Естественно, у первопроходцев было два пути - вниз, к предслуховым низким частотам и вверх, к ультразвуку. Инфразвук был отвергнут как малоисследованный в тот период, кроме того, электронные приборы, работающие с низкими частотами, были еще практически не разработаны. Гораздо больше физика знала об ультразвуке, да и электронная техника того времени была в состоянии работать с ним. Поэтому и был сделан выбор пути вверх - скорее методом исключения, чем волевым усилием. Кстати, выбор технических средств методом исключения характерен для создания систем сигнализации.
Физические свойства звуковых волн
Были разработаны два способа использования ультразвука в сигнализации - система "стоячей волны" и позже - радарная система с использованием эффекта Допплера. Чтобы понять их работу, необходимо поближе познакомиться со свойствами звуковых волн и их распространением в воздухе. Если вы пролистали, не читая, главу 4 об основных принципах обнаружения объектов в пространстве, вернитесь к ней и потом продолжите читать.
Система "стоячей волны"
Хотя метод "стоячей волны" мало используется в ультразвуковых системах сигнализации, нам необходимы основные принципы этого физического явления, чтобы понять работу ультразвуковых радаров.
Пространственный контроль
Техника "стоячей волны" предусматривала закрепление излучателя ультразвука высоко под потолком и приемника - также высоко на противоположной стене. Тип мембраны излучателя подбирался так, чтобы дать равномерное по мощности излучение по всему доступному сечению - примерно 180 градусов в горизонтальной плоскости и около 45 градусов в вертикальной. Угол приема подбирался точно такой же.
Размещение блоков прибора под потолком гарантировало, что их не будут затенять препятствия, и при этом достигалась почти идеальная по мощности прямая передача звука. Тем не менее, кроме прямого излучения, приемник воспринимал энергию волн, отраженных от стен, пола, потолка и всей обстановки комнаты. Он переводил эту энергию в электрический сигнал для электронной системе слежения. Если в комнате все оставалось на месте, на выходе приемника получался электрический сигнал с неизменными параметрами, так как не изменялась энергия ультразвука.
Пока воздух и обстановка в помещении были неподвижны, ультразвуковые волны "путешествовали" по одному и тому же маршруту. Рисунок волны "стоял".
Эта неподвижность нарушалась, когда, к примеру, нарушитель пытался проникнуть в помещение через дыру в двери, ультразвук отражался уже не от двери, а от нарушителя и по-другому. Изменение энергетического потенциала совокупной волны воспринималось приемником и переводилось в скачок электрического сигнала, который и активизировал сигнализацию.
Какие наиболее важные моменты следует помнить о методе "стоячей волны"?
Мембраны передатчика и приемника всесторонне ориентированы для пространственного контроля за проникновением.
Сигнал на входе приемника - это сумма мощностей всех отраженных и прямых ультразвуковых волн.
Воздух и обстановка помещений неподвижны. Перемещается лишь нарушитель.
Прекрасно. Мы получили систему, которая сработает, даже если нарушитель обошел все системы сигнализации на периметре. И было время, когда система "стоячей волны" применялась очень широко.
Проблемы конструкторов и пользователей
К сожалению, эта система использовалась и в тех условиях, когда хотя бы одно из этих условий не выполнялось. В таком случае система устраивала такое количество ложных, а главное, пустяковых тревог, что начались поиски новых решений. Практика применения метода "стоячей волны" вскоре показала его слабости.
Изменения в обстановке помещения
Уже говорилось, что не всегда возможно заново включить систему "стоячей волны" после изменений или перестановок в помещении. Казалось, что эту проблему решить просто. Для типичной системы с одним приемником она практически аналогична по характеру трудностям радиолюбителей с уходящей с диапазона станцией и "мертвыми зонами" приема. Прослушав передачи на KB или СВ с большого расстояния, вы можете тоже составить себе представление, как это выглядит. Чтобы избежать затухания, опытные связисты ставят рядом одну или несколько добавочных антенн и подключают их к одному приемнику так, что они компенсируют друг друга.
Если перенести эту аналогию на ультразвуковые детекторы "стоячей волны", можно представить, что некоторые отраженные пакеты волн попадут друг другу в противофазу на мембрану приемника после изменения обстановки. Они погасятся, сигнал будет слабее, и вместо того, чтобы встать в положение "готовность", сигнализация забьет тревогу. Совершенно очевидно, что эту проблему можно решить усреднением мощности сигнала с нескольких приемников. Но беды системы "стоячей волны" на этом не кончились.
Движение воздуха
Еще одна слабость систем "стоячей волны" - это постоянные ложные срабатывания из-за сквозняков и работающего отопления в помещениях.
