эксплуатация звуковых извещателей
Монтаж и эксплуатация извещателей требуют соблюдения множества правил, основными из которых являются следующие:
• устанавливать извещатель рекомендуется на высоте не менее 2 м, чтобы исключить его возможные повреждения, а также избежать отгораживания от охраняемой поверхности какими-либо предметами;
• расстояние до самой удаленной точки охраняемого стекла не должно превышать максимальную дальность действия извещателя;
• стекло должно находиться в поле действия извещателя, чтобы микрофон принимал прямой звук, а не переотраженный.
Большинство производителей рекомендуют обязательную настройку извещателя для адаптации к особенностям помещения (помеховой обстановке, уровню шумов, планировке и интерьеру помещения). Настройка должна производиться с помощью тестового удара по стеклу металлическим шариком. Только при такой методике удается точно сымитировать звук разрушения конкретного стекла в конкретном помещении.
Популярные же тестеры-имитаторы разбития стекла можно использовать только для периодической проверки работоспособности установленных и настроенных должным образом извещателей, поскольку имитатор воспроизводит звук разрушения некоего "усредненного" стекла, который может не совпасть со звуком разрушения стекла, установленного на объекте, подлежащем охране.
Некоторые производители декларируют отсутствие необходимости настройки извещателей на объекте, что вызывает определенные сомнения в их надежности, поскольку отсутствие такой настройки может привести к снижению помехоустойчивости или вероятности обнаружения.
Безусловно, при установке извещателей также необходимо учитывать условия эксплуатации: диапазон рабочих температур, устойчивость к электромагнитному излучению, помехозащищенность, устойчивость к влажности.