Объектийн периметр хамгаалалтын системийн судалгаа

Аюурзана Одгэрэл^*, Баатарсүрэн Уранцэцэг*

   ШУТИС, МХТС, Электроникийн Тэнхим, Доктор

МХС ТӨХК КШ-35 тасаг кроссын техникч

Мэдээлэл, холбооны технологийн сургууль                                                                                    

Odgerel55@gnail.com, 0011oog@gmail.com

Хураангуй

Хураангуй–Уг судалгааны ажлаар цахилгаан статик цэнэг үүсэх үзэгдэл дээр үндэслэсэн гадна хашааны хамгаалалтын системийг судалсан. Хоёр өөр төрлийн материалыг хооронд нь үрэх үед тухайн орчинд цахилгаан статик цэнэгүүд үүсэх үзэгдэлийг трайбо цахилгаан үзэгдэл (triboelectric effect) гэж нэрлэдэг. Маш бага хэмжээний цахилгаан статик цэнэгийг мэдэрч, таниж чадах төхөөрөмжийг хөгжүүлж туршилт хийхийг зорьсон. Тодорхой урт бүхий мэдрүүр кабелийг төрөл бүрийн бүтэц, хэлбэр бүхий гадна хашаа болон хашлагуудад бэхлэнэ. Энгийн холбооны хамгаалалт (telecommunication shielded cable) бүхий кабелиудыг мэдрүүр кабельд ашиглана. Хашаанд бэхэлсэн мэдрүүр кабелийн доторх зэс дамжуулагч ба хамгаалалтын (shield) хооронд гадны хүч ба цохилтын нөлөөгөөр цахилгаан статик цэнэгүүд үүснэ. Удирдлагын төхөөрөмж нь үүссэн цахилгаан цэнэгийг мэдэрч тухайн хамгаалж байгаа объектод гадны халдлага болсоныг илрүүлж дохиолол өгнө. Мөн төслийн хэсэгт бүтцийн хувьд 2 өөр мэдрүүр кабелийг сонгож туршилт хийж үзсэн. Энэ нь цаашдаа хэдэн хос дамжуулагч кабель хамгаалалтын системд сонгон ашиглахыг шийдэх юм. Удирдлагын төхөөрөмж нь мэдрүүр кабелиуд дээр тодорхой хүчээр үйлчилэхэд үүсэж байгаа цэнэгийн хэмжээг хүчдэлийн утга руу шилжүүлж, гадны шуугианыг дарж, хүчдэлийн утга тодорхой босгын утга давах үед дохиолол өгнө.

 

Түлхүүр үг:(keywords)-Мэдрүүр кабель, дохиолол, мэдрэмж, статик цэнэг, удирдлагын төхөөрөмж

 

 

                           Удиртгал

Орчин үед мэдээллийн болон объектын аюулгүй байдал улс орнуудын чухал асуудал болж байна. Улсын хөгжлийг дагаад чухал асуудал болж байна. Улсын хөгжлийг дагаад сүүлийн үед олон стратегийн чухал ач холбогдолтой үйлдвэр, объектуудын бүтээн байгуулалтууд хийгдэж байна. Эдгээр томоохон аж үйлдвэрүүд болон улсын онцгой объектуудыг орчин үеийн дэвшилтэд технологиуд ашиглан, найдвартай хамгаалахыг шаардаж байна. Периметер хамгаалалтын систем нь 3 үе шаттайгаар дэвшилтэд технологиуд ашиглан хөгжиж ирсэн. Хөгжүүлэлтийн 2-р үед тэлэлт (tension), чичиргээ болон соронзон хүчний мэдрүүрүүд ашигласан системүүдийг түлхүү хөгжүүлж байсан бол 3-р үеэс пезо цахилгаан (Piezo electric), шилэн кабель, майкро долгион цахилгаан цэнэг ашигласан системүүд түлхүү хэрэглэгдэж эхэлсэн.

Туннел диодын онцлог шинжийг ашиглан цэнэгийн хэмжээг таних төхөөрөмжийн судалгааны ажил хийгдсэн байна. Мөн судалгааны ажилд полимер (Polyelectric) мэдрүүрийг ашиглан цахилгаан цэцнэгийн  хэмжээг өсгөх төхөөрөмж хийсэн. Уг төхөөрөмж нь Шилэн кабель ашигласан хашааны хамгаалалтын систем нь халдлага болсон байрлалыг тогтоох боловч системийн үнэ нь хэт өндөр, засвар үйлчилгээний зардал өндөр байдаг дутагдалтай [4,5]. Пезо цахилгаан үзэгдэл дээр үндэслэсэн тайкрофоник (Microphonic) кабелийг ашигласан. [6]. Кабельд гадны хүчний нөлөөгөөр үүсэж байгаа маш бага хэмжээний цэнэгийн өөрчлөлтийг тусгай алгоритм ашиглан боловсруулж, аюулгүй, найдвартай ажиллагаатай системийг хөгжүүлсэн [7]. Хоёр өөр төрлийн материалыг хооронд нь үрэхэд орчинд нь (-), (+) цэнэгүүд үүсэх үзэгдэлийг трайбо цахилгаан үзэгдэл (triboelectric effect) гэж нэрлэдэг. Энэ үзэгдэл дээр үндэслэн цахилгаан цэнэгийг таних ASM (Analog Sensing Module) ба мэдрэмжийг нь автоматаар тохируулах  SCM (Sensitivity Control Module) төхөөрөмжүүдийг хөгжүүлсэн [8,9]. Хашааг давах, эвдлэхийн тулд ойролцоогоор 8-20 кг хүч шаардлагатай бөгөөд энэ хүчний үйлчлэлээр кабелийн хашаанд бэхлэгдсэн хэсэгт деформаци үүсч халдлага болсоныг дохиолол өгч мэдээлнэ. Мэдрүүр кабельд тусдаа тэжээлийн хүчдэл хэрэггүй учир цас, бороо, аянга цахилгаан зэрэг байгалийн үзэгдэлүүд, жижиг ан амьтан, өндөр хүчдэлийн шугам зэрэг нь төхөөрөмжийн хэвийн ажиллагаанд ямар нэгэн нөлөө үзүүлэхгүй, хуурамч дохиолол өгөх магадлал маш багатай. Системийг суурилуулахад хялбар, засвар үйлчилгээний өртөг нь бага зэрэг олон давуу талтай. Байгайль цаг агаар, орчины байдал болон хашааны төрлөөс хамааран төхөөрөмжийн мэдрэмжийг мэдээллийн төвөөс програмын аргаар эсвэл удирдлагын төхөөрөмж нь өөрөө автоматаар тохируулна.

1.    Системийн дизайн ба шийдэл

            Системийн бүтэц

Мэдрүүр кабель бэхэлсэн хашаанд гадны хүч үйлчилэхэд кабелийг бэхэлсэн хэсгүүд дээр деформаци үүсэж, кабелийн гадуур метал бүрээс болон голын дамжуулагчидийн хооронд статик цэнэгүүд үүснэ. Үүссэн цэнэгийг удирдлагын төхөөрөмж танин авч объектод халдлага болсон бол этернэт (TCP/IP) сүлжээ ашиглан мэдээллийн төв рүү дохиолол илгээнэ. Мөн дохиоллыг дуут дохиогоор эсвэл үүрэн телефоны сүлжээ (GSM модем) ашиглан тухайн объектыг хариуцдаг ажилтан руу мессеж илгээх эсвэл дуудлага хийж мэдэгдэнэ.

Зураг.1. Системийн ерөнхйи бүтэц

 

 

 

Зураг 1-д периметер хамгаалалтын системийн ерөнхий бүтцийг харуулав. Системийг камертай хослуулж хэрэглэснээр тухайн бүсийн аль хэсэгт халдлага болж байгааг бодит хугацаанд хянах боломжтой. Хашааны бүтэц, төрөл, хэмжээ, өндөр, суурилуулах газрын цаг агаарын онцлогоос хамааруулж мэдрүүр кабелийг хэдэн эгнээгээр, ямар зайтай байрлуулахыг шийднэ. Системийг суурилуулсан хашааны хэлбэр, төрөл, багайль орчны нөхцөлөөс шалтгаалж удирдлагын төхөөрмж дээр мэдрэмжийг тохируулна. 20ш мэдрэмжийн түвшинтэй. Мэдрэмжийг хардвей аргаар свич ашиглан мөн програмын аргаар удирдлагын төвөөс тохируулж болно. Уян, хөдөлгөөн ихтэй хашаанд мэдрэмжийг багаар, хатуу, хөдөлгөөн багатай өндрөөр тохируулна. Нэг удирдлагын төхөөрөмж нь хоёр бүсийг хянах бөгөөд тус бүр нь 500м хүртэлх мэдрүүр кабелийг холбох боломжтой. Мэдрүүр кабелиас мэдээллийн төв хүртэл коаксиал кабелиар холбон мэдээллээ дамжуулна.

 

1.1. Системийн туршилт

Туршилтанд 2 өөр дамжуулагч бүхий мэдрүүр кабелийг ашигласан. 4х2 буюу 8 дамжуулагч утастай, 15х2 буюу 30 дамжуулагч утастай кабель тус бүрийг удирдлагын төхөөрөмжтэй холбон ижил хэмжээний хүчээр үйлчлэн гаралтанд үүсэж байгаа дохионы хэлбэр, хэмжээг осциллографаар хэмжиж туршилт хийсэн. Доорх зурагт 2 өөр дамжуулагч бүхий кабелуудыг удирдлагын төхөөрөмжтэй холбон туршилт хийж байгааг харуулав.

Зураг. 4. Туршилтын төхөөрөмжийг угсарсан байдал

 

 

 

2.1.  Системийн туршилтын үр дүн

 

15х2, 4х2 өөр өөр хос дамжуулагч кабельд ижил хэмжээтэй хүчээр үйлчилэхэд, мэдрэмжээ дагаад хэрхэн өөрчлөгдөж байгааг дараах хүснэгтээр үзүүлэв.

 

Хүснэгт 2. Хоёр өөр дамжуулагчийн тоо бүхий кабель дээр хийсэн туршилтын үр дүн

                                                                                              

15x2 хос кабелийн дотоод бүтэц	4x2 хос кабелийн дотоод бүтэц
15х2 90 градусаар нугалав	4х2 90 градусаар нугалав
Удирдлагын төхөөрөмжийн 20 шатлал бүхий мэдрэмжийг кабель тус бүр дээр өөрчилж гаралтын хүчдэлийг нь хэмжиж харьцуулах нь
Төхөөрөмжийн мэдрэмж 1 үед Гаралтын хүчдэл: 0.2В	Төхөөрөмжийн мэдрэмж 1 үед Гаралтын хүчдэл:0.1В
Төхөөрөмжийн мэдрэмж 5 үед Гаралтын хүчдэл: 1.2В	Төхөөрөмжийн мэдрэмж 5 үед Гаралтын хүчдэл: 0.55В
Төхөөрөмжийн мэдрэмж 8 үед Гаралтын хүчдэл: 1.4В	Төхөөрөмжийн мэдрэмж 8 үед Гаралтын хүчдэл: 0.7В
Төхөөрөмжийн мэдрэмж 12 үед Гаралтын хүчдэл: 3В	Төхөөрөмжийн мэдрэмж 12 үед Гаралтын хүчдэл: 1.6В
Төхөөрөмжийн мэдрэмж 17 үед Гаралтын хүчдэл: 5В	Төхөөрөмжийн мэдрэмж 17 үед Гаралтын хүчдэл: 2.5В
Төхөөрөмжийн мэдрэмж 20 үед Гаралтын хүчдэл: 5В дээш	Төхөөрөмжийн мэдрэмж 20 үед Гаралтын хүчдэл: 5В дээш

Дээрх хүснэгтийн осциллографаар авсан дүрсний цэнхэр нь оролтын буюу кабель дээр гадны хүчээр үйлчилэх үеийн дохио,  гаралтын буюу улаан өнгөөр тэмдэглэсэн дохио нь дохиолол өгч байгаа LED-ийн үргэлжлэх хугацаа юм.

2.2. Системийн туршилтын үр дүн

Доорх графикт дээрх хүснэгтийн үр дүн болох 15х2 болон 4х2 хос дамжуулагч бүхий хоёр өөр кабелиудад ижил хүчээр үйлчилэхэд ижил мэдрэмжүүд дээрх хүчдэлүүдийн өөрчлөлтийг харуулав.

Босгын хүчдэл: 0.7V(Дохиолол өгөх хүчдэл)

Зураг 3.1.16.  Хоёр өөр кабелийн хүчдэл мэдрэмжийн хамаарал

Дохиолол өгөх босгын хүчдэлийн түвшин нь 0.7В байх бөгөөд дээрх график дээр хоёр өөр төрлийн кабель хэд дэхь мэдрэмж дээр босгын түвшинтэй огтлолцож байгааг харуулав.Эхний 15х2 хос дамжуулагч бүхий кабель нь (Blue) мэдрэмж 3.8 дээр босгын хүчдэлтэй огтлолцон дохиолол өгч байгаа нь кабелийн хосын тоо их, гадна бүрээс зөөлөн учир мэдрэг чанар нь их байгааг харуулж байна. Дараагийн 4х2 хос дамжуулагч бүхий кабель нь (Red) мэдрэмж 10 дээр босгын хүчдэлтэй огтлолцож байгаа нь дамжуулагчийн тоо 4 орчим дахин бага, кабелийн гадна бүрээс хатуу учир мэдрэг чанар  нь бага байгааг харуулж байна. Хоёр өөр төрлийн эдгээр15х2 болон 4х2 хос кабелиуд хоорондох хос дамжуулагчийн тооноос хүчдэлийнхэмжээ шууд хамаарч байгааг харуулж байна. Жишээ нь: Энэ хоёр төрлийн кабелийн хосын тоо 4 дахин зөрүүтэй байна. Кабелийн гадна бүрээсийн хатуу зөөлөн чанар нь кабелийн мэдрэг байдалд шууд нөлөөлөл үзүүлж байгаа нь туршилтаас харагдаж байна. Дээрх туршилтын график дээр тус хоёр кабелийн мэдрэмжийн зөрүү 6 шатлалаар (нийт 20 шатлал бүхий мэдрэмжтэй) их байна. Энэ нь сонгосон 4х2 кабелийн гадна бүрээс хатуу байсантай холбоотой мэдрэмжийн өөрчлөлтийг харуулж байна.

15х2 кабель Монгол улсад байхгүй гаднаас өндөр үнээр авдаг бөгөөд харин 4х2 кабель Монгол улсад элбэг үнийн хувьд боломжийн нөхцөлтэй байсан. Эндээс кабелийн хосын тооноос хамаараад мэдрэмж хүчдэл хир зэрэг өөрчлөгдөж байгаа нь харагдаж байна. Цаашлаад өөр бусад хосын кабелиудын судалгаа хийвэл тухайн кабелиудын тодорхой мэдрэмжийг тодорхойлсон статистик үзүүлэлтүүдтэй болох боломжтой юм. 

 

Дүгнэлт

Периметр хамгаалалтын системд 4х2 хосын буюу өмнөх 15х2 хосын кабелиас хэд дахин бага хостой өөр төрлийн кабель ашигласан. Олон хостой мэдрүүр кабелийн олдоц нь одоогоор монголд олдоц багатай байгаа бөгөөд туршилтад 4х2 хосын кабель ашиглан мэдрэмжийн хүчдэлийг тодорхойлон гаргасан. Эхний 15х2 хосын кабель нь (Blue) мэдрэмж 4 дээр босгын хүчдэлтэй огтлолцон дохиолол өгч байгаа нь кабелийн хосын тоо их, гадна бүрээс зөөлөн учир мэдрэг чанар нь их байгааг харуулж байна. Дараагийн 4х2 хосын кабель нь (Red) мэдрэмж 10 дээр босгын хүчдэлтэй огтлолцож байгаа нь хосын тоо 4 дахин бага, кабелийн гадна бүрээс хатуу учир мэдрэг чанар  нь бага байгааг харуулж байна. Улмаар бусад өөр төрлийн хостой кабелиудын мэдрэг байдлын чанарын үзүүлэлтүүдийг гаргах боломжтой ба энэхүү үзүүлэлтүүдийг ашиглан хамгааалалтын системд ямар төрлийн хэдэн хостой кабель сонгон ашиглах нь ерөнхий таамгаар биш туршилтаар хийгдсэн бодит үндэслэлтэй статистик гарах юм. 

                       

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ном зүй

[1] NISE East Electronic Security Systems Engineering Division “Perimeter Security Sensor Technology Handbook” North Char leston, South Carolina, 1997.

[2] Rober J.Locker, “Minimum Charge Dtection using Selected Tunnel Diodes and

 

 

Charge Multiplying Semiconductors” IEEE Transactions on Nuclear Science, pp. 382-388, February 1966.

[3] D. Setiadi H. Weller, T.D. Binnie “A Polyelectric Polymer infrared sensor array with charge amplifier readout” Elsevier Science Sensors and Actuators,pp. 145-151, February 1999.

[4] ZINUS Co., Ltd “Fiber Optic Mesh Security Fence” September 2006.

[5] Fiber SenSys Co., Ltd “Fiber Optic intrusion Detection System” 2006.

[6] GPS Standard “Microphonic Cable Perimeter Security Brochure” 2007.

[7] Аюурзана Одгэрэл, И Юн Чол “Цахилгаан Статик Цэнэг Үүсэх Үзэгдэл дээр Үндэслэсэн Хамгаалалтын Систем”, Хүрэл Тогоот-2012, БШУЯ, ШУТИС, 2012.10.06

[8] Аюурзана Одгэрэл, И Юн Чол “Трайбо Цахилгаан Үзэглдэлд Суурилсан Периметер Хамгаалалтын Систем”  ММТ-2013, МУИС, Дугуй заал, 2013.04.26

[9] Аюурзана Одгэрэл, Дамдинсүрэн Эрдэнэчимэг “Газар Доорх Хамгаалалтын Систем”, Хүрэл тогоот-2013, БШУЯ, ШУТИС, 2013.10.12