10 1-2011, Biblioteka Elektor. 2016
[ Pobierz całość w formacie PDF ]
//-->BiuletynWAtVol. lX, nr1, 2011Model systemu sygnalizacji włamania i napaduna bazie czujników akustycznychHenryk król, Jacek PaśWojskowa akademia Techniczna, Wydział elektroniki, Instytut Systemów elektronicznych,00-908 Warszawa, ul. S. kaliskiego 2Streszczenie.Przedstawiono zjawiska zachodzące przy niszczeniu szyb o różnych wymiarach. Przeanali-zowano właściwości ogólnie dostępnych na rynku czujników zbicia szkła. Zaproponowano i przebadanomodel systemu sygnalizacji włamania i napadu zbudowany na bazie czujników akustycznych.Słowa kluczowe:system bezpieczeństwa, skuteczność, analiza1. WprowadzenieJednym z głównych elementów systemu sygnalizacji włamania i napadu sączujniki zbicia szkła wykorzystujące właściwości fal akustycznych. Zastosowanietakich czujników umożliwia wykrycie próby włamania w momencie zniszczeniaszyby. Detekcja odbywa się na zasadzie przetwarzania sygnałów generowanychw momencie zniszczenia szyby — czujnik analizuje amplitudę dwóch częstotliwości.W pierwszym przypadku analizuje wystąpienie niskiej częstotliwości charaktery-stycznej dla dźwięku uderzenia w szybę oraz sygnał wysokiej częstotliwości typowydla dźwięku niszczonego szkła. Przy wystąpieniu takich sygnałów czujka generujesygnał alarmowy. Dzięki zastosowaniu odpowiedniego algorytmu analizy sygnałuodbieranego przez mikrofon czujnik ignoruje dźwięki pochodzące z innego źródłaniż chroniony obszar oszklony. Szyby to jeden z najsłabszych punktów w chronionympomieszczeniu lub budynku. Ze względu na kruchość szkła jest to często wybieranadroga wejścia. Ponad 35% włamań dokonywanych jest przez zbicie szyby. Większośćsystemów alarmowych reaguje dopiero, kiedy intruz jest już w środku.128H. Król, J. Paś2. Analiza wybranych zjawisk zachodzących przy niszczeniu szybW pierwszym etapie badań dokonano analizy procesu niszczenia szyby w celu okre-ślenia charakterystycznych parametrów. Przebadano zjawiska zachodzące w zależnościod siły uderzenia w szybę, grubości szkła oraz rozmiaru tafli szklanej. Badania zostałyprzeprowadzone w pomieszczeniu zbudowanym z elementów dobrze absorbującychdźwięk. Do badań użyto szkła zwykłego w postaci szyb okiennych o grubości 3 i 6 mmo dwóch różnych wymiarach: 60 cm × 39 cm i 147 cm × 60 cm. Szyby niszczone byłyz różną siłą przy wykorzystaniu kamienia oraz metalowego pręta. Przeprowadzonow sumie 40 prób z uwzględnieniem wyżej wymienionych kryteriów.W badaniach wykorzystano 4 mikrofony, tj. 2 mikrofony pojemnościowe firmyStagg CM-5050 ocharakterystyce kardioidalnej i paśmie przenoszenia od 50 Hz do18 kHz, 1 mikrofon dynamiczny firmyStang DM-5010 ocharakterystyce kardioidal-nej i paśmie przenoszenia od 20 Hz do 10 kHz oraz 1 mikrofon dynamiczny firmySENNHEISER e845 ocharakterystyce kierunkowej i paśmie przenoszenia od 40 Hzdo 16 kHz. Mikrofony zostały umieszczone po jednym z każdej strony szyby w rów-nomiernych odległościach wynoszących 1,5 m. Zastosowanie mikrofonów o różnejcharakterystyce kierunkowej oraz o szerokim paśmie częstotliwości pozwoliło nauzyskanie sygnału o wysokiej jakości. W torze transmisji sygnałów zastosowanomikser firmyMackie CFX12 MKII,do którego zostały podłączone mikrofony. Mikserposłużył do zsumowania czterech sygnałów wejściowych w jeden sygnał.Do rejestracji dźwięku wykorzystano demonstracyjną wersję programu kom-puterowego firmySyntrillium Software Corporation onazwieCool Edit Pro,dziękiktóremu zmierzone próbki zostały zapisane w postaci plików .wav. częstotliwośćpróbkowania wynosiła 44,1 kHz. Zapewnia to podobną jakość zapisu, jaką przed-stawiają płyty cD audio.rys. 1. Stanowisko do badania zjawisk zachodzących przy niszczeniu szybanalizując przebiegi przedstawione na rysunku 2, wyodrębniono trzy charakte-rystyczne podstawowe fazy: fazę uderzenia zawierającą informację o sile uderzeniaModel systemu sygnalizacji włamania i napadu...129w taflę szklaną, fazę kruszenia się szkła, w której następuje proces pęknięcia i nisz-czenia szkła, oraz fazę upadku szkła obrazującą dźwięk rozpadającego się szkła.Z analizy przebiegów uzyskanych w trakcie ww. badań1wynika, że faza uderzeniaw taflę szklaną zawiera się w zakresie częstotliwości do około 4 kHz, natomiastfaza pękania tafli szklanej rozpoczyna się od częstotliwości około 4,5 kHz. na ry-sunku 3 uwidoczniono wykresy widma fali dźwiękowej zarejestrowane podczasniszczenia szyby.rys. 2. Przebiegi amplitudy fali dźwiękowej występujące podczas niszczenia szyby zarejestrowaneprzy użyciu programu cool edit Prorys. 3. Wykresy widma fali dźwiękowej zarejestrowane przy uderzeniach w szybęZastosowanie takich wykresów jest niezwykle korzystne, szczególnie przywyszukiwaniu pojedynczych trzasków, dzięki czemu wszelkie czynności naprawczemożemy zastosować z dużą dokładnością jedynie w odniesieniu do określonegomiejsca. Z przebiegów widocznych na rysunkach 4 i 5 wynika, że proces niszczeniaszkła grubego trwa dłużej niż szkła cienkiego.1Badania wykonane przez Sławomira kurlaka pod kierownictwem H. króla.130H. Król, J. Paśrys. 4. Przebiegi przy niszczeniu szkła o grubości 3 mmrys. 5. Przebiegi przy niszczeniu szkła o grubości 6 mmPonadto amplituda przebiegu zarejestrowanego przy niszczeniu szkła grubegojest większa niż przy niszczeniu szkła cieńszego. Przy grubszym szkle występująwielokrotne odbicia się większych części od podłoża, natomiast przy cienkim szklenastępuje szybsze rozdrobnienie tafli.Badaniom zostały poddane również próbki tafli szklanej o różnej wielkości,tj. 147 × 60 cm oraz 60 × 39 cm. Proces niszczenia szkła o powierzchni mniejszejcharakteryzują wyższe częstotliwości całego procesu. natomiast niszczenie szkłao większych wymiarach charakteryzuje się znacznie większą amplitudą zarejestro-wanego przebiegu. Przedstawiono to rysunkach 6 i 7.rys. 6. Przebiegi przy niszczeniu małej tafli szkła (60 × 39 cm)Model systemu sygnalizacji włamania i napadu...131rys. 7. Przebiegi przy niszczeniu dużej tafli szkła (147 × 60 cm)Z powyższych rozważań wynika, że proces niszczenia szyb posiada kilka cha-rakterystycznych ww. właściwości towarzyszących rozchodzeniu się fali akustycznejpowstającej przy uderzeniu i niszczeniu tafli szklanej.2. Charakterystyka wybranych czujek zbicia szybyrodzinę czujek zbicia szyby dostępną na rynku można podzielić na trzy pod-stawowe grupy:— czujki inercyjne/wstrząsowe (wykorzystujące analizę drgań mechanicz-nych);— czujki akustyczne (oparte na analizie fal akustycznych);— czujki dualne (analizujące fale akustyczne i drgania mechaniczne).czujki takie analizują podczas detekcji sygnał z przedziału częstotliwości od5 do 30 kHz. Podstawowym i najprostszym rozwiązaniem tego typu jest przedsta-wiona poniżej czujka firmy DSc.rys. 8. czujka zbicia szyby ac 101, mikrofonowaDzięki zastosowaniu układów cyfrowej obróbki sygnału urządzenie to jestszczególnie czułe na częstotliwości związane z efektem niszczonego szkła, nato-miast nie reaguje na inne normalne hałasy zewnętrzne. czujka taka reaguje nadwa zjawiska: fale uderzeniową, która występuje przy uderzeniu w szybę, i dźwięktłuczonego szkła.
[ Pobierz całość w formacie PDF ]