Poradna: PIR, MW, Antimasking – Jak fungují a jaká jsou rizika?

1) Detektory pohybu - Úvod

V předcházejícím článku od Pavla Hodra jsme si definovali, proč je vhodné myslet na ochranu nemovitosti, jaké existují typy hrozeb, kdy vybrat EZS (PZTS) a nepreferovat kamerový systém (CCTV), a jaké existují typy ochran. Článek byl zakončen průvodcem, na co nezapomenout při výběru vhodné technologie.

Dnes navazujeme popisem technologií použitých v nejdůležitější součásti EZS systému, tj. v detektorech pohybu, jejichž úkolem je detekovat pohybující se předměty/tělesa ve střežené oblasti, ať už uvnitř objektu, či vně. Dozvíte se, jaké technologie se dnes v detektorech pohybu používají a na jakém principu fungují.

2) PIR detekce

PIR je první z technologií, kterou v detektorech pohybu nalezneme. Zkratka PIR vznikla zkrácením anglického Passive Infrared Detector. V češtině používáme termíny Pasivní Infračervený Detektor nebo také Infrapasivní detektor. Proč se jim říká infrapasivní detektory probereme v závěru kapitoly.

Základem PIR detektorů je polovodičový snímač na bázi sloučenin lithia a tantalu tzv. Pyroelement (podle řeckého slova pyros=oheň),který využívá pyroelektrický jev, jež lze definovat jako schopnost materiálu generovat elektrický potenciál při změně jeho teploty.

Pyroelektrické detektory jsou citlivé na infračervené záření tak, že začnou generovat elektrický náboj. Pokud se změní hodnota dopadajícího infračerveného záření, změní se tím i hodnota elektrického náboje. Tato změna náboje je zesilována vnitřním FET tranzistorem, který je součástí pyroelektrického snímače. Tyto pyroelektrické snímače jsou citlivé v širokém vlnovém rozsahu, a proto jsou snímače dovybaveny filtrem, který propouští omezené vlnové délky infračerveného záření v rozsahu 8 až 14µm, přičemž teplotě lidského těla odpovídá vlnová délka 9,4µm.

Aby mohla být zjištěna změna dopadajícího infračerveného záření na pyroelement při pohybu tělesa prostorem, je potřeba prostor rozdělit na několik částí – detekčních zón, přičemž až protnutím více zón dojde ke spuštění alarmové události. Rozdělení prostoru do detekčních zón zajišťuje optická soustava umístěná před pyroelement a bývá tvořena zrcadly či Fresnelovými čočkami. Úkolem této soustavy je soustřeďovat do pyroelementu infračervené záření vyzařující z povrchu těles, které se nacházejí v detekčních zónách (ohniscích čoček).

Hlavními prvky Infrapasivního (PIR) detektoru jsou:

• a) Optická soustava, jež rozděluje střežený prostor na detekční zóny, a v jejímž v ohnisku je pyroelement.
• b) Pyroelement detekuje změny intenzity dopadajícího infrazáření, které převádí na elektrický signál.
• c) Elektrické obvody následně zpracovávají elektrický signál z pyroelementu a pokud je příchozí signál vyhodnocen jako odpovídající pohybujícímu se tělesu, je spuštěn výstupní prvek.
• d) Bezpotenciálové výstupní relé je obvyklým výstupním prvkem a má za úkol informaci o detekovaném pohybu předat do připojeného zařízení (expandér, ústředna,…)

Infrapasivní čidla se nazývají pasivní, protože nevyzařují do prostoru žádné signály. Místo toho pasivně monitorují infračervené záření v prostoru. Čidlo tedy nedetekuje přímo pohyb tělesa, ale změnu v intenzitě a distribuci infračerveného záření, kterou způsobí pohyb tělesa.

Z výše uvedeného tedy vyplývá, že citlivost infrapasivních čidel je přímo úměrná rozdílu teplot prostředí a detekovaného tělesa a zároveň je větší při pohybu kolmém k ose detektoru (při pohybu z jedné strany na druhou).

Dosah infrapasivních čidel bývá v rozmezí 8 až 20 mv závislosti na kvalitě pyroelementu a zvolené optické soustavě, která nejčastěji bývá v provedení „vějíř“ (široký úhel záběru pro pokrytí místnosti) nebo „záclona“(úzký úhel záběru po pokrytí prostoru u stěn).

Na závěr je vhodné dodat, že výhodou PIR technologieje relativní nenáročnost na HW komponenty, čímž je dosaženo příznivé ceny. Pokud technologie PIR není doplněna jinou doplňkovou, lze daná čidla upravit tak, aby získala tzv. PET imunitu, neboli odolnost na domácí mazlíčky. PET imunita funguje na principu utlumení citlivosti a upravení optické charakteristiky, čímž dojde k omezení detekce při zemi a zvířata, která se nedostanou do výšek, nám tak nespustí alarm. Z tohoto jednoduchého principu vyplývá, že PET imunita nebude fungovat na kočky, ptactvo atd.

3) Radarová MW detekce

Radarová mikrovlnná technologie (MW z anglického microwave) je druhou velmi často používanou technologií detekce.

Základem detektorů na bázi radarové MW je anténa, dnes již běžně realizovaná jako planární anténa, která vyzařuje do střeženého prostoru elektromagnetické záření o frekvenci v řádech GHz, tudíž ve spektru nazývaném jako mikrovlny. Tento mikrovlnný signál se v prostoru odráží od předmětů a vrací se zpět na anténu detektoru, který tento odražený signál analyzuje a hledá v tomto signálu posuny frekvence, které by byly důsledkem nějakého pohybu těles v prostoru.

Využívá se zde tzv. Dopplerův efekt, což je změna frekvence a vlnové délky oproti vysílanému signálu, způsobenou vzájemnou rychlostí vysílače a přijímače. Nejpraktičtější ukázkou Dopplerova jevu, je změna vlnové délky (tónu/zvuku) přijíždějícího a odjíždějícího vozidla se sirénou. Obdobně detektor rozpozná, že se objekt v jeho střeženém poli pohybuje. Někdy se tedy lze setkat s názvem Dopplerův detektor pro tento typ mikrovlnných detektorů.

Z principu vyplývá, že na rozdíl od infrapasivních detektorů je mikrovlnný detektor citlivější v ose detektoru, to znamená pro pohyb k nebo od detektoru. Citlivost tedy není závislá na teplotním rozdílu prostoru a detekovaného tělesa, což skýtá výhodu v odhalení narušitele, který by se pokoušel překonat detektor odstíněním sebe sama použitím předmětu z domu (výhoda stejné teploty), oblečením do neoprenu, či zacloněním detektoru sklem, ke kterému může snadno dojít nevhodným umístěním detektoru u okna, které narušitel otevře.

Detektory na bázi mikrovlnné technologie vyžadují precizní nastavení, jelikož mikrovlnný signál může procházet materiály, a proto je potřeba vyloučit nežádoucí detekci objektů mimo střežený prostor. Pro názornost uvedeme několik příkladů, kdy může nastat nežádoucí detekce pohybu. 

• a) Výtahová šachta,
• b) Detektor směřuje skrze výlohu na rušnou ulici.
• c) Řítící se voda v odpadové rouře za zdí
• d) Odraz od kovových ploch tedy i zrcadel, neboť MW technologie se od kovových materiálů odráží. V takovém případě hovoříme o tzv. detekci „za roh“
• e) Více detektorů v místnosti
• f) Zářivková svítidla a další.

Dále je potřeba myslet u MW detektorů na spotřebu. Jelikož se nejedná o pasivní, ale aktivní detektory, je jejich proudová spotřeba vyšší než u infrapasivních detektorů, což při napájení detektorů ze systémového zdroje či z baterie může znamenat nedostatek el. energie z důvodu úbytku na vedení, či rychlejší vybití, pokud používáme detektory napájené z baterie.

Všechny tyto vlastnosti je potřeba vzít v úvahu při projektování a instalaci MW detektorů.

4) Duální detektory PIR+MW

Třetí kategorií je kombinace dvou předcházejících, tzv. DUÁLNÍ detektory PIR+MW

Z předešlých popisů je patrné, že každá technologie másvoje přednosti, ale i slabiny. Sloučením těchto dvou technologií tedy lze vytvořit detektor s potřebnými vlastnostmi pro dané prostředí.

Největší slabinou PIR detektorů je náchylnost k planým poplachům způsobených prouděním vzduchu o rozdílné teplotě (typicky průvan), pohledem detektoru na sálající tepelný zdroj, nevhodně nastavená PET imunita atd.

Proti těmto vlivům je zcela odolný mikrovlnný systém. Spojíme-li tedy tyto dva systémy dohromady pak můžeme vytvořit detektor odolný proti falešným poplachům.

Problém bohužel nastává, protože nemůžeme mít vše zároveň, a v momentě kdy použijeme duální detektor s dvěma typy detekce, musíme se rozhodnout co v daném případě, tj. v naší domácnosti, preferujeme.

Pokud potřebujeme větší odolnost proti falešným poplachům, pak volíme součtovou logiku vyhodnocení poplachu AND, to znamená, že k poplachu dojte pouze tehdy, pokud obě technologie rozpoznají pohyb.

Pokud potřebujeme větší bezpečnost detekce, pak volíme logický součin OR pro vyhodnocení poplachu, to znamená, že k poplachu dojde jakmile alespoň jedna technologie rozpozná poplach.

5) Antimasking

Doposud jsme se koukali na detektory jako na zařízení, která mají detekovat pohyb ve střeženém prostoru a nepřemýšleli jsme o tom, že případný narušitel může před zamýšleným vniknutím, nějakým způsobem omezit funkčnost těchto detektorů, které pak v inkriminovaný okamžik nebudou schopny detekce. Většinou se jedná o veřejné prostory, kam je během dne volný přístup (sklady, chodby,…) nebo o prostory, kde sám provozovatel má v úmyslu fingovat krádež za účelem pojistného podvodu (takovýchto případů je více než těch prvních).

Z těchto důvodů byla vytvořena funkce ochrany samotného detektoru, která má detekovat pokus o zastínění detektoru a tím jeho zneschopnění detekce. Používá se anglický název ANTIMASKING.

Samotný název je trochu zavádějící, protože tato funkcionalita nijak nezabraňuje zamaskování čidla, ale pouze detekuje tuto skutečnost a samozřejmě signalizuje dále do systému jako poplachový stav.

Všechny tyto systémy detekce zamaskování pracují na aktivním principu, to znamená, že detektor vysílá signál před svou optiku a detekuje, zda se odráží zpět a v jaké intenzitě.

Pokud má detektor volný výhled, vysílaný signál se prakticky nevrací. Jakmile dojde k zaclonění výhledu, např. postavením nějakého předmětu před detektor, vysílaný signál se začne odrážet zpět do detektoru a ten toto vyhodnotí jako pokus o zamaskování čidla.

U PIR detektorů se jako měřící signál používá infračervené světlo vysílané infračervenou diodou.

Aby nedošlo k ovlivnění schopnosti detekce, měřící signál je úplně z jiné části infraspektra než na které probíhá detekce, čili tento systém žádným způsobem neovlivňuje samotnou detekci pohybu.

U mikrovlnných detektorů se využívají stejné signály a obvody jako pro detekci pohybu, jen se vyhodnocují jiné parametry v odraženém signálu.

Informace o zakrytí (zamaskování detektoru) bývá vyvedena na samostatné svorky a přenášena do systému odděleně od poplachové informace.

Funkci detekce zamaskování ANTIMASKING jsou vyžadovány u systémů, které splňují požadavky na stupeň zabezpečení 3.

6) Shrnutí článku

PIR (Passive Infrared) detektory využívají pyroelektrický jev, kde pyroelement reaguje na změny infračerveného záření generováním elektrického náboje. Tento náboj se mění s intenzitou dopadajícího infračerveného záření, což detektor vyhodnocuje jako pohyb. PIR detektory jsou citlivé na rozdíly teplot mezi prostředím a objektem a lépe detekují pohyb kolmý k ose detektoru. Mají dosah 8 až 20 metrů a jsou oblíbené pro svou cenovou dostupnost. Mohou být vybaveny PET imunitou, která snižuje citlivost na malé domácí mazlíčky.

MW (mikrovlnné) detektory pracují na principu Dopplerova efektu, kdy vysílají mikrovlnný signál a analyzují jeho odrazy od objektů. Změna frekvence odraženého signálu indikuje pohyb. MW detektory jsou citlivější na pohyb směrem k nebo od detektoru a nejsou ovlivněny teplotními rozdíly. Vyžadují přesné nastavení, aby se zabránilo nežádoucím detekcím, například skrze zdi nebo výlohy. Duální detektory kombinují PIR a MW technologii, čímž zvyšují odolnost proti falešným poplachům a poskytují spolehlivější detekci.

Antimasking je funkce, která detekuje pokusy o zastínění detektoru, což by mohlo omezit jeho schopnost detekce. Detektor vysílá signál a sleduje jeho odraz; při zaclonění výhledu signalizuje poplach. Antimasking je klíčový pro zabezpečení veřejných prostor a systémů s vyšším stupněm zabezpečení 3, kde je riziko sabotáže detektorů vyšší.

Pokud jste článek dočetli až sem, děkuji Vám za Váš čas a věřím, že Vám informace z článku poslouží pro úspěšné návrhy EZS (PZTS).