Детектор (средство обнаружения)

Детектор (средство обнаружения) — устройство или вещество,[1] которое производит обнаружение сигнала (детектирование).[2][3] В различных прикладных областях могут называться определителями, обнаружителями, датчиками, чувствительными элементами и т.д.[4]

Детекторы производят измерение по шкале порядка (неметрической). Это отличает их от средств измерений, относящихся к области законодательной метрологии (линеек, весов, амперметров и т.д.), которые производят измерение по метрическим шкалам.[5]:6 Детекторами, например, являются: стрелка магнитного компаса (детектор напряженности магнитного поля Земли); осветительная электрическая лампочка (детектор электрического напряжения в сети); лакмусовая бумага (детектор активности ионов в растворах).[5]:5

В случае, если обнаруженый сигнал связывается с определенным событием (выходом размера за пределы допуска, коротким замыканием и т.д.), процесс обнаружения становится частью процесса контроля.[6]

Обнаружение сигнала на фоне шумовой помехи — типовая задача радио- и гидролокации, тепловой локации, радиоастрономии и т.д. Обнаружение в этих случаях производят с помощью типового тракта обнаружения сигналов «фильтр — детектирующий элемент — фильтр».[7]:432, 433

Метрология

На практике широко используются технические средства, на которые прямое действие закона «Об обеспечении единства измерений» не распространяется. Исторически, исходя из особенностей применения, для таких средств сложились две крупные автономные группы: индикаторы и средства допуского контроля.[8]

В настоящее время процесс обнаружения рассматривается теоретической метрологией как измерение по шкале порядка. Результат такого измерения может иметь два результата: величина равна нулю или величина больше нуля. Технические средства, решающие такую задачу сейчас называются детекторами.[9]:54 Термин используется как на международном уровне,[10] так и в СНГ. Первоначально, в 1999 году, в нормативный документ СНГ по метрологии был введен термин индикатор.[11] В 2013 году был заменен на термин детектор.[12]

Использование метрических шкал

Детекторы, указывающие на пороговое значение величины, могут иметь нормированные метрологические характеристики (чувствительность, предельное значение погрешности). В таком случае они являются средствами измерений для метрических шкал.[13] В качестве детекторов могут использоваться измерительные приборы. Например, в качестве нуль-индикатора может использоваться измеритель нуля — измерительный прибор, нулевая отметка которого расположена в центре шкалы.[14] В таком качестве используются гальванометры, которые при этом в большинстве случаев имеют шкалу без численных значений.[15]

Пороговые элементы

На практике в технических средствах решается задача связанная с приемом слабых сигналов с учётом внутренних шумов и внешних помех[16]:4 при ограниченном времени или числе наблюдений.[16]:155

При обнаружении происходит сравнение с порогом обнаружения, величина которого определяется величиной помех. Особенно сложно обнаружить сигналы, мощность которых соизмерима или даже меньше мощности помех.[9]:108 Минимальная величина энергии сигнала, которая позволяет определить и различить сигнал на фоне шума при заданной вероятности обнаружения и вероятности ложной тревоги называется пороговым сигналом.[17] Вырабатывает выходной сигнал (срабатывает) при превышении входным сигналом заданного значения (порога срабатывания) пороговый элемент.[18] Математический аппарат для техники, построенной с использованием пороговых элементов, обеспечивает пороговая логика.[19]

Пороговые элементы являются частным случаем релейных устройств и кроме функции сравнения сигналов, они могут выполнять типичные для релейных устройств функции: усиление мощности, разделение цепей, запоминание сигнала и т.д.[20]:4

Обработка сигнала

В детекторах совмещены функции получения информации о внешней среде, обработки, распознавания полученной информации для выделения сигналов, характерных для объектов определенного класса.[21] Выделенный сигнал может использоваться для автоматического обнаружения объекта.[22] При обнаружении допустимы только два решения: сигнал есть или сигнала нет. Любые промежуточные решения исключаются.[23]:119 Проблема обнаружения возникает в случае, если сигналы принимаются на фоне помех естественного или искусственного происхождения.[23]:118 Обнаружение при наличии помех происходит в условиях неопределенности, когда человек или автоматическое устройство не располагает полной информацией.[24] Также возможна дальнейшая обработка выделенного сигнала для получения дополнительной информации.[25]

Задача обнаружения объекта и задача измерения его координат являются связанными задачами. Разделение этих задач весьма условно и связано с существенным различием технических способов определения координат в режиме обнаружения и измерения.[26]:134 В условиях, когда факт наличия связанного с объектом сигнала ещё не установлен, проведение измерения без предварительного обнаружения вызывает трудности.[27]:4

Датчики тревоги (извещатели) формируют тревожный сигнал при обнаружении объекта.[28][29][30]:7 СССР и России исторически сложилось использование (в зависимости от отрасли) двух разных терминов для датчиков тревоги: извещатели и средства обнаружения.[31]:53

Локаторы дополнительно к обнаружению объекта определяют его координаты или распознают его форму с использованием электромагнитных или звуковых волн.[32]

Детекторы обнаруживают энергию, физические поля, излучения с последующим использованием обнаруженного сигнала.[33]

Пространственная селекция

Детекторы используют для обнаружения сигнала на фоне маскирующих помех. Такие задачи возникают при обзоре пространства для обнаружения объектов.[5]:105

Обнаружение объекта — установление наличия объекта в определённом районе пространства путем приема и обработки сигналов и помех[34]. Принятие решения об обнаружении объекта происходит по определённому правилу оценки сигналов после выделения сигналов из помех[35]. Факт наличия цели устанавливается с вероятностью не ниже заданной[36]. Обнаружение производится в результате выделения объекта на окружающем фоне. Выделяемые объекты по одному или нескольким признакам относятся к интересующему типу целей.[37]

К вопросам обнаружения объекта относится:

  • обнаружение сигнала на фоне шумов и помех в каждой точке пространства параметров сигнала;
  • обзор пространства;
  • поиск в указанной области пространства.[26]:6

Физические являения, составляющие объективную основу обнаружения объектов:[38]:68

  • отражение энергии
    • радиоволн;
    • света;
    • звука;
    • других видов;
  • излучение энергии
    • ИК диапазона;
    • радиоволн;
    • света;
    • звука;
  • возмущение среды объектом.[38]:71

При наличии поля зрения, его качественные или количественные различия двух частей, видимых одновременно или последовательно, называются контрастом.[39] Контрастность объектов бывает оптическая, тепловая (инфракрасная), радиолокационная, магнитная.[40] Возможность обнаружения и сопровождения объекта средствами обнаружения зависит от контрастности отраженного или испускаемого объектом сигнала, для определения вида и типа цели необходима констрастность также по фазовым и поляризационным характеристикам сигнала. Контрастность цели определяется степенью отличия сигнала от фона собственных шумов средства обнаружения, естественных и искусственных помех.[41]

Теория средств обнаружения в математике рассматривается рамках теории поиска,[42]:4 которая занимается задачами определения положения объекта (задачами поиска) с учётом несовершенства реальных средств обнаружения и наблюдателей.[43]:9

Поиск, как правило, организуют, чтобы обнаружить объекты определённого класса (косяки рыбы, воздушные объекты и т.п.), скорость движения которых лежит в определённых пределах[42]:17.

Степень автоматизации:

  • визуальное или зрительное — обнаружение в результате наблюдения невооружённым глазом или с применением оптических приборов[34][44];
  • автоматизированное — обнаружение производится оператором, а дальнейшее сопровождение объекта и определение его координат выполняется техническим средством[45];
  • автоматическое — техническим средством вырабатывается решение о наличии объекта и его параметрах[22].

Объекты обнаружения

Объектами могут являться различные предметы, расположеные в разных средах, например: летательные аппараты, предметы на поверхности Земли, промысловая рыба и морские животные и т.д.[42]:6 Процесс поиска в значительной степени зависит от свойств объекта обнаружения и параметров технических средств обнаружения.[42]:7 Методами радолокации изучаются метеорологические объекты: области выпадения осадков и связанные с ними явления (облака, грозы).[46] С помощью лазерной локации можно исследовать облака и аэрозоли в атмосфере.[47]

Объект должен иметь характерные особенности:

  • свойства объекта отличаются от свойств среды, в которой осуществляется поиск;
  • информация о расположении объекта до начала поиска и в его процессе носит неопределённый характер.[42]:6

Цели

Цель — объект, для которого указано место расположения и его тип.[48][49] Точность, с которой положение цель указано при обзоре пространства, практически всегда недостаточна для следящих систем. Поэтому для уточнения координат цели происходит её захват.[26]:133

Обзор пространства

Процесс исследования среды для обнаружения объектов называется обзор пространства,[50] в том числе при использовании средств обнаружения без движущихся частей.[51] Пространство, в пределах которого локатор, один или группа датчиков обнаруживают объект называются зоной обнаружения.[52][53]

Слежение за неподвижной областью

Сигнальные средства обнаруживают объект в заданной области. Это может производится при достижении заданной величины одним из параметров сигнала, поступающего от объекта.[54]:7

Датчики цели в результате взаимодействия с целью выдают сигнал, приводящий в действие огневую цепь взрывателей.[55]

Реле механические перемещения подают сигнал при приближении объекта к заданной точке, пересечении линии, поверхности объектом.[56]

В нестационарных параметрических полях (температур, давлений, скоростей и прочих) можно выделить зоны имеющие определённые значения. Задачей поиска является обнаружение таких зон поля, задачей слежения — контроль за перемещением таких зон поля. Просмотр поля может быть осуществлен двумя способами: сканированием лучом и опросом комплекса точечных датчиков.[57]

Технические средства обнаружения пожара: пожарный извещатель, спринклер.[58]

Сканирование

Сканирование — анализ исследуемого пространства путем последовательного передвижения поля зрения устройства;[59] разложение изображения на отдельные элементы.[60]

При поиске объекта узкий луч радиолокатора последовательно проходит все точки пространства в заданом секторе. Последовательный обзор пространства осуществляется по одному из законов двухмерной развертки.[61] Развертывающим устройством осуществляется однозначное преобразование пространственной величины в зависимость от времени. Развертывающим устройством может быть: световой луч; небольшое отверстие в движущемся экране; электронно-лучевой прибор и т.п.[62]

Разложение изображения на отдельные элементы производится растровой системой (растром) из однотипных элементов (отверстий, линз, призм и т.д.). Растр производит структурное преобразование направленного пучка света. Если элементы растровой системы обладают фокусирующим действием, то такие системы называют оптическими.[63]

Локатор — устройство для определения расположения объекта в заданой системе коордиант.[64] Локаторы определяют положение объектов с использованием шкал.[54]:10 Радиолокаторы, гидролокаторы и оптические локаторы решают задачи по определению местоположения объектов, слежению за объектами, распознаванию объектов.[65]

Телевизионная система — поисковая сканирующая система без функционального преобразования изображения.[57] Телевизионные системы обнаружения и визулизации используются в дефектоскопии, ориентации летательных аппаратов, медицинской диагностике и других областях.[66] Технические средства, использующие телевидение, могут обеспечивать визуальное опознавание объектов, которые не обнаруживаются в радио и инфракрасных диапазонах. Для использования необходима соответствующая освещённость и световая контрастность объекта.[67]

Ручные, грунтовые металлоискатели имеют конструкцию в виде антенны на ручке. Место расположения металлического объекта определяется путём движения антенны вблизи объекта.

Примечания

  1. ↑ Индикатор // Корнеева Т.В. Толковый словарь по метрологии, измерительной технике и управлению качеством. Основные термины: около 7000 терминов —М.:Рус.яз., 1990.
  2. ↑ Детектор // Горохов П.К. Толковый словарь по радиоэлектронике. Основные термины: около 6 000 терминов —М.: Русский язык, 1993.
  3. ↑ Детектирование2 // Горохов П.К. Толковый словарь по радиоэлектронике. Основные термины: около 6 000 терминов —М.: Русский язык, 1993.
  4. ↑ DET, Detector / Словарь английских сокращений // Терминологический словарь-справочник по гидроакустике —Л.: Судостроение, 1989.
  5. ↑ 1 2 3 Шишкин И.Ф. Теоретическая метрология. Часть 2. Обеспечение единства измерений: Учебник для вузов —СПб.: Питер, 2012.
  6. ↑ Контроль автоматический // Энциклопедия современной техники. Автоматизация производства и промышленная электроника. Том 2 (К – Погрешность измерения) —М.: Советская энциклопедия, 1962.
  7. ↑ Радиотехника: Энциклопедия —М.: Додэка-XXI, 2002.
  8. ↑ Кутяйкин В.Г. Формы оценки соответствия технических средств измерений и контроля // Метрология. — 2013. — № 7.
  9. ↑ 1 2 Шишкин И.Ф. Теоретическая метрология. Часть 1. Общая теория измерений: Учебник для вузов —СПб.: Питер, 2010.
  10. ↑ 3.9 (4.15) детектор // Международный словарь по метрологии: основные и общие понятия и соответствующие термины: пер. с англ. и фр. / Всерос. науч.-исслед. ин-т метрологии им. Д.И. Менделеева, Белорус. гос. ин-т метрологии. Изд. 2-е, испр. — СПб.: НПО «Профессионал», 2010
  11. ↑ РМГ 29-99 ГСИ. Метрология. Основные термины и определения п. 6.26
  12. ↑ РМГ 29-2013 ГСИ. Метрология. Основные термины и определения п.6.14
  13. ↑ 5.54 Индикатор // Тарбеев Ю.В. (ред.) Основные термины в области метрологии —М.:Издательство стандартов, 1989.
  14. ↑ Измеритель нуля // Шульц Ю. Электроизмерительная техника: 1000 понятий для практиков: Справочник: Пер. с нем. —М.:Энергоатомиздат, 1989.
  15. ↑ Гальванометр // Шульц Ю. Электроизмерительная техника: 1000 понятий для практиков: Справочник: Пер. с нем. —М.:Энергоатомиздат, 1989.
  16. ↑ 1 2 Сиверс А.П. (ред.) Пороговые сигналы —М.: Советское радио, 1952.
  17. ↑ Пороговый сигнал // Вержиковский А.П. и др. Краткий словарь по радиоэлектронике —М.: Воениздат, 1980.
  18. ↑ Элемент пороговый // Грязин Г.Н. (ред.), Жеребцов И.П. (ред.) Терминологический словарь по электронной технике —СПб.: Политехника, 2001.
  19. ↑ Логика пороговая // Энциклопедия современной техники. Автоматизация производства и промышленная электроника. Том 2 (К – Погрешность измерения) —М.: Советская энциклопедия, 1962.
  20. ↑ Болотин И.М., Павленко В.А. Пороговые устройства для приборов автоматического контроля и регулирвоания —М.: Энергия, 1970.
  21. ↑ Средство обнаружения (СО)¹ // Магауенов Р. Г. (ред.) Толковый словарь терминов по системам физической защиты. Второе переиздание —М.: Секьюрити Фокус, 2012.
  22. ↑ 1 2 Автоматическое обнаружение цели // Вержиковский А.П. и др. Краткий словарь по радиоэлектронике —М.: Воениздат, 1980.
  23. ↑ 1 2 Васин В.В., Степанов Б.М. Справочник-задачник по радиолокации —М.: Советское радио, 1977.
  24. ↑ Статистических решений теория // Энциклопедия современной техники. Автоматизация производства и промышленная электроника. Том 3 (Погрешность решения — Телеизмерительная система частотная) —М.: Советская энциклопедия, 1964.
  25. ↑ Выделение сигнала из шума // Энциклопедия современной техники. Автоматизация производства и промышленная электроника. Том 1 (А – И) —М.: Советская энциклопедия, 1962.
  26. ↑ 1 2 3 Тартаковский Г.П. (ред.) Вопросы статистической теории радиолокации. Том I —М.: Советское радио, 1963.
  27. ↑ Тартаковский Г.П. (ред.) Вопросы статистической теории радиолокации. Том II —М.: Советское радио, 1964.
  28. ↑ Средство обнаружения (СО)² // Магауенов Р. Г. (ред.) Толковый словарь терминов по системам физической защиты. Второе переиздание —М.: Секьюрити Фокус, 2012.
  29. ↑ Извещатель охранный (пожарный) // Магауенов Р. Г. (ред.) Толковый словарь терминов по системам физической защиты. Второе переиздание —М.: Секьюрити Фокус, 2012.
  30. ↑ Нестеров О.Н., Свиридюк П.К., Яхнис Л.Н. Справочник проектировщика производственной связи —М.: Радио и связь, 1981.
  31. ↑ Магауенов Р.Г. Системы охранной сигнализации: основы теории и принципы построения —М.:Горячая линия-Телеком, 2004.
  32. ↑ Локатор // Горохов П.К. Толковый словарь по радиоэлектронике. Основные термины: около 6 000 терминов —М.: Русский язык, 1993.
  33. ↑ Детектор¹ // Корнеева Т.В. Толковый словарь по метрологии, измерительной технике и управлению качеством. Основные термины: около 7000 терминов —М.:Рус.яз., 1990.
  34. ↑ 1 2 Обнаружение цели // Военный энциклопедический словарь. Том II —М.: Большая российская энциклопедия, 2001.
  35. ↑ Первичная обработка радиолокационной информации // Вержиковский А.П. и др. Краткий словарь по радиоэлектронике —М.: Воениздат, 1980.
  36. ↑ Обнаружение цели // Вержиковский А.П. и др. Краткий словарь по радиоэлектронике —М.: Воениздат, 1980.
  37. ↑ Обнаружение цели // Авиация: Энциклопедия —М.: Большая Российская энциклопедия, 1994.
  38. ↑ 1 2 Справочник офицера противовоздушной обороны —М.: Воениздат, 1978.
  39. ↑ Контраст¹ // Горохов П.К. Толковый словарь по радиоэлектронике. Основные термины: около 6 000 терминов —М.: Русский язык, 1993.
  40. ↑ Контрастность цели (объекта) // Словарь ракетных и артиллерийских терминов. — М.: Воениздат, 1988.
  41. ↑ Контрастность цели // Авиация: Энциклопедия —М.: Большая Российская энциклопедия, 1994.
  42. ↑ 1 2 3 4 5 Абчук В.А., Суздаль В.Г. Поиск объектов —М.: Советское радио, 1977.
  43. ↑ Хеллман О. Введение в теорию оптимального поиска —М.: Наука, 1985.
  44. ↑ Наблюдение // Военный энциклопедический словарь. Том II —М.: Большая российская энциклопедия, 2001.
  45. ↑ Автоматизированная радиолокационная станция // Вержиковский А.П. и др. Краткий словарь по радиоэлектронике —М.: Воениздат, 1980.
  46. ↑ Радиолокация // Метеорологический словарь —Л.: Гидрометеоиздат, 1974.
  47. ↑ Лазерная локация // Метеорологический словарь —Л.: Гидрометеоиздат, 1974.
  48. ↑ Целеуказание // Словарь ракетных и артиллерийских терминов. — М.: Воениздат, 1988.
  49. ↑ Цель // Словарь ракетных и артиллерийских терминов. — М.: Воениздат, 1988.
  50. ↑ Обзор пространства // Гидроакустическая энциклопедия. Под общ. ред. В.И. Тимошенко —Таганрог: Издательство ТРТУ, 1999.
  51. ↑ Одновременный обзор пространства / Обзор // Горохов П.К. Толковый словарь по радиоэлектронике. Основные термины: около 6 000 терминов —М.: Русский язык, 1993.
  52. ↑ Зона локационного обнаружения // Горохов П.К. Толковый словарь по радиоэлектронике. Основные термины: около 6 000 терминов —М.: Русский язык, 1993.
  53. ↑ Зона обнаружения // Магауенов Р. Г. (ред.) Толковый словарь терминов по системам физической защиты. Второе переиздание —М.: Секьюрити Фокус, 2012.
  54. ↑ 1 2 Коростелев А.А. Автоматическое измерение координат —М.: Военное издательство министерства обороны СССР, 1961.
  55. ↑ Датчик цели взрывателя // Словарь ракетных и артиллерийских терминов. — М.: Воениздат, 1988.
  56. ↑ Реле механическое//Энциклопедия современной техники. Автоматизация производства и промышленная электроника. Том 3 (Погрешность решения — Телеизмерительная система частотная) —М.: Советская энциклопедия, 1964.
  57. ↑ 1 2 Нестационарных полей контроль // Энциклопедия современной техники. Автоматизация производства и промышленная электроника. Том 2 (К – Погрешность измерения) —М.: Советская энциклопедия, 1962.
  58. ↑ ТР ЕАЭС 043/2017 Технический регламент Евразийского экономического союза "О требованиях к средствам обеспечения пожарной безопасности и пожаротушения" п.6
  59. ↑ Сканирование¹ // Корнеева Т.В. Толковый словарь по метрологии, измерительной технике и управлению качеством. Основные термины: около 7000 терминов —М.:Рус.яз., 1990.
  60. ↑ Сканирование² // Корнеева Т.В. Толковый словарь по метрологии, измерительной технике и управлению качеством. Основные термины: около 7000 терминов —М.:Рус.яз., 1990.
  61. ↑ Сканирование // Энциклопедия современной техники. Автоматизация производства и промышленная электроника. Том 3 (Погрешность решения — Телеизмерительная система частотная) —М.: Советская энциклопедия, 1964.
  62. ↑ Развертка во времени // Новый политехнический словарь/ Гл. ред. А. Ю. Ишлинский. — М.: Большая Российская энциклопедия, 2000.
  63. ↑ Растр // Фотокинотехника —М.: Советская энциклопедия, 1981.
  64. ↑ Локатор // Словарь ракетных и артиллерийских терминов. — М.: Воениздат, 1988.
  65. ↑ Локатор // Авиация: Энциклопедия —М.: Большая Российская энциклопедия, 1994.
  66. ↑ Телевидение // Физическая энциклопедия, т.5. Стробоскопические приборы —Яркость —М.: Большая Российская энциклопедия, 1998.
  67. ↑ Телевизионная головка самонаведения // Вержиковский А.П. и др. Краткий словарь по радиоэлектронике —М.: Воениздат, 1980.
Эта статья взята у (из) Википедия. Текст лицензируется по Creative Commons Attribution-Share Alike 4.0. К медиа файлам могут применятся дополнительные условия.