Stand der Techniek Geïntegreerde Inbraakbeveiliging DEEL 2 Het inbraakalarmsysteem

Transcriptie

1 Stand der Techniek Geïntegreerde Inbraakbeveiliging DEEL 2 Het inbraakalarmsysteem

2 TIS-project Inbraakbeveiliging Inhoud State of the Art Geïntegreerde Inbraakbeveiliging Deel2 Het inbraakalarmsysteem Deel 2: Het inbraakalarmsysteem Het inbraakalarmsysteem De centrale eenheid Signalisatie elementen Sirene Buitensirene Binnensirene Buitenlicht Meldsysteem (stil alarm) Bedieningseenheden Detectoren (detectie-elementen) Permetrische detectoren Trilcontact Piëzo-elektrisch (Elektronisch) Mechanisch Glasbreukmelder Passief glasbreukmelder Actief glasbreukmelder Magneetcontact Gewone magneetcontact Gebalanceerde magneetcontact Actief IR-sensor Volumetrisch Passief Infrarood detector (PIR-detector) Ultrasoon detector Microgolf detector Dual technology detector

3 Deel 2: Het inbraakalarmsysteem 1 Het inbraakalarmsysteem Figuur 1 Het inbraakalarmsysteem Een inbraakalarmsysteem is een elektronisch veiligheidssysteem tegen diefstal en vandalisme en heeft als doel de aanwezigheid van een indringer waar te nemen en een proces van signalisatie op gang te brengen (sirenes, flits, telefonische transmissie, ). In principe werken alle inbraakalarmsystemen op vergelijkbare wijze. Een detector registreert een inbraak(poging) en geeft dit via een elektrische impuls door aan een centrale. Deze activeert een combinatie van één of meer sirenes, een flitslicht en/of een telefoonkiezer voor doormelding naar de meldkamer. Alle onderdelen zijn beveiligd tegen sabotage. Een alarmsysteem bestaat uit de volgende elementen: Centrale (eenheid) Een of meerdere bedieningseenheden (klavieren, ) De detectie-elementen Signalisatie-elementen Andere detectiemogelijkheden (b.v. brand, gas, agressie, ) 3

4 1.2 De centrale eenheid De centrale is het hart van het beveiligingssysteem Figuur 2. Alle detectoren(sensoren) worden op deze centrale aangesloten. Zij analyseert de signalen afkomstig van de detectoren en volgens ingestelde parameters zal zij de nodige uitgangen activeren: sirenes, verlichting,... Figuur 2 Centrale met 32 in- en uitgangen Een ingebouwde transmitter kan de centrale, via het telefoonnetwerk verbinden met een meldkamer. De centrale is voorzien van een oplaadbare batterij die haar een autonome werking geeft van twee of meer dagen ingeval van een spanningsonderbreking. Een intern geheugen geeft de handelingen en het moment van alarm weer, met datum en tijd. Het aantal detectoren aangesloten op één zone wordt bepaald in functie van de geldende normen. 1.3 Signalisatie elementen Sirene Een sirene is een toestel dat geluidssignalen geeft, ingeval er een inbraak of een sabotage gedetecteerd wordt door het inbraakalarmsysteem. Ze kan zowel binnen als buiten het beveiligde aangebracht zijn. Indien het inbraakalarmsysteem met een sirene (binnen of buiten het beveiligde goed) is uitgerust en deze is hoorbaar door derden die zich niet in het beveiligde goed bevinden, dan is het inbraakalarmsysteem aan bepaalde wettelijke regels onderworpen, waaronder de maximale geluidsduur van een sirene. Hiervoor wordt verwezen naar Deel 1: Nationaal wetgevend kader in de beveiligingsector. 4

5 Buitensirene Figuur 3 Buitensirene Een buitensirene is een toestel dat geluidssignalen geeft, ingeval er een inbraak of een sabotage gedetecteerd wordt, geschikt om buiten aangebracht te worden Binnensirene Figuur 4 Binnensirene Een buitensirene is een toestel dat geluidssignalen geeft, ingeval er een inbraak of een sabotage gedetecteerd wordt, geschikt om binnen aangebracht te worden Buitenlicht Figuur 5 Buitenlicht Een buitenlicht is een zwaailicht en/of knipperlicht, zichtbaar van op de openbare weg. Indien een buitensirene wordt toegepast, moet deze verplicht voorzien zijn van 5

6 een buitenlicht, zie voor meer informatie Deel 3: Nationaal wetgevend kader in de beveiligingsector Meldsysteem (stil alarm) Een meldsysteem is een communicatiemiddel waarmee derden die zich niet bevinden in het beveiligde goed, op de hoogte gebracht kunnen worden van een alarmsignaal. Het kan o.a. gaan om een verbinding met een meldkamer van een Figuur 6 Alarmcentrale alarmcentrale, via het telefoonnetwerk Figuur 6. De alarmcentrale zal dan nagaan of er sprake is van een vals alarm. Indien dit niet het geval is zal de alarmcentrale de door de gebruiker opgegeven waarschuwingsadressen, de politie en/of een professionele bewakingsdienst te contacteren. Een gsm-verbinding met een bewaker die zich buiten het beveiligde goed bevindt valt hier ook onder. 1.4 Bedieningseenheden Een inbraakalarmsysteem is uitgerust met één of meerdere bedieningseenheden. Deze bedieningseenheden vormen de gebruikersinterface tot het inbraakalarmsysteem. Meestal is dit een controlepaneel of codeklavier Figuur 7. Met dit codeklavier heeft de gebruiker toegang tot het programma van het inbraakalarmsysteem, met behulp van een code of een ander toegangscontrolesysteem (RFIDkaart, vingerafdruk enz ), en kan het Figuur 7 Codeklavier inbraakalarmsysteem geheel of gedeeltelijk ontwapend worden. Voorts voorziet de bedieningseenheid de gebruiker van de nodige informatie omtrent de toestand van het inbraakalarmsysteem, zoals de aanduiding van de staat van het inbraakalarmsysteem (gewapend, ontwapend of gedeeltelijk ontwapend), technische storingen, Figuur 8 Paniekknop 6

7 aanduiding van de beveiligingszones enz Daarnaast kan het inbraakalarmsysteem bediend worden via paniekknoppen Figuur 8. Doormiddel van deze paniekknoppen kan de gebruiker ingeval van nood, het inbraakalarmsysteem activeren. 1.5 Detectoren (detectie-elementen) Een sensor of detector is een apparaat dat reageert op een fysische stimulus, zoals thermische energie, elektromagnetische energie, akoestische energie, magnetisme, beweging enz, door het produceren van een signaal, meestal elektrisch. In het kader van een alarmsysteem worden detectoren gebruikt om een inbraakpoging of indringen te detecteren Permetrische detectoren Perimetrische detectoren geven aan wanneer er een poging gedaan wordt om via de gevelelementen (ramen, deuren.), dus de perimeter van het gebouw, binnen te breken Trilcontact Trilcontacten zijn sensoren die bedoeld zijn voor het detecteren lage frequentie trillingen die gegenereerd worden bij een inbraakpoging via de omgevende muren, dak of vloer. Ze worden bevestigd op de wanden van de beschermde zonde ( deuren, muren of ramen) en detecteren een verandering in het normale trillingsspectrum Piëzo-elektrisch (Elektronisch) Het piëzo-elektrische trilcontact wordt ook wel eens aangeduid als het elektronische trilcontact Figuur 9. Ze bestaan uit een piëzo-elektrisch kristal dat dienst doet als microfoon, een signaalversterker, filter en een output relais. Figuur 9 Piëzo-elektrisch trilcontact Een piëzo-elektrisch kristal heeft de eigenschap mechanische trillingen om te zetten in elektrische signalen proportioneel met de mechanische trillingen. 7

8 Een priëzo-elektrisch trilcontact zal reageren op omgevingsgeluiden (trillingen), opgevangen door het piëzo-elektrische kristal, en omzetten in een overeenkomstig elektrisch signaal. Dit elektrische signaal zal worden versterkt en gefilterd door de interne elektronica, zodat het output relais enkel geactiveerd wordt bij structurele trillingen die aanwezig zijn bij een inbraakpoging (Hamerslagen, boren enz..). De piëzo-elektrische trilcontacten zijn wat complexer als hun mechanische tegenhangers die in de volgende paragraaf worden aangehaald. Maar doordat het piëzo-elektrisch trilcontact voorzien is van een filtersysteem, veroorzaken ze veel minder valse alarmen dan hun mechanische tegenhangers. Om deze reden worden ze veel meer toegepast dan het mechanische trilcontact Mechanisch Het mechanische trilcontact is eenvoudig van constructie Figuur 10. Het mechanisme bestaat uit een bladveer die aan één uiteinde is opgehangen en aan het andere uiteinde voorzien is van een gewicht (massa). Dit uiteinde is ook voorzien van één deel van een contact. Het complementaire deel van dit contact is vast bevestigd aan de behuizing - Figuur 10 Figuur11. Beide contactuiteinden zijn met elkaar in Mechanisch verbinding in normale toestand (normaal gesloten trilcontact contact). De druk tussen beide contactuiteinden, bij gesloten toestand, kan worden ingesteld door een stelschroef. Op deze wijze wordt de gevoeligheid van de sensor ingesteld bladveer 2. gewicht (massa) 3. contact 4. stelschroef Figuur 11 Mechanisch trilcontact 8

9 Het voordeel van deze trillingssensor is dat ze goedkoop is. Maar ze veroorzaakt veel valse alarmen. Dit komt omdat er geen filtersysteem is voorzien dat trillingen vanuit de omgeving, die niets te maken hebben met inbraakpogingen (zoals een voorbijrijdende vrachtwagen), filtert. Daarom wordt deze trilsensor zelden toegepast Glasbreukmelder De glasbreukmelder is een sensor die enkel reageert op het geluid(trillingen) van glasbraak. Men onderscheidt hier 2 typen sensoren in, namelijk de passieve en actieve glasbreukdetector (sensor). In de context van de inbraakdetectie worden termen passief en actief als volgt beschreven: - Actief: Actieve sensoren zenden (emitteren) een bepaalde energievorm (mechanische trillingen, elektromagnetische energie) uit naar een ontvanger. De informatie aan de ontvanger wordt verwerkt en zal onder bepaalde voorwaarden zorgen voor een outputsignaal. - Passief: Passieve sensoren genereren een elektrisch signaal in respons op stimulus uit de omgeving Passief glasbreukmelder De basistechnologie van de passief glasbreukmelder is in feite dezelfde als die van het piëzo-elektrisch trilcontact. Het piëzo-elektrisch element zet de trillingen van het ruitoppervlak om in een overeenkomstig elektrisch signaal. Maar het signaal wordt zodanig gefilterd dat enkel een outputsignaal gegenereerd word ingeval frequenties die optreden bij glasbreuk. Er bestaan 2 types passief glasbreukmelders. Het eerste type wordt op het betreffende ruitoppervlak geplaatst. Figuur 12 passief glasbreukmelder Bij montage op het ruitoppervlak, moet er op gekeken worden dar de sensor niet te dicht bij het raamkader wordt geplaatst, omdat de intensiteit van de trillingen afneemt naar nul aan het kader. Het tweede type passief glasbreukmelder wordt geplaatst op de aanpalende muur van het betreffende raam. In plaatst van een piëzo-elektrische microfoon, wordt gebruik gemaakt van een microfoon op basis van een 9

10 elektreet-membraan. Een elektreet element is een is een materiaal dat een permanent elektrische polarisatie bezit. Dit type microfoon wordt een elektreet capacitaire microfoon genoemd Figuur 13. Figuur 13 Passief glasbreukmelder met elektreet capacitaire microfoon Het werkingsprincipe luidt als volgt; Het elektreet materiaal is een membraan dat dienst doet als de plaat van een condensator. Daar het elektreet materiaal al een vaste elektrische lading bezit, is er geen externe polarisatiebron nodig en heeft de condensator een bepaalde lading Q. Het verband tussen de lading Q en spanning V, de welke over de condensator staat, is: Q = C V (A De evenredigheidsconstante is de capaciteit C (Coulomb/Volt of Farad). De Capaciteit C is onder andere afhankelijk van de vormfactoren van de condensatorplaten. Voor een plaatcondensator is de capaciteit C evenredig met de oppervlakte A en omgekeerd evenredig met de afstand d tussen de platen: A C (B d Door de trillingen (drukgolven) afkomstig van de omgeving zal het elektreet membraan gaan trillen. Ten gevolge hiervan veranderd de afstand d tussen de platen van de condensator en dus ook de capaciteit C. Door het gebruik van het elektreet membraan blijft de lading Q dezelfde. Het gevolg hiervan is dat de spanning over de condensator gaat variëren in functie van de akoestische golven die het membraan doen trillen. Op deze wijze worden de waargenomen mechanische trillingen omgezet in een elektrisch signaal. Deze passieve glasbreuksensor is eveneens voorzien van een elektronische filter die ervoor zorgt dat enkel de frequenties die optreden bij glasbreuk zullen resulteren in een output. Sommige van deze sensoren zijn uitgerust met een dubbele filter om de kans op een vals alarm verder te beperken. De dubbele filter reageert eerst op het laagfrequente signaal dat gepaard gaat met de eerste impact en dan pas filtert deze op de hoogfrequente signalen die optreden bij glasbreuk. De passieve glasbreuksensoren werken betrouwbaar. Bij gelaagd en gewapend glas hebben deze sensoren echter problemen. 10

11 Actief glasbreukmelder Bij de actieve glasbreukmelder induceert een emitter (zender) bepaalde trillingen in het betreffende glasoppervlak. Deze emitter wordt op het betreffende glasoppervlak geplaatst. De detector vergelijkt het uitgezonden trillingssignaal met het signaal ontvangen door de ontvanger, welke geplaatsts wordt op een andere plaatst van het betreffende ruitoppervlak. Glasbreuk veroorzaakt veranderingen in het ontvangen signaal, waardoor een outputsignaal wordt gegenereerd. Figuur 14 Actief glasbreukmelder De actieve glasbreuksensoren zijn duurder dan hun passieve broeders, maar zijn minder onderhevig aan valse alarmen Magneetcontact * Magneetcontacten worden toegepast voor het detecteren van de opening van een gevelelement zoals een deur of raam. Er worden 2 types magneetcontacten toegepast, het gewone magneetcontact en het gebalanceerd magneetcontact Gewone magneetcontact Het magneetcontact van het type reed contact bestaat uit 2 dunne contactplaatjes uit ferromagnetisch materiaal en een permanente magneet. De contacten zijn afgesloten in een glazen tube gevuld met een inert gas. Wanneer er een magnetisch veld (bv. een permanente magneet ) gebracht wordt in de buurt van het Figuur 15 Reed contact reed contact, zullen de ferromagnetische contacten worden gemagnetiseerd en elkaar aantrekken. Ten gevolge hiervan zal het reed contact gesloten worden in geval van een normaal open * De magneetcontacten worden hier samengevat besproken, voor een uitvoerigere uiteenzetting zie DEEL3: Geïntegreerde perimetrische detectie 11

12 contact, of zal het reed contact geopend worden ingeval een normaal open contact. Figuur 16 Gewoon magneetcontact Magneetcontacten op basis van reed contact zijn goedkoop, maar gemakkelijk te neutraliseren Figuur 16. Het volstaat een tweede krachtigere permanente magneet in de buurt te brengen van het reed contact. Op deze manier kan men het betreffende gevelelement openen zonder dat het reed contact schakelt Gebalanceerde magneetcontact Gebalanceerde magneetcontacten maken ook gebruik van reed contacten, maar zijn zodanig gebalanceerd dat een sabotagepoging, bijmiddel van het aanbrengen van een permanente magneet, zal leiden tot een alarmsignaal Figuur 17. Figuur 17 Gebalanceerd magneetcontact met 2 reed contacten en 1 permanente magneet Actief IR-sensor Actieve sensoren, in de context van inbraakdetectie, zenden (emitteren) een bepaalde energievorm (mechanische trillingen, elektromagnetische energie) uit naar een ontvanger. De informatie aan de ontvanger wordt verwerkt en zal onder bepaalde voorwaarden zorgen voor outputsignaal. 12

13 Bij de actieve IR-detector worden (IR = Infrarood) 1 of meerdere IR-stralen (al dan niet gecodeerd) uitgezonden door een IR-zender en ontvangen door een IR- ontvanger. Een onderbreking van een of meerdere IR-stralen geeft een alarm. De IR-zender en IR-ontvanger kunnen buiten voor de gevelelementen worden geplaatst, zodat ze geschikt zijn voor het detecteren van een inbraakpoging, voordat er sprake is van een effectieve inbraak(fig. 16 ). Ontvanger Zender Figuur 18 Actief IR-dectector met dubbele IR-bundel Volumetrisch Volumetrische sensoren reageren op de aanwezigheid van een indringer in een beschermde ruimte Passief Infrarood detector (PIR-detector) Figuur 17 PIR - detector In de context van inbraakdetectie, kan men passieve detectoren zien als zijnde detectoren die een elektrisch signaal generen in respons op stimulus uit de omgeving. Passieve infrarood detectoren Figuur 19 - detecteren elektromagnetische stralingsenergie (infrarood) uit de omgeving, gegenereerd door bronnen met temperaturen die overeenkomen met het menselijke lichaam. Deze sensoren zullen niet de hoeveelheid infrarode stralingsenergie meten, maar detecteren de verandering in infrarode stralingsenergie. 13

14 Passief infrarood detectoren maken gebruik van sensoren uit pyro-elektrsich materiaal, om deze reden worden deze detectoren ook wel pyro-elektrische detectoren genoemd. Pyro-elektrisch materiaal heeft de eigenschap spontaan elektrostatisch gepolariseerd te zijn, zelfs in donkere toestand, door haar bijzondere kristalstructuur. Maar men merkt dit niet op onder de vorm van een potentiaalverschil, daar dit geneutraliseerd wordt door de ionen in de omgevende lucht. Maar wanneer elektromagnetische energie (licht) aan deze kristalstructuur wordt toegevoegd neemt de kristaltemperatuur toe hetgeen zal resulteren in een spontane verandering in de elektrostatische lading van de kristalstructuur en dus de oppervlaktelading van het pyro-elektrisch materiaal. Deze verandering in oppervlaktelading is merkbaar door het ontstaan van een tijdelijk potentiaalverschil (spanningspuls) totdat de ionen van de omgevende lucht deze oppervlaktelading hebben geneutraliseerd. Dit wordt in figuur 20 schematisch voorgesteld. Figuur 20 Pyro-elektrisch effect De pyro-elektrische sensor, welke het essentiële onderdeel is van de passieve infrarood detector, bestaat uit 2 pyro-elektrische elementen en FET transistor (Field Effect Transistor). De FET-transistor verstrekt de spanningsplusen afkomstig van de pyo-elektrische elementen. Het pyroelektrisch materiaal is gevoelig voor een breed spectrum van licht. Daarom is de sensor bijkomstig voorzien van filter die de golflengte van het invallend 14

15 licht beperkt tot het infraroodspectrum dat overeenstemt met die van menselijke bronnen (8 tot 14 μm) Figuur 21. De pyro-elektrische elementen staan in tegenfase met elkaar verbonden, zodat storingssignalen veroorzaakt door temperatuurschommelingen, lichtinval of trillingen elkaar zullen opheffen. Dit komt omdat storingen van deze aard beide pyro-elektrische elementen gelijktijdig zullen beïnvloeden Pyro-elektrische elementen 2. Weerstand 3. FET-transistor 4. Filter Figuur 21 Pyro-elektrische sensor De sensor zal echter een signaal genereren wanneer de stralingsbron (de indringer) achtereenvolgens voorbij het eerste en tweede pyro-elektrische element passeert Figuur 22. Figuur 22 Pyro-elektrische sensor detectie van een indringer (stralingsbron) Het uitgangsignaal van de pyro-elektrische sensor wordt vervolgens versterkt door een versterker. Deze versterker doet eveneens dienst als laagdoorlaat filter met een typische bandbreedte van10hz. Dit wil zeggen dat enkel laagfrequente signalen, met een frequentie lager dan 10Hz, versterk zullen worden. Hoogfrequente ruis zal daarentegen worden weg gefilterd. Het versterkte signaal gaat dan ten slotte naar een comparator, deze zal het 15

16 signaal zal vergelijken met een referentiewaarde. Indien de referentiewaarde overschreden wordt, zal er een uitgangsignaal gegenereerd worden dewelke naar een alarmcentrale gestuurd kan worden Figuur 23. Dit geheel vormt de conventionele passief-infrarood detector (sensor) of te wel PIR-detector. Figuur 23 Conventionele PIR-detector Deze detector wordt echter wel beïnvloed door de omgevingstemperatuur. Zo kan een toenemende in omgevingstemperatuur de gevoeligheid van de detector gaan verminderen, waardoor de kans dat een indringer in de beschermde ruimte niet wordt gedetecteerd toeneemt. Verder kunnen kleine huisdieren de detector activeren en zo een vals alarm veroorzaken Ultrasoon detector De ultrasoon detector is een actieve detector die gebruik maakt van ultrasone geluidsgolven(drukgolven) om de beweging van een indringer te detecteren in een beschermde ruimte Figuur 24. Het ultrasone geluidsgebied begint vanaf 20 khz en loopt op Figuur 24 Ultrasoon detector tot 500 MHz, dit is een geluidsgebied dat niet meer hoorbaar is voor de mens. De ultrasone detector zendt ultrasone geluidsgolven uit in een bepaald detectiegebied van de beschermde ruimte. Om indringer in het detectiegebied te detecteren gaat de detector kijken naar de frequentieverandering of verschuiving van de teruggekaatste ultrasone geluidsignalen. Als de indringer naar de detector toe beweegt zal de frequentie van de teruggekaatste geluidssignalen toenemen t.o.v. de uitgezonden frequentie. Als de indringer van de detector weg beweegt zal de frequentie van de teruggekaatste geluidsignalen afnemen t.o.v. de uitgezonden geluidsignalen. Dit effect is algemeen gekend als het Doppler 16

17 effect Figuur 25. Wanneer het verschil tussen de terugkaatsfrequentie en de uitgezonden frequentie een bepaalde waarde zal overschrijden, dan zal de detector een signaal genereren waardoor een alarmsignaal kan worden opgestart. Figuur 25 Doppler effect bij de ultrasoon detector Door het gebruik van geluidsgolven kan de ultrasoon detector valse alarmen veroorzaken. Zo kunnen sterke luchtstromen (met voldoende hoge snelheid) in de beschermde zone, de detector activeren. Anderzijds kan met de natuurlijke convectie meezwervend gebladerde van planten in de beschermde ruimte een vals alarm veroorzaken Microgolf detector Deze detector is net als de ultrasone detector een actieve detector. Het werkingsprincipe is, net als de ultrasone detector, gebaseerd op het Doppler effect, met dit verschil dat de microgolf detector gebruik maakt van microgolven. Figuur 26 Microgolven zijn geen geluidsgolven maar microgolf detector elektromagnetische golven, met frequentie liggende tussen de 1 GHz en 300 GHz. Het voordeel van microgolven is dat zij niet beïnvloedt worden door tocht in de beschermde ruimte, zodat hierdoor geen vals alarm kan veroorzaakt worden. Rondvliegende objecten in de beschermde ruimte zoals insecten en gebladerte van planten, kunnen echter wel nog een vals alarm veroorzaken. 17

18 Dual technology detector Dual technology detectoren zijn volumetrische detectoren die 2 detectietechnologieën met elkaar gaan combineren ten einde de kans op een vals alarm zo veel mogelijk te beperken. Figuur 27 PIR- Ultrasoon detector Een dual technology detector bevat dus 2 sensoren gebaseerd op 2 verschillende technologieën. Het signaal van iedere sensor wordt individueel verwerkt en het alarmrelais van de detector wordt geactiveerd tenzij beide sensoren in overeenstemming zijn dat er een alarm is. Figuur 28 PIR-MW detector Voorbeelden van zulke dual technology detectoren zijn de PIR-Ultrasoon detector Figuur 27- en de PIR-MW detector Figuur 28. De PIR-Ultrasoon detector bevat een PIR sensor en een ultrasone bewegingsensor. De PIR-MW detector bestaat uit een PIR sensor en een microgolf bewegingsensor. 18