探测成像与安全防范技术.pptx

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,11/7/2009,#,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第11章 探测成像与安全防范技术,第11章 探测成像与安全防范技术,11.1,红外探测与成像技术,11.2,超声波探测与成像技术,11.3,安全防范技术,11.4,探测与遥控电路实例,思考与练习,第1页，共123页。,11.1,红外探测与成像技术,11.1.1 红外探测与遥控技术,1.红外探测器的偏置与匹配,红外探测器的输出信号一般是很微弱的，若有效地利用这种信号，,必须对探测器采取适当的偏置并且将信号放大。所谓探测器的偏置是指通过偏置电路对探测器加上一定的偏置电压或电流，使探测器在正常的状态下工作，发挥出最好的性能。,第2页，共123页。,1）红外探测器的阻抗匹配,关于阻抗匹配，,首先应了解红外探测器的内阻大小。,红外探测器的内阻按高低可分为三类：,低阻，,其内阻低于,100,；,中阻，,其内阻在,100,1 M,之间；,高阻，,其内阻高于,1 M,。表,11-1,中列出了各种典型红外探测器的内阻和响应时间。,这里的内阻是指暗直流电阻或动态电阻。,第3页，共123页。,表,11-1,各种典型红外探测器的内阻和响应时间,第4页，共123页。,2）红外探测器的偏置,热敏电阻、光敏电阻和外光电探测器需要外加偏置电源才能形成光电流或电压。热电偶、,热释电探测器、光生伏特探测器和光磁电探测器是有源型探测器，不需外加偏置电源，,在红外线照射下，可以自生光电流或电压。,而光生伏特探测器也可以加反向偏置电压工作。,第5页，共123页。,（1）直流偏置及其对信噪比的影响：电阻性红外探测器（热敏电阻、光敏电阻等）可采用直流电阻分压偏置电路。设,R,0,为探测器的电阻（暗电阻），,R,L,为负载电阻，,U,B,为直流偏置电源电压。其中，,U,B,可以从经过几级去耦滤波的电池获得，也可经直流高频交流高频升压整流滤波的变换获得。,U,B,一般不用50 Hz市电整流滤波获得，因其纹波容易造成对红外电信号的严重干扰。,当选择,R,L,=,R,0,时，红外探测器为匹配偏置；当,R,L,R,0,时,红外探测器为恒流偏置；当,R,L,R,0,时，红外探测器为恒压偏置。,第6页，共123页。,当分压的输出信号经电容耦合至前置放大器放大后，其信噪比与偏置方式有如下结论：,红外探测器背景噪声的信噪比与偏置方式无关，它与信号随,R,L,同比例增加。,红外探测器热噪声的信噪比大小的偏置电路依次是：恒流偏置匹配偏置恒压偏置。,前置放大器电压噪声的信噪比大小的偏置电路依次是：恒流偏置匹配偏置恒压偏置，恒流偏置可比匹配偏置大一倍。,前置放大器电流噪声的信噪比与偏置方式无关。,上述结论是从偏置电流的角度分析得出的，,适用于低阻探测器，,其偏置电流一定不要超过最佳偏置电流的上限。,对于高阻值电阻性红外探测器可采用较大偏流的非恒流偏置电路。,第7页，共123页。,（,2,）,交流偏置与微波偏压偏置：,在目标的红外辐射信号为缓变信号，,又不进行光调制的情况下，,为了能利用性能稳定的交流放大器，,可以对电阻性红外探测器进行交流偏压，,称为交流偏置。,交流偏置电路可采用变压器电桥，,变压器一次侧接正弦波振荡器，,二次侧绕组作为两桥臂，,其中心抽头接地；,用两个温度特性一致的电阻式探测器分别作为另外两个桥臂，,一个接受目标辐射，,另一个不接受目标辐射，,用作温度补偿。,桥路中可接入电位器以便调零。交流偏置的优点是不需要光调制装置，,探测器无过剩噪声，性能稳定。,第8页，共123页。,如果将交流偏置源的频率提高到微波波段，,并将其功率导入微波谐振腔，,对置于微波谐振腔的高电场区域的光电导探测器进行偏置，,则此偏置称为微波偏压偏置。,微波偏压技术将红外技术与微波技术的许多特点结合起来，,提高了光电导探测器的性能。,与直流偏压相比，,它可使光电导探测器的内电流增益远远大于,1,，,使噪声更低，,而灵敏度提高两个数量级，,增益带宽积可达,10,9,10,10,Hz,。,微波偏压光电导探测器可作为低电平宽带接收器应用于光通信和光雷达系统中。,但目前，,应用中还存在需要解决的困难问题。,第9页，共123页。,2.红外探测与遥控电路的结构形式,目前，在工业或民用的红外光探测遥控中所使用的红外光谱主要集中在7601600 nm的近红外区。因为一般接收用的光敏二极管、光敏三极管大都采用硅（Si）半导体材料制成，其频谱响应峰值波长为7801550 nm；而红外光发射器件，尤其是采用GaAs、AlGaAs或GaInAsP等半导体材料制作的红外发光二极管(英文缩写为IRED)，其发射波长在8801700 nm范围内，与Si光电接收器件的响应波长相匹配。,第10页，共123页。,1）红外光发射方式及红外光发/收系统的基本组成,使用红外发光二极管获得近红外光是相当简便的。,除直流电流驱动方式外，,还有交流电流驱动方式和脉动电流驱动方式等。,交流电流驱动方式主要用于红外测量、,检测及较简单的红外光通信等电路中。,对红外光通信,(,包括红外激光通信,),来说，,调制频率、,调制带宽是重要的通信指标。,在红外探测遥控系统中，,一般不采用恒定直流驱动方式，,即平均发射方式，,而采用脉动电流驱动方式，,即脉冲式红外光发射方式。,脉冲发射方式或调制载波脉冲发射方式可使红外发射管的平均功率减小，,提高系统的有效作用距离，,且可大大提高红外探测或遥控系统的抗干扰能力。,第11页，共123页。,图,11-1,是红外光探测,/,遥控系统的基本组成框图。,在图（,a,）所示的红外光发射电路中，,编码波形发生器产生一定占空比的脉冲信号，,经驱动级放大后驱动红外发光二极管，,使其发射出一列等幅的红外光脉冲信号。,发射脉冲编码信号可降低功耗，,提高发射效率。,图（,b,）所示为红外接收电路。,由于检测出的信号微弱，,需要经高增益电压放大器放大，,然后经整流滤波电路后输出正极性脉冲信号，,加至触发电路,(,如双稳态触发器,),，,使触发器可靠翻转，,并输出规范的控制信号，,驱动执行器动作。,执行器可以是继电器、,晶闸管器件或音响电路等。,第12页，共123页。,图11-1 红外光探测/遥控系统的基本组成框图,（,a,）,红外发射电路；,（,b,）,红外接收电路,第13页，共123页。,2）红外光探测/遥控系统的基本结构和控制方式,根据红外光探测/遥控系统的用途、光束路数、通道的多少及编码方式等可将其分为以下几种结构或方式。,（,1,）,单通道红外遥控开关方式：,这是一种单光束、,单通道的最简单的红外线遥控方式。,图,11-2,为单通道红外遥控开关电路的组成框图。,第14页，共123页。,图11-2 单通道红外遥控开关电路的组成框图,（,a,）,红外发射电路；,（,b,）,红外接收电路,第15页，共123页。,（,2,）,单通道步进式红外遥控方式：,为了实施对多个机件的步进式开关控制，,常采用如图,11-3,所示的步进遥控方式。,图中，,增加红外光束光学聚焦系统，,可将一定扩散角的红外光聚焦成一束发射出去，,并将接收光束聚焦在红外光电探测器的光电转换的“窗口”中，,使检测到的有用信号强度提高很多，,从而提高红外光的发射效率和接收效率，,使探测距离大大增加，,可由几米增加到几十米。,第16页，共123页。,图,11-3,单通道步进式红外遥控方式,第17页，共123页。,上述单束红外光控制方式中，,一旦有小动物、,飞鸟或纸片等阻挡光路，,就会发生误动作或误报。,这种红外光的阻挡效应如图,11-4,所示。,解决的方法是采用双光束红外探测,/,报警系统。,第18页，共123页。,图,11-4,红外光的阻挡效应示意图,第19页，共123页。,（,3,）,双光束红外探测,/,遥控方式：,图,11-5,所示的发、,收系统是通过两只串接的红外发光二极管来发射两束红外光的，,两只管的间距约为,75 mm,；,在接收端是通过两只并接的光敏三极管来接收红外光束的，,两者的间距也为,75 mm,左右。,每只光敏三极管都能收到来自两只红外发光二极管中的任一只发来的光束。,因此，,当某条光束被阻挡时，,不会导致误报；,只有当两条光束同时被阻断时，,才会发生误报，,故可大大降低误报或虚报。,第20页，共123页。,图,11-5,双光束红外探测,/,报警系统框图,第21页，共123页。,第69页，共123页。,同时，由于微波具有穿透非金属物质的能力，故可将微波探测头安装在隐蔽处，或外加遮饰物，不易被外人察觉。,当探测器受到破坏、被拆开外壳或信号线短路或断路时，应能发出特定的报警信号。,在开机30 s后，系统趋于稳定工作状态，当有人进入红外传感探测视区内时，WT8075便输出一定宽度的高电平驱动信号，该信号分为两路：一路使V1导通，触发晶闸管VS导通，电动机M得电运转，带动电动门打开；,第98页，共123页。,（b）正方形房间中的安装；,微波偏压光电导探测器可作为低电平宽带接收器应用于光通信和光雷达系统中。,第117页，共123页。,单方向射束的微波“墙”，在靠近发射机处可能有死角(称为盲区)。,（3）通常热释电红外探测器的连线采用0.,图11-3 单通道步进式红外遥控方式,第50页，共123页。,（2）超声波探测器应远离发热源，如空调器、暖气管（片）、热风机等。,（4）多通道红外探测/遥控方式：当遥控通道数较多或被控对象数目多时，单通道红外遥控方式很难满足控制要求。多通道红外控制方式能满足多通道、多对象的控制要求。,多通道红外遥控按照产生控制指令的方式和指令特征的不同，,通常可分为频分制红外探测,/,遥控和码分制红外探测,/,遥控两类。,这两类控制方式各有自身的特点。,一般说来，,在遥控通道数很多的情况下，,要采用码分制红外遥控。,第22页，共123页。,11.1.2,红外遥感技术,1.遥感技术的特点,遥感技术使用的电磁辐射主要有以下三个波段：,0.4,0.75,m,的可见光和,0.75,2.5,m,的近红外波段；,3,5,m,的中红外波段和,8,14,m,的热红外波段；,1 mm,1 m,的微波波段。,第一个波段是地物对太阳辐射的反射波段；,第二个波段主要是接收地物自身的热辐射，,能获得较多的地面目标信息，,而且昼夜都能接收红外辐射；,第三个波段能穿透云雾。,因此利用微波遥感技术，不仅昼夜都能工作，,而且还能探测云雾覆盖下的地面情况。,第23页，共123页。,红外遥感利用近红外波段和热红外波段。,红外辐射在大气中传播时，,因受到大气中的气体分子、,水蒸气以及固体微粒、,尘埃等物质的吸收和散射而逐渐衰减。,但空气中的,N,2,、,H,2,、,O,2,等对称的双原子分子不吸收红外辐射，,因此不会造成红外辐射在传输中的衰减。,红外辐射在通过大气层时，,透过率高的波段是,2,2.6,m,、,3,5,m,和,8,14,m,，称它们为“大气窗口”，,对红外遥感特别重要。,第24页，共123页。,声纳是利用超声波反射的回波，探测水中障碍物位置和距离的一种水声学仪器。,1 mm1 m的微波波段。,第86页，共123页。,由上式可见，为提高天线的增益系数，在天线口径不可能很大的情况下，宜选用较高的工作频率。,分体式的报警点安装较麻烦，但其优点是可按照各种探测方式的特点和实际现场进行安装，使每种探测器调整到最佳灵敏度。,11-11 红外探测器和微波探测器各对哪个移动方向的活动体最敏感？,第15页，共123页。,（e）靠窗安装二；,【例11-3】对于30m3.,热释电红外传感器与菲涅尔光学透镜及其合理配接,热释电红外传感器与菲涅尔光学透镜及其合理配接,（3）通常热释电红外探测器的连线采用0.,热释电红外探测防盗报警器的组成和工作原理,图11-2为单通道红外遥控开关电路的组成框图。,微波探测受气候条件、环境变化的影响较小。,2.红外遥感仪,ST,1）红外扫描成像遥感仪,红外扫描成像遥感仪是一种摄取远距离目标图像数据的仪器，,分为光机扫描仪和推帚式扫描仪。,光机扫描仪的原理如图,11-6,所示，,在飞机或卫星上摄取地面辐射图像，,常采用行扫描原理。,摄取一幅平面图像，,需要完成两个互相垂直方向上的扫描运动。,由飞机或卫星相对地面的运动实现飞行方向的一维扫描，,由仪器内设置的机械运动反射镜可完成垂直于飞行方向的另一维扫描。,控制扫描镜的转速，,在完成对地面扫描一行时，,平台正好向前运动了像元所对应的地面距离，,并使下一行很好邻接。,这样探测器不断输出的电信号就反映出地面的图像数据。,第25页，共123页。,图11-6 红外行扫描仪工作原理,第26页，共123页。,推帚式扫描仪的原理如图,11-7,所示。,图中，,地面上扫描线对应的辐射信息经光学系统收集，,聚焦在线阵,CCD,上，,CCD,的输出端以一路时序视频信号输出，,在瞬间能同时得到垂直于航线的一条影像线。,随着平台的向前移动，,以“推帚”方式获取沿轨道的连续影像条带。,第27页，共123页。,图,11-7,推帚式扫描仪的数据采集原理,第28页，共123页。,2）红外光谱遥感仪,红外光谱遥感仪以获得目标的光谱辐射特性为目的，,用以判断物质的存在及种类。,它的基本组成部分包括辐射接收器、,中继光学系统、,探测器及数据记录器等。,它将目标辐射会聚后送入中继光学系统，,将辐射从时间上或空间上按波长分开。,各波长辐射分别进入光电探测器，,光电探测器输出的光谱信息由记录仪和处理电路进行记录和处理。,第29页，共123页。,11.1.3 红外热成像,1.点扫描热释电热像仪,点扫描热释电热像仪是采用点扫描方式成像的图像传感器，,它常采用震镜对被测景物进行扫描的方式。,为了提高探测灵敏度，,在这种热像仪中常采用对接收器件进行制冷的方法，,使探测器件在很低的温度下工作。,例如，,WP-95,型红外热像仪的工作温度为液氮制冷温度,77 K,，,在这样低的温度下，它对温度的响应非常灵敏，,可以检测到,0.08,的温度变化。,第30页，共123页。,WP-95,型红外热像仪采用碲镉汞,(HgCdTe),热释电器件为热电传感器，,采用单点扫描方式，,扫描一帧图像的时间为,5 s,，,不能直接用监视器观测，,只能将其采集到计算机中，,用显示器观测。,一幅图像的分辨率为,256,256,，,图像灰度分辨率为,8b(256,灰度阶,),。,热像仪的探测距离为,0.3 m,至无限远距离。,热像仪视角范围大于,12,，,空间角分辨率为,1.5 mrad,。它常被用于医疗、,教育及科研等领域。,第31页，共123页。,2.热释电摄像管的基本结构,热释电摄像管的结构如图,11-8,所示。,它由透红外热辐射的锗成像物镜、,斩光器、,热像管和扫描偏转系统等构成。,将被摄景物的热辐射经锗成像物镜成像到由热释电晶体排列成的热释电靶面上，,得到热释电电荷密度图像。,该热释电电荷密度图像在扫描电子枪的作用下，,按一定的扫描规则,(,电视扫描制式,),扫描靶面，,在靶面的输出端,(,负载电阻,R,L,上,),产生视频信号输出，,再经过前置放大器进行阻抗变换与信号放大，,产生标准的视频信号。,第32页，共123页。,图,11-8 TGS,热释电摄像管的结构,第33页，共123页。,3.,典型热像仪,图11-9 典型热像仪,（,a,）,M4,手机式；,（,b,）,IR928,；,（,c,）,IR913A,；,（,d,）,IR220,；,（,e,）,IR210,第34页，共123页。,1）IR928型非制冷焦平面红外热像仪,IR928,型非制冷焦平面红外热像仪，,采用了世界上最先进的非制冷焦平面,320,240,探测器技术，,具有全屏实时测温、,最高温度自动追踪、,现场语音记录及设定温度语音报警功能，温度分辨率达,0.06,。,它还具有以下特点：,CF,卡存储图像，锂电池供电时间超过,2,小时，,测温范围可扩展到,1500,，完善而先进的温度分析软件（复杂的图像分析、,处理、变换、自动生成报告等功能）。该热像仪可广泛应用于医疗、,电力、,消防、,石化、,冶金等行业。,第35页，共123页。,2）M4手机式红外热像仪,MobIRM4,手机式红外热像仪代表目前世界红外测量领域的一个新的里程碑，,是目前世界上惟一一款手机式双屏红外热像测温仪。,本产品具备独特的外观设计和整体制造工艺，,拥有强大的电气设备热能分布检测和分析功能，,能清晰地显示目标物体的红外热图像，,并能实现快速的数字视频传输。,操作方式更具人性化和智能化，,具备非常强的作业机动性，,适合在测温目标分布广泛的野外和大型建筑等场合进行热像拍摄和精确的温度测量和分析。,第36页，共123页。,3）IR913A型非制冷焦平面红外热像仪,IR913A,型非制冷焦平面红外热像仪广泛应用于观察、,监控、,探测和安全等工业领域，,以及医疗领域。,该系统适用于电力、,化工及冶金工业。,它能及时给操作者提供准确快速的红外图像，,具有热敏度高，,成像清晰，,测温精确且低价格等优点。,第37页，共123页。,4）IR220型红外在线监测系统,IR220,型红外热像仪为采用红外热释电热像管在常温下工作的热像仪。,它设计紧凑，,极易操作，,是理想的在线式测温分析系统。,它可与,50 m,外的计算机连接，,操作者可得到任意点温度的实时热分布图。,IR220,红外热像仪可以应用于医疗、,汽车工业、,玻璃工业、,塑料工业、,半导体工业方面的在线检测、,故障检测及成像监视。,第38页，共123页。,5）IR210高清晰度夜间红外监视探测仪,IR210,运用了,320,240,像素非制冷焦平面探测器技术，,使用者可清楚地探测到处于完全黑暗环境下的物体。,除去特殊的防雨设计，,小巧的,IR210,还能融入使用者的户外,CCTV,安保系统，,在毫无可见光的情况下探测到黑暗中的入侵者。,它既有模拟视频输出，也具有串行数字输出端口,(RS-232/RS-485,），,同时，,还具有电子变倍功能。,它可手动调整亮度，,也可自动调整亮度；,同时它可以更换其它镜头以便适应不同的探测要求。,它广泛应用于医疗、,缉私、,楼宇门禁等行业。,第39页，共123页。,11.2,超声波探测与成像技术,1.超声波探测技术,1）声纳,声纳是利用超声波反射的回波，探测水中障碍物位置和距离的一种水声学仪器。声纳也可用来接收水中物体发出的声音，以测定物体的方位。,声纳最初被用来测定水深。如图,11-10,所示，,由超声换能器从水面垂直向下发射超声波，,称为垂直声纳，,在示波管上显示发射脉冲的迹线，,当超声波向下遇到海底时即被反射，,超声波传感器接收到回波后，,在示波管上即显示接收波脉冲的迹线。,与超声波测距相同，,若从发射波开始到接收波出现的时间间隔为,T,，,海水中的声速为,v,，,则水深,h,=,vT,/2,。,第40页，共123页。,图,11-10,超声波水深测量原理,第41页，共123页。,2）超声波探伤,（,1,）,透射测试法：当材料内有缺陷时，,材料内的不连续性成为超声波传输的障碍，,超声波通过这种障碍时只能透射一部分声能。,只要有百分之几那样的细裂纹，,在无损检测中即可构成超声波不能透过的阻挡层。,此即缺陷透射检测法的原理，,如图,11-11,所示。,第42页，共123页。,图,11-11,缺陷透射检测法原理图,第43页，共123页。,（,2,）,反射测试法：,用反射法的脉冲回波技术精度较高。,如图,11-12,所示，,脉冲发生器通过探头将超声波脉冲向试件发射，,如果有缺陷，,其回波会在示波管上显示，,根据示波器上的读数所获得的脉冲间隔时间即可测得缺陷的深度。,这里使用的自激时基发生器要比通用示波器复杂一些，,因为在每个锯齿波终结后要等待足够长的时间，,使试件中的混响逐渐平息下去，,这个等待时间设在新的动作循环之前，,约为扫描时间的,4,5,倍。,时基发生器的另一功能是向示波管阴极提供方波信号，,加亮显示脉冲。,脉冲发生器正好在锯齿波起始后被触发，,把快速上升的短促高电压尖峰脉冲送入探头。,探头中的压电换能器受短促高电压脉冲的激励，,以本身的固有谐振频率进行阻尼振荡，,将超声脉冲发射到试件内。,超声脉冲很短促，,通常只有几个周期。,超声回波脉冲由同一探头拾取后转换为电信号，,但其电压要比发送脉冲小几个数量级。,第44页，共123页。,图,11-12,脉冲回波探伤原理图,第45页，共123页。,2.超声波遥控技术,超声波传感器的频率特性如图,11-13,所示，一般采用中心频率,f,0,为,40 kHz,的超声波作为载频，,其选频特性很好。,图,11-13,超声波传感器的频率特性曲线,第46页，共123页。,超声波接收器的负载特性如图11-14所示，如果负载电阻,R,很大(大于100 k)，频率特性是尖锐谐振的，谐振频率上灵敏度最高；如果负载电阻,R,较小(小于10 k,)，频率特性曲线变得较缓，而且通带较宽，同时灵敏度也随之降低，并且最高灵敏点向频率较低的方向移动。因此，超声波接收器在使用时，,应当与输入阻抗较高的前置放大器配合使用，才能发挥其最高灵敏度。,第47页，共123页。,图,11-14,超声波接收器的负载特性,第48页，共123页。,11.2.2 超声波成像探测,（,1,）,A,式显示：,它的显示幅度和时间关系，,显示屏上的二维分别代表信号的幅度和深度,(,时间,),，,如图,11-15,所示。,它的横坐标可用来确定产生回波的界面所处的深度。,第49页，共123页。,图,11-15 A,式显示,第50页，共123页。,（,2,）,B,式显示：,将接收到的回波幅度信号加到示波管的,Z,极上进行调辉，,如图,11-16,所示。,当示波管上的时基线与超声脉冲发射方向相一致时，,则换能器位置逐渐改变，,时基线也相应改变，,B,式显示形成一幅二维图像。,第51页，共123页。,图,11-16 B,式显示,第52页，共123页。,（1）分辨力：它有横向分辨力和轴向分辨力之分，前者指垂直于超声脉冲波束轴方向上的分辨力，波束直径越细，能分辨的尺度越小，横向分辨力超高。后者是指沿波束轴方向上的分辨力，也称距离分辨力，主要决定于超声脉冲的有效持续时间。,（,2,）,工作频率：对于人体各部位都有相应合适的工作频率，,提高工作频率可提高分辨力。,但超声在生物体中的衰减是与频率成正比的，,高的频率会带来大的衰减。,第53页，共123页。,（3）穿透深度：按照器官和部位的不同，要有不同的穿透深度，影响穿透深度的主要因素是传播途中的衰减。扩展穿透深度的方法是降低工作频率、提高接收机的灵敏度和加大发射功率。,（4）帧频：仪器每秒钟可以成像的帧数称为帧频。实时成像要求有高的帧频。帧频,F,、穿透深度,P,(cm)和每帧像中所含有的线数,N,三者的乘积是一个常数，等于人体中声速,v,的一半，即,（,11-1,）,第54页，共123页。,图,11-17 B,超诊断仪方框图,第55页，共123页。,11.3.1 入侵探测和防盗报警系统概述,1.,安全防范及防盗系统的组成和功能,图,11-18,电子防盗报警装置基本组成框图,11.3,安全防范技术,第56页，共123页。,图,11-19,某大型防入侵探测报警系统的功能框图,第57页，共123页。,2.入侵探测器的类型和选型,（1）震动式入侵探测器：常见的有机械式、电动式和压电式等。这种探测器能探测出入侵者的走动，门、窗的相对移动或震颤以及保险柜发出的震动等。,（2）声控式探测器：这种探测器又称为声波传感器。它属于空间控制型探测器，常用于空间防范，兼作报警复核用。选用选频式声控报警器可抑制周边环境的噪声，不易引起误报。,次声波传感器是声控探测器的一个新品种，,通常用于密封的环境防范。,第58页，共123页。,（3）超声波探测器：在超声波遥控中，使用的频率为20100 kHz。常见的超声发射、接收传感器的标称频率为3540 kHz，常取40 kHz。常用的超声传感器有UCM-40T/R系列、T/R40-系列等。,超声波传感器按其结构和安装方法的不同，,可分为声场型和多普勒型。,前者多用于封闭的室内环境，,后者防范空间为一椭球形区域，,但两者均用来进行超声波空间的探测。,第59页，共123页。,（4）微波探测器：微波探测器与上述超声波探测器一样，能在立体空间范围内进行非接触式探测、防范。它可以覆盖6070的辐射角范围，甚至更大。微波探测受气候条件、环境变化的影响较小。同时，由于微波具有穿透非金属物质的能力，故可将微波探测头安装在隐蔽处，或外加遮饰物，不易被外人察觉。,微波防盗报警装置主要是利用多普勒效应，因此探测对象必须是运动体。,第60页，共123页。,（5）电场畸变探测器：这种探测器主要用于户外的周界防范，一般可保护300500 m的周界。也可根据防御周界的实际形状，将数组电场感应式传感器连接在一起，组成更长的周界防御系统。这种防御场平时处于静态，当有活动体闯入该场区时，相应的电场区就会发生畸变，传感器就会感应出报警信号。,（,6,）,开关型报警器：,该报警器一般由开关式传感头和报警控制器组成。,常用的报警开关有磁控开关、,微动开关、,压力垫，,或用金属条、,金属箔、,金属丝等来代替的多种类型的开关，,属于点控制型传感头。,第61页，共123页。,（7）主动式红外入侵探测器：这种探测器一般采用较细的平行光束构成一道人眼看不见的封锁线，当有人穿越或遮断这条红外光束时，光电接收机输出的电信号的强度就会发生变化，经放大、信号处理后启动报警控制器，发出声光报警信号。,（8）被动式红外入侵探测器：这种探测器即热释电红外探测器，它具有二维探测、识别特性。满足这种红外防盗报警的工作条件有两个：一个是存在具有一定体温的生物体；二是必须有一定的移动速度。它对于人体有很高的灵敏度。,第62页，共123页。,（9）红外激光入侵探测器：激光是相位相关的相干电磁波。它与自然光、照明光源和发光二极管等光源所发的光不同，激光具有方向性好、亮度高等特点，故激光探测器非常适合远距离线控报警装置。,入侵探测器是用来探测入侵者移动或其他动作的部件，,需要防范的地方很多。,在设计、,安装入侵探测器时，,应根据防范技术要求、,防范场所的不同地理特征以及周围环境条件而选用合适的探测器，,以达到防范的目的。,第63页，共123页。,11.3.2 复合探测技术和防范报警系统,1.单技术探测器的局限性,单技术探测器虽然结构简单、价格低廉，但由于受到如环境温度、震动、冲击、光强变化、电磁干扰、小动物活动等各种因素的影响，在某些情况下的误报、漏报率会相当高。,例如，,19811985,年香港警方共收到,89 085,次报警，,误报率高达,99,；,又如英国苏格兰警方,1985,年共收到约,20 000,次报警，,误报率为,98,。,第64页，共123页。,2.复合探测技术报警器,1）复合探测技术报警器的特点,复合探测技术是将两种或两种以上的探测技术结合在一起，,以“相与”的关系来触发报警装置。,采用双技术探测方式要比采用单一探测技术的报警器的误报率低得多。,表,11-2,列出了几种单探测技术和双探测技术报警器误报率的比较。,可以看出，,微波热释电红外双探测技术报警器的误报率最低。,据报道，,它比采用单一探测技术的报警器的误报率降低,421,倍，,比其他几种类型的双技术报警器的误报率降低约,270,倍。,第65页，共123页。,表,11-2,单、,双探测技术报警器误报率的比较,第66页，共123页。,表,11-3,几种探测器的工作特点和性能,第67页，共123页。,表,11-3,几种探测器的工作特点和性能,第68页，共123页。,2）复合探测技术报警器的安装,双探测技术报警器按结构分为一体式和分体式两种。分体式的报警点安装较麻烦，但其优点是可按照各种探测方式的特点和实际现场进行安装，使每种探测器调整到最佳灵敏度。,图,11-20,是热释电红外超声波双探测器的分体安装示意图。,两种探测器分别安装在房间内的不同位置。,第69页，共123页。,图,11-20,分体式热释电红外超声波双探测器的最佳安装示意图,第70页，共123页。,图11-21 多普勒型超声波探测器的能场分布图,（,a,）,装在天花板上；,（,b,）,装在墙壁上；,（,c,）,装两个探测器,第71页，共123页。,安装超声波探测器时应注意以下几点：,（1）应使超声波探测器的发射角对准来犯者最有可能进入的通路。由于多普勒型超声波探测器的探测灵敏度与入侵者的运动方向有关，当入侵者面向或背向探测器走动时，收到的超声波附带有较大的多普勒频移，探测灵敏度较高。,（2）超声波探测器应远离发热源，如空调器、暖气管（片）、热风机等。,（,3,）,注意避免室内的家具、,物品对超声波探测器的遮挡。,因为超声波对物体没有穿透性能，,所以应防止对超声波传播的阻挡而形成探测盲区。,（,4,）,房间的隔声性能要好，,以避免外界的超声波噪声、,汽笛声、,哨声以及铃声等可能产生超声源的干扰。,第72页，共123页。,11.3.3 主动式红外入侵探测报警技术,1.主动式红外探测报警器的组成及工作原理,如图,11-22,所示，,主动式红外探测报警器由红外发射机、,红外接收机和报警控制器等组成，,分别置于收、,发端的光学系统一般采用光学透镜，,用于将红外光聚焦成较细的平行光束，,以使红外光集中传送。,红外发射机发出的红外光束是一道人眼看不见的警戒线，,当有人穿越或阻挡这条红外光束时，,便启动报警控制器发出报警信号。,按红外光束的形式，,分为单音脉冲式、,载波调制式和有消隐波门的红外探测报警系统。,第73页，共123页。,图11-22 主动红外探测报警器的原理框图,（a）单音脉冲红外探测报警系统组成框图；,（b）载波调制式红外探测报警系统组成框图；,（,c,）,有消隐波门的红外探测报警系统框图,第74页，共123页。,2.主动红外探测报警器的安装方式和防范布局,选取合适的遮光时间进行报警对于主动红外探测报警器至关重要。,若遮光时间选得过短，,某些外界干扰,(,如电磁干扰、,背景光变化、,小鸟飞越、,小动物穿过等,),会引起误报警；,若遮光时间选得过长，,则可能导致漏报。,若来犯者以,10 m/s,的速度通过镜头的遮光区域，,人体最小粗度为,20 cm,，,则穿越者最短遮光时间为,20 ms,。,光束被人体遮断超过,20 ms,时，,系统就会报警，,而小于,20 ms,时不会报警。,这样，,较小的活动体，,如小动物、,昆虫等不会导致误报。,第75页，共123页。,主动式红外探测报警器可根据防范要求以及实际防范区大小、,形状的不同，,视具体情况布置单光束、,双光束或多光束，,分别形成警戒线、,警戒墙、,警戒网等不同的封锁布局。,如红外发射机,(T),和接收机,(R),对向放置，,之间形成一条单光束的红外警戒线或多光束的红外警戒线；,成对发、,收装置对射，,可构成红外警戒面；,采用反射镜,(,转向镜,),形成红外警戒线、,警戒面或警戒网。,对于有分岔的长走廊，,可用一个红外发射器、,两个反射镜和安装在走廊两端的两个红外接收器进行红外警戒；,对于远距离主动红外警戒，,可采用中继方式。,第76页，共123页。,3.安装主动红外探测器的注意事项,（1）在不影响防范技术要求的前提下，探测器不要安装在显眼的地方。主动式红外探测器体积小，重量轻，便于隐蔽。,（2）主动式红外探测器应有防拆、防破坏保护功能。当探测器受到破坏、被拆开外壳或信号线短路或断路时，应能发出特定的报警信号。,（3）红外探测器应远离热源，如电热炉、空调器、供暖管道、供暖装置等。环境温度过高或过低都可能使红外探测器产生误报。,（,4,）,红外探测器在室外自然环境下使用时，,应有一定的抗外界干扰能力，,对于任何外界光源的辐射干扰信号都不应产生误报和漏报。,第77页，共123页。,（5）主动红外探测器的安装应考虑小动物、昆虫及落叶可能带来的干扰，并有一定的抗干扰能力。安装的地点、高度、周围环境应予以充分考虑。,（,6,）,电气干扰无处不在，,应对红外探测器和报警电路加以屏蔽，,对所用电源线加装滤波网络。,第78页，共123页。,11.3.4 热释电红外探测安全防范技术,1.热释电红外探测防盗报警器的组成和工作原理,热释电红外探测防盗报警器主要由光学透镜系统、,热释电红外传感器、,放大器、,信号处理器、,报警控制器和声光报叫电路等组成。,任何高于绝对温度零点,(-273.15,),的物体都会辐射红外线，,辐射能量的大小与该物体的表面温度有关。,正常人的体温约为,36.8,，,人体辐射的红外线波长为,9,10,m,。,在制作热释电红外传感器的探测元时，,在其硅片上贴上一个截止波长为,7,10,m,的滤光片，,使小于,7,m,的非人体辐射红外线被吸收掉，,只对人体发出的,7,10,m,的红外线进行检测。,第79页，共123页。,当不考虑背景辐射噪声时，,在红外探测距离范围内，,被动式红外探测器的作用距离,d,为,（,11-2,）,式中,d,为有效探测距离；,D,0,为光学透镜系统通光口径；,N,A,=,D,0,/2,f,，为光学透镜系统数值孔径；,为光学透镜系统的传输效率；,D,*为红外传感器的光谱探测度（比探测率）；,W,为活动体的辐射强度；,为大气透过率；,V,s,/,V,n,为探测系统确定的信噪比；,为探测器的警戒视场角；,f,为等效噪声带宽。,第80页，共123页。,可见，欲提高探测距离,d,，应采取如下措施：,（1）加大光学透镜系统的通光口径,D,0,，提高光学系统的传输效率,，采用性能优良的菲涅尔透镜。,（2）增大探测器传感器的光谱探测度,D,*,或选用高探测度的红外传感器。,（3）适当减小等效噪声带宽。,（4）在满足防范要求的前提下，可适当压缩警戒视场角，使能量集中辐射至远方。,第81页，共123页。,图,11-23,热释电红外探测报警器探测原理示意图,第82页，共123页。,2.热释电红外传感器与菲涅尔光学透镜及其合理配接,根据热释电红外探测器(PIR)的结构、警戒范围及探测距离的不同，大致可分为单波束型探测器和多波束型探测器两种。,单波束型探测器是由红外传感器和曲面反射镜组成的，,传感器的红外窗口正好位于反射镜的聚焦点处，,形成反射聚焦式光学系统，,将来自目标的红外光能会聚在红外传感器上。,这种单波束型探测器的警戒视场角较窄，,一般在,5,以下。,但由于能量聚集在较小的视场内，,故探测距离较远，可长达,100 m,左右，,适合探测狭窄的走廊、过道、封锁门窗、道口等。,第83页，共123页。,多波束型红外探测器采用透镜聚焦式光学系统，,即采用菲涅尔光学透镜。,通常，,它是由聚乙烯材料注压而成的薄片，,在薄片上压制有宽度不同的分格竖条，,单个竖条平面实际上是一些同心的螺旋线，,形成多层光束结构的光学透镜。,菲涅尔透镜在不同探测方向呈多个单波束状态，,组成立体扇形红外监测区域，,构成立体警戒。,如图,11-24,所示是一种菲涅尔透镜的构造及其水平视场示意图。,第84页，共123页。,图11-24 菲涅尔透镜的构造及其水平视场示意图,第85页，共123页。,通常，对多层光束结构的菲涅尔透镜的要求较高，它的纹理结构、曲面半径,R,以及焦距长度,f,是根据相对灵敏度和接收角度的要求进行设计的。一个优质的菲涅尔透镜必须表面光洁、纹理清晰、厚度均匀(一般在0.65 mm左右)，对红外光的透射率不应低于65，抗干扰性要好。要求红外光电探测器在强光照射的情况下，当光照度为6500 Lx时，不应有误报警现象出现。有些性能良好的透镜因材料中掺入了某些滤光材料而呈乳白色或黑色，它既能抑制光源的干扰，又具有优良的红外光透射能力，可使人体发出的710 m红外光无阻碍地通过。,第86页，共123页。,图11-25 菲涅尔透镜与红外传感器的安装示意图,第87页