CZUJKI ULTRADŹWIĘKOWE

  |   Artykuły SSWiN   |   No comment

Czujki ultradźwiękowe (US – ultrasonic detectors) działają na podobnej zasadzie jak czujki mikrofalowe, czyli w oparciu o zjawisko Dopplera, ale wysyłane przez nie fale mają dużo niższą częstotliwość (około 20 ÷ 30 kHz). Dobrze zdają egzamin w małych pomieszczeniach, ale są bardzo czułe na ruch małych zwierząt, owadów i mogą łatwo wywoływać fałszywe alarmy – stąd obecnie stały się mało popularne.

Ultradźwięki – to fale dźwiękowe o częstotliwości powyżej granicy słyszalności dźwięku przez człowieka, czyli ponad 20 kHz. Czujka jest zbudowana z umieszczonych koło siebie: nadajnika i odbiornika fal ultradźwiękowych, które razem tworzą ultradźwiękowy detektor radarowy. Nadajnik emituje energię, która jest źródłem zaburzenia rozchodzącego się w powietrzu jako fala akustyczna o prędkości n = 332 m/s. Odbiornik odbiera energię o tej samej częstotliwości, częściowo bezpośrednio z nadajnika, a częściowo odbitą od ścian i wyposażenia chronionego pomieszczenia.

Pojawienie się w tym pomieszczeniu poruszającego się intruza powoduje, że część energii odbijać się będzie teraz od niego. Zgodnie z efektem Dopplera, jeżeli intruz będzie:
zbliżał się do detektora – częstotliwość odbieranego sygnału będzie się zwiększać (fala będzie coraz krótsza),

oddalał się od detektora – częstotliwość odbieranego sygnału będzie się zmniejszać (fala będzie coraz dłuższa).

Częstotliwość fali odbitej, docierającej do odbiornika, jest ciągle porównywana ze stałą częstotliwością nadajnika, a zarejestrowana różnica częstotliwości jest wykorzystywana jako kryterium alarmu.

Z powyższego opisu działania wynika, że czułość detektora ultradźwiękowego jest największa dla ruchu poosiowego. Zatem czujkę należy umieścić w kierunku spodziewanego ruchu intruza: np. na drodze od drzwi do okna i jak najbliżej chronionego obiektu. Jednocześnie warto zauważyć, że jeśli intruz będzie poruszał się w stałej odległości od detektora (np. po okręgu), może nie zostać wykryty. Wobec powyższego wskazane jest połączenie czujki ultradźwiękowej z inną czujką. Ideałem jest, aby czujka ta wykazywała maksymalna czułość dla ruchu intruza w kierunku poprzecznym w stosunku do osi optycznej detektora – zatem najlepiej zastosować czujkę PIR.

Pamiętać należy, że im wyższa częstotliwość – tym wyższe jest tłumienie ośrodka. W naszym przypadku jest nim powietrze. Przy niewielkich odległościach (zwykle do 40 m w obie strony), tłumienie fal elektromagnetycznych w powietrzu jest minimalne i praktycznie może być zaniedbane. Poza tym warto zauważyć, że o ile w chronionym pomieszczeniu pojawi się prąd powietrza (konwekcja), to fala w stosunku do nadajnika/odbiornika: w kierunku „z prądem” poruszać się będzie szybciej, a w kierunku „pod prąd” – wolniej. Zatem całkowity czas wędrówki fali będzie w przybliżeniu taki sam, jak w nieruchomym powietrzu, dzięki czemu czujka nie wywoła fałszywego alarmu spowodowanego ruchem powietrza.

Z fizyki wiemy, że w detektorze radarowym gęstość energii emitowanej przez nadajnik maleje odwrotnie proporcjonalnie do kwadratu drogi, jaką musi przebyć fala. Droga ta jest równa podwojonej odległości intruza od czujki, gdyż fala musi najpierw dotrzeć z nadajnika do intruza, a następnie – po odbiciu – wrócić do odbiornika. Zatem, przy dwukrotnym zwiększeniu odległości między czujką a chronionym obiektem, ilość energii docierającej do odbiornika spadnie do 1/16 energii pierwotnej. Inaczej mówiąc, aby dwukrotnie zwiększyć zasięg czujki, należy 16-krotnie zwiększyć moc nadajnika, co z reguły nie jest możliwe. Jednocześnie dwukrotne zmniejszenie kąta widzenia nadajnika i odbiornika pozwala dwukrotnie zwiększyć efektywny zasięg wykrywania bez zwiększania mocy nadajnika lub czułości odbiornika. Fale ultradźwiękowe dają się ogniskować za pomocą odpowiednich przetworników.

Dla skutecznej eliminacji fałszywych alarmów przez naturalne dźwięki i ich harmoniczne, częstotliwość pracy czujnika dopplerowskiego winna być jak największa. Ale wraz ze wzrostem częstotliwości wzrasta tłumienie powietrza. Zazwyczaj częstotliwość pracy ustala się w przedziale 20 ÷ 40 kHz. Przy zastosowaniu dwóch detektorów o tej samej częstotliwości nominalnej w jednym pomieszczeniu, może się okazać, że na skutek dryfu częstotliwości ich różnica jest równa częstotliwości dopplerowskiej jednego z czujników – i nastąpi wyzwolenie alarmu. Aby tego uniknąć należy stosować czujki pracujące na ustalonych, niezależnych częstotliwościach harmonicznych.

Czujki ultradźwiękowe przeznaczone są jedynie do zastosowań wewnętrznych, są idealne do małych pomieszczeń, gdyż ultradźwięki nie przenikają przez szkło i ruch za oknem nie wywoła fałszywego alarmu.

Detektory US montuje się najczęściej na ścianie, bądź w rogu pomieszczenia na wysokości 1,5 ÷ 2,4 m. Wybór miejsca jest najważniejszy dla prawidłowej pracy czujki i dlatego należy pamiętać, że występowanie fałszywych alarmów powodują:
turbulencja zimnego i ciepłego powietrza, przeciągi, wentylatory,
bardzo wysokie dźwięki, upust pary, wibracje,
dzwonki elektryczne, również telefon z dzwonkiem klasycznym,
ruchome przedmioty (np. falujące zasłony, kołyszące się żarówki),
poruszające się zwierzęta, nawet bardzo małe,
zakłócenia elektromagnetyczne: radiowe, pioruny, wyładowania elektryczne.

Warto zauważyć, iż nowoczesne czujki ultradźwiękowe nie są wrażliwe na przelatujące tuż przed nimi owady – dzięki temu, że nadajnik i odbiornik są przesunięte względem siebie i pole oświetlane przez nadajnik nie pokrywa się w bezpośredniej bliskości detektora z polem obserwacji odbiornika.

Jeżeli nadal nie wiesz, czy w Twoim SSWN jest miejsce dla czujek ultradźwiękowych – przeczytaj następne rozdziały bądź skontaktuj się z naszymi konsultantami.

No Comments

Post A Comment