探测成像与安全防范技术课程课件

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

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。

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100Ω；

中阻，

其内阻在100Ω～1MΩ之间；

高阻，

其内阻高于1MΩ。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。

表11-1各种典型红外探测器的内阻和响应时间

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。

（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R0为探测器的电阻（暗电阻），RL为负载电阻，UB为直流偏置电源电压。其中，UB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。UB一般不用50Hz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RL=R0时，红外探测器为匹配偏置；当RL>>R0时,红外探测器为恒流偏置；当RL<<R0时，红外探测器为恒压偏置。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：①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RL同比例增加。②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。③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。④前置放大器电流噪声的信噪比与偏置方式无关。⑤

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。

（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。

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109～1010Hz。

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。

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760～1600nm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780～1550nm；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880～1700nm范围内，与Si光电接收器件的响应波长相匹配。1）红外光发发射方式式及红外外光发/收系统的的基本组组成使用红外外发光二二极管获获得近红红外光是是相当简简便的。。除直流电电流驱动动方式外外，还有交流流电流驱驱动方式式和脉动动电流驱驱动方式式等。交流电流流驱动方方式主要要用于红红外测量量、检测及较较简单的的红外光光通信等等电路中中。对红外光光通信(包括红外外激光通通信)来说，调制频率率、调制带宽宽是重要要的通信信指标。。在红外探探测／遥遥控系统统中，一般不采采用恒定定直流驱驱动方式式，即平均发发射方式式，而采用脉脉动电流流驱动方方式，即脉冲式式红外光光发射方方式。脉冲发射射方式或或调制载载波脉冲冲发射方方式可使使红外发发射管的的平均功功率减小小，提高系统统的有效效作用距距离，且可大大大提高红红外探测测或遥控控系统的的抗干扰扰能力。。图11-1是红外光光探测/遥控系统统的基本本组成框框图。在图（a）所示的红红外光发发射电路路中，编码波形形发生器器产生一一定占空空比的脉脉冲信号号，经驱动级级放大后后驱动红红外发光光二极管管，使其发射射出一列列等幅的的红外光光脉冲信信号。发射脉冲冲编码信信号可降降低功耗耗，提高发射射效率。。图（b）所示为红红外接收收电路。。由于检测测出的信信号微弱弱，需要经高高增益电电压放大大器放大大，然后经整整流滤波波电路后后输出正正极性脉脉冲信号号，加至触发发电路(如双稳态态触发器器)，使触发器器可靠翻翻转，并输出规规范的控控制信号号，驱动执行行器动作作。执行器可可以是继继电器、、晶闸管器器件或音音响电路路等。图11-1红外光探探测/遥控系统统的基本本组成框框图（a）红外发射射电路；；（b）红外接收收电路2）红外外光探测测/遥控系统统的基本本结构和和控制方方式根据红外外光探测测/遥控系统统的用途途、光光束路数数、通通道的多多少及编编码方式式等可将将其分为为以下几几种结构构或方式式。（1）单通道红红外遥控控开关方方式：这是一种种单光束束、单通道的的最简单单的红外外线遥控控方式。。图11-2为单通道道红外遥遥控开关关电路的的组成框框图。图11-2单通道红红外遥控控开关电电路的组组成框图图（a）红外发射射电路；；（b）红外接收收电路（2）单通道步步进式红红外遥控控方式：：为了实施施对多个个机件的的步进式式开关控控制，常采用如如图11-3所示的步步进遥控控方式。。图中，增加红外外光束光光学聚焦焦系统，，可将一定定扩散角角的红外外光聚焦焦成一束束发射出出去，并将接收收光束聚聚焦在红红外光电电探测器器的光电电转换的的“窗口口”中，，使检测到到的有用用信号强强度提高高很多，，从而提高高红外光光的发射射效率和和接收效效率，使探测距离大大大增加，可由几米增加加到几十米。。图11-3单通道步进式式红外遥控方方式上述单束红外外光控制方式式中，一旦有小动物物、飞鸟或纸片等等阻挡光路，，就会发生误动动作或误报。。这种红外光的的阻挡效应如如图11-4所示。解决的方法是是采用双光束束红外探测/报警系统。图11-4红外光的阻挡挡效应示意图图（3）双光束红外探探测/遥控方式：图11-5所示的发、收系统是通过过两只串接的的红外发光二二极管来发射射两束红外光光的，两只管的间距距约为75mm；在接收端是通通过两只并接接的光敏三极极管来接收红红外光束的，，两者的间距也也为75mm左右。每只光敏三极极管都能收到到来自两只红红外发光二极极管中的任一一只发来的光光束。因此，当某条光束被被阻挡时，不会导致误报报；只有当两条光光束同时被阻阻断时，才会发生误报报，故可大大降低低误报或虚报报。图11-5双光束红外探探测/报警系统框图图（4）多通道红红外探测/遥控方式：当当遥控通道道数较多或被被控对象数目目多时，单单通道红外遥遥控方式很难难满足控制要要求。多通通道红外控制制方式能满足足多通道、多多对象的控控制要求。多通道红外遥遥控按照产生生控制指令的的方式和指令令特征的不同同，通常可分为频频分制红外探探测/遥控和码分制制红外探测/遥控两类11.1.2红外遥感技技术1.遥感技术的的特点遥感技术使使用的电磁磁辐射主要要有以下三三个波段：：0.4～0.75μm的可见光和和0.75～2.5μm的近红外波波段；3～5μm的中红外波波段和8～14μm的热红外波波段；1mm～1m的微波波段段。第一个波段段是地物对对太阳辐射射的反射波波段；第二个波段段主要是接接收地物自自身的热辐辐射，能获得较多多的地面目目标信息，，而且昼夜都都能接收红红外辐射；；第三个波段段能穿透云云雾。因此利用微微波遥感技技术，不仅仅昼夜都能能工作，而且还能探探测云雾覆覆盖下的地地面情况。。红外遥感利利用近红外外波段和热热红外波段段。红外辐射在在大气中传传播时，因受到大气气中的气体体分子、水蒸气以及及固体微粒粒、尘埃等物质质的吸收和和散射而逐逐渐衰减。。但空气中的的N2、H2、O2等对称的双双原子分子子不吸收红红外辐射，，因此不会造造成红外辐辐射在传输输中的衰减减。红外辐射在在通过大气气层时，透过过率率高高的的波波段段是是2～2.6μm、3～5μm和8～14μm，称它它们们为为““大大气气窗窗口口””，，对红红外外遥遥感感特特别别重重要要。。2.红外外遥遥感感仪仪[ST]1）红外外扫扫描描成成像像遥遥感感仪仪红外外扫扫描描成成像像遥遥感感仪仪是是一一种种摄摄取取远远距距离离目目标标图图像像数数据据的的仪仪器器，，分为为光光机机扫扫描描仪仪和和推推帚帚式式扫扫描描仪仪。。光机机扫扫描描仪仪的的原原理理如如图图11-6所示示，，在飞飞机机或或卫卫星星上上摄摄取取地地面面辐辐射射图图像像，，常采采用用行行扫扫描描原原理理。。摄取取一一幅幅平平面面图图像像，，需要要完完成成两两个个互互相相垂垂直直方方向向上上的的扫扫描描运运动动。。由飞飞机机或或卫卫星星相相对对地地面面的的运运动动实实现现飞飞行行方方向向的的一一维维扫扫描描，，由仪仪器器内内设设置置的的机机械械运运动动反反射射镜镜可可完完成成垂垂直直于于飞飞行行方方向向的的另另一一维维扫扫描描。。控制制扫扫描描镜镜的的转转速速，，在完完成成对对地地面面扫扫描描一一行行时时，，平台台正正好好向向前前运运动动了了像像元元所所对对应应的的地地面面距距离离，，并使使下下一一行行很很好好邻邻接接。。这样样探探测测器器不不断断输输出出的的电电信信号号就就反反映映出出地地面面的的图图像像数数据据。。图11-6红外外行行扫扫描描仪仪工工作作原原理理推帚式扫扫描仪的的原理如如图11-7所示。图中，地面上扫扫描线对对应的辐辐射信息息经光学学系统收收集，聚焦在线线阵CCD上，CCD的输出端端以一路路时序视视频信号号输出，，在瞬间能能同时得得到垂直直于航线线的一条条影像线线。随着平台台的向前前移动，，以“推帚帚”方式式获取沿沿轨道的的连续影影像条带带。2）红外外光谱遥遥感仪红外光谱谱遥感仪仪以获得得目标的的光谱辐辐射特性性为目的的，用以判断断物质的的存在及及种类。。它的基本本组成部部分包括括辐射接接收器、、中继光学学系统、、探测器及及数据记记录器等等。它将目标标辐射会会聚后送送入中继继光学系系统，将辐射从从时间上上或空间间上按波波长分开开。各波长辐辐射分别别进入光光电探测测器，光电探测测器输出出的光谱谱信息由由记录仪仪和处理理电路进进行记录录和处理理。11.1.3红外热成成像1.点扫描热热释电热热像仪点扫描热热释电热热像仪是是采用点点扫描方方式成像像的图像像传感器器，它常采用用震镜对对被测景景物进行行扫描的的方式。。为了提高高探测灵灵敏度，，在这种热热像仪中中常采用用对接收收器件进进行制冷冷的方法法，使探测器器件在很很低的温温度下工工作。例如，WP-95型红外热热像仪的的工作温温度为液液氮制冷冷温度77K，在这样低低的温度度下，它它对温度度的响应应非常灵灵敏，可以检测测到0.08℃的温度变变化。WP-95型红外热热像仪采采用碲镉镉汞(HgCdTe)热释电器器件为热热电传感感器，采用单点点扫描方方式，扫描一帧帧图像的的时间为为5s，不能直接接用监视视器观测测，只能将其其采集到到计算机机中，用显示器器观测。。一幅图像像的分辨辨率为256×256，图像灰度度分辨率率为8b(256灰度阶)。热像仪的的探测距距离为0.3m至无限远远距离。。热像仪视视角范围围大于12°，空间角分分辨率为为1.5mrad。它常被用用于医疗疗、教育及科科研等领领域。2.热释电摄摄像管的的基本结结构热释电电摄像像管的的结构构如图图11-8所示。。它由透透红外外热辐辐射的的锗成成像物物镜、、斩光器器、热像管管和扫扫描偏偏转系系统等等构成成。将被摄摄景物物的热热辐射射经锗锗成像像物镜镜成像像到由由热释释电晶晶体排排列成成的热热释电电靶面面上，，得到热热释电电电荷荷密度度图像像。该热释释电电电荷密密度图图像在在扫描描电子子枪的的作用用下，，按一定定的扫扫描规规则(电视扫扫描制制式)扫描靶靶面，，在靶面面的输输出端端(负载电电阻RL上)产生视视频信信号输输出，，再经过过前置置放大大器进进行阻阻抗变变换与与信号号放大大，产生标标准的的视频频信号号。1）IR928型非制制冷焦焦平面面红外外热像像仪IR928型非制制冷焦焦平面面红外外热像像仪，，采用了了世界界上最最先进进的非非制冷冷焦平平面320×240探测器器技术术，具有全全屏实实时测测温、、最高温温度自自动追追踪、、现场语语音记记录及及设定定温度度语音音报警警功能能，温温度分分辨率率达0.06℃。它还具具有以以下特特点：：CF卡存储储图像像，锂锂电池池供电电时间间超过过2小时，，测温范范围可可扩展展到1500℃，完善善而先先进的的温度度分析析软件件（复复杂的的图像像分析析、处理、、变换换、自自动生生成报报告等等功能能）。。该热热像仪仪可广广泛应应用于于医疗疗、电力、、消防、、石化、、2）M4手机式式红外外热像像仪MobIRM4手机式式红外外热像像仪代代表目目前世世界红红外测测量领领域的的一个个新的的里程程碑，，是目前前世界界上惟惟一一一款手手机式式双屏屏红外外热像像测温温仪。。本产品品具备备独特特的外外观设设计和和整体体制造造工艺艺，拥有强强大的的电气气设备备热能能分布布检测测和分分析功功能，，能清晰晰地显显示目目标物物体的的红外外热图图像，，并能实现快快速的数字字视频传输输。操作方式更更具人性化化和智能化化，具备非常强强的作业机机动性，适合在测温温目标分布布广泛的野野外和大型型建筑等场场合进行热热像拍摄和和精确的温温度测量和和分析。3）IR913A型非制冷焦焦平面红外外热像仪IR913A型非制冷焦焦平面红外外热像仪广广泛应用于于观察、监控、探测和安全全等工业领领域，以及医疗领领域。该系统适用用于电力、、化工及冶金金工业。它能及时给给操作者提提供准确快快速的红外外图像，具有热敏度度高，成像清晰，，测温精确且且低价格等等优点。4）IR220型红外在线线监测系统统IR220型红外热像像仪为采用用红外热释释电热像管管在常温下下工作的热热像仪。它设计紧凑凑，极易操作，，是理想的在在线式测温温分析系统统。它可与50m外的计算机机连接，操作者可得得到任意点点温度的实实时热分布布图。IR220红外热像仪仪可以应用用于医疗、、汽车工业、、玻璃工业、、塑料工业、、半导体工业业方面的在在线检测、、故障检测及及成像监视视。5）IR210高清晰度夜夜间红外监监视探测仪仪IR210运用了320×240像素非制冷冷焦平面探探测器技术术，使用者可清清楚地探测测到处于完完全黑暗环环境下的物物体。除去特殊的的防雨设计计，小巧的IR210还能融入使使用者的户户外CCTV安保系统，在毫无可见光光的情况下探探测到黑暗中中的入侵者。。它既有模拟视视频输出，也也具有串行数数字输出端口口(RS-232/RS-485），同时，还具有电子变变倍功能。它可手动调整整亮度，也可自动调整整亮度；同时它可以更更换其它镜头头以便适应不不同的探测要要求。它广泛应用于于医疗、缉私、楼宇门禁等行行业。11.2超声波探测与与成像技术1.超声波探测技技术1）声纳声纳是利用超超声波反射的的回波，探测测水中障碍物物位置和距离离的一种水声声学仪器。声声纳也可用来来接收水中物物体发出的声声音，以测测定物体的方方位。声纳最初被用用来测定水深深。如图11-10所示，由超声换能器器从水面垂直直向下发射超超声波，称为垂直声纳纳，在示波管上显显示发射脉冲冲的迹线，当超声波向下下遇到海底时时即被反射，，超声波传感器器接收到回波波后，在示波管上即即显示接收波波脉冲的迹线线。与超声波测距距相同，若从发射波开开始到接收波波出现的时间间间隔为T，海水中的声速速为v，则水深h=vT/2。2）超声波探探伤（1）透射测试法：：当材料内有有缺陷时，材料内的不连连续性成为超超声波传输的的障碍，超声波通过这这种障碍时只只能透射一部部分声能。只要有百分之之几那样的细细裂纹，在无损检测中中即可构成超超声波不能透透过的阻挡层层。此即缺陷透射射检测法的原原理，如图11-11所示。（2）反射测试法：：用反射法的脉脉冲回波技术术精度较高。。如图11-12所示，脉冲发生器通通过探头将超超声波脉冲向向试件发射，，如果有缺陷，，其回波会在示示波管上显示示，根据示波器上上的读数所获获得的脉冲间间隔时间即可可测得缺陷的的深度。这里使用的自自激时基发生生器要比通用用示波器复杂杂一些，因为在每个锯锯齿波终结后后要等待足够够长的时间，，使试件中的混混响逐渐平息息下去，这个等待时间间设在新的动动作循环之前前，约为扫描时间间的4～5倍。时基发生器的的另一功能是是向示波管阴阴极提供方波波信号，加亮显示脉冲冲。脉冲发生器正正好在锯齿波波起始后被触触发，把快速上升的的短促高电压压尖峰脉冲送送入探头。探头中的压电电换能器受短短促高电压脉脉冲的激励，，以本身的固有有谐振频率进进行阻尼振荡荡，将超声脉冲发发射到试件内内。超声脉冲很短短促，通常只有几个个周期。超声回波脉冲冲由同一探头头拾取后转换换为电信号，，但其电压要比比发送脉冲小小几个数量级级。超声波接收器器的负载特性性如图11-14所示，如果负负载电阻R很大(大于100kΩ)，频率特性是尖尖锐谐振的，，谐振频率上上灵敏度最高高；如果负负载电阻R较小(小于10kΩ,)，频率特性曲线线变得较缓，，而且通带带较宽，同同时灵敏度也也随之降低，，并且最高灵灵敏点向频率率较低的方向向移动。因此此，超声波接接收器在使用时，应当与输入阻阻抗较高的前前置放大器配配合使用，才才能发挥其最最高灵敏度。。11.2.2超声波成像探探测（1）A式显示：它的显示幅度度和时间关系系，显示屏上的二二维分别代表表信号的幅度度和深度(时间)，如图11-15所示。它的横坐标可可用来确定产产生回波的界界面所处的深深度。（2）B式显示：将接收到的回回波幅度信号号加到示波管管的Z极上进行调辉辉，如图11-16所示。当示波管上的的时基线与超超声脉冲发射射方向相一致致时，则换能器位置置逐渐改变，，时基线也相应应改变，B式显示形成一一幅二维图像像。（1）分辨力：：它有横向分分辨力和轴向向分辨力之分分，前者指指垂直于超声声脉冲波束轴轴方向上的分分辨力，波波束直径越细细，能分辨辨的尺度越小小，横向分分辨力超高。。后者是指指沿波束轴方方向上的分辨辨力，也称称距离分辨力力，主要决决定于超声脉脉冲的有效持持续时间。（2）工作频率：对对于人体各部部位都有相应应合适的工作作频率，提高工作频率率可提高分辨辨力。但超声在生物物体中的衰减减是与频率成成正比的，高的频率会带带来大的衰减减。（3）穿透深度度：按照器器官和部位的的不同，要要有不同的穿穿透深度，影影响穿透深深度的主要因因素是传播途途中的衰减。。扩展穿透透深度的方法法是降低工作作频率、提提高接收机的的灵敏度和加加大发射功率率。（4）帧频：仪仪器每秒钟钟可以成像的的帧数称为帧帧频。实时时成像要求有有高的帧频。。帧频F、穿透深度P(cm)和每帧像中所所含有的线数数N三者的乘积是是一个常数，，等于人体中中声速v的一半，即即（11-1）2.入侵探测器的的类型和选型型（1）震动式入入侵探测器：：常见的有机机械式、电动动式和压电式式等。这种探探测器能探测测出入侵者的的走动，门、、窗的相对移移动或震颤以以及保险柜发发出的震动等等。（2）声控式探探测器：这种种探测器又称称为声波传感感器。它属属于空间控制制型探测器，，常用于空间间防范，兼作作报警复核用用。选用选选频式声控报报警器可抑制制周边环境的的噪声，不易易引起误报。。次声波传感器器是声控探测测器的一个新新品种，通常用于密封封的环境防范范。（3）超声波探探测器：在在超声波遥控控中，使用用的频率为20～100kHz。常见的超声发发射、接收传传感器的标称称频率为35～40kHz，常取40kHz。常用的超声传传感器有UCM-40T/R系列、T/R40-××系列等。超声波传感器器按其结构和和安装方法的的不同，可分为声场型型和多普勒型型。前者多用于封封闭的室内环环境，后者防范空间间为一椭球形形区域，但两者均用来来进行超声波波空间的探测测。（4）微波探测测器：微波波探测器与上上述超声波探探测器一样，，能在立体体空间范围内内进行非接触触式探测、防防范。它可以以覆盖60°～70°°的辐辐射射角角范范围围，，甚甚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。

（5）电场畸变变探测器：这这种探测器器主要用于户户外的周界防防范，一般般可保护300～500m的周界。也也可根据防御御周界的实际际形状，将将数组电场感感应式传感器器连接在一起起，组成更更长的周界防防御系统。这这种防御场场平时处于静静态，当有有活动体闯入入该场区时，，相应的电电场区就会发发生畸变，传传感器就会会感应出报警警信号。（6）开关型报警器器：该报警器一般般由开关式传传感头和报警警控制器组成成。常用的报警开开关有磁控开开关、微动开关、压力垫，或用金属条、、金属箔、金属丝等来代代替的多种类类型的开关，，属于点控制型型传感头。（7）主动式红红外入侵探测测器：这种种探测器一般般采用较细的的平行光束构构成一道人眼眼看不见的封封锁线，当当有人穿越或或遮断这条红红外光束时，，光电接收收机输出的电电信号的强度度就会发生变变化，经放放大、信号号处理后启动动报警控制器器，发出声声光报警信号号。（8）被动式红红外入侵探测测器：这种种探测器即热热释电红外探探测器，它具具有二维探测测、识别特特性。满足足这种红外防防盗报警的工工作条件有两两个：一个个是存在具有有一定体温的的生物体；二二是必须有有一定的移动动速度。它它对于人体有有很高的灵敏敏度。（9）红外激光光入侵探测器器：激光是是相位相关的的相干电磁波波。它与自自然光、照照明光源和发发光二极管等等光源所发的的光不同，激激光具有方方向性好、亮亮度高等特特点，故激激光探测器非非常适合远距距离线控报警警装置。入侵探测器是是用来探测入入侵者移动或或其他动作的的部件，需要防范的地地方很多。在设计、安装入侵探测测器时，应根据防范技技术要求、防范场所的不不同地理特征征以及周围环环境条件而选选用合适的探探测器，以达到防范的的目的。11.3.2复合探测技术术和防范报警警系统1.单技术探测器器的局限性单技术探测器器虽然结构简简单、价格低低廉，但由于于受到如环境境温度、震动动、冲击、光光强变化、电电磁干扰、小小动物活动等等各种因素的的影响，在在某些情况下下的误报、漏漏报率会相当当高。例如，1981~1985年香港警方共共收到89085次报警，误报率高达99％；又如英国苏格格兰警方1985年共收到约20000次报警，误报率为98％。2.复合探测技术术报警器1）复合探测技术术报警器的特特点复合探测技术术是将两种或或两种以上的的探测技术结结合在一起，，以“相与”的的关系来触发发报警装置。。采用双技术探探测方式要比比采用单一探探测技术的报报警器的误报报率低得多。。表11-2列出了几种单单探测技术和和双探测技术术报警器误报报率的比较。。可以看出，微波—热释电红外双双探测技术报报警器的误报报率最低。据报道，它比采用单一一探测技术的的报警器的误误报率降低421倍，比其他几种类类型的双技术术报警器的误误报率降低约约270倍。表11-2单、双探测技术报报警器误报率率的比较表11-3几种探测器的的工作特点和和性能表11-3几种探测器的的工作特点和和性能2）复合探测测技术报警器器的安装双探测测技术术报警警器按按结构构分为为一体体式和和分体体式两两种。。分体体式的的报警警点安安装较较麻烦烦，但但其优优点是是可按按照各各种探探测方方式的的特点点和实实际现现场进进行安安装，，使每每种探探测器器调整整到最最佳灵灵敏度度。图11-20是热释释电红红外—超声波波双探探测器器的分分体安安装示示意图图。两种探探测器器分别别安装装在房房间内内的不不同位位置。。图11-20分体式式热释释电红红外—超声波波双探探测器器的最最佳安安装示示意图图图11-21多普勒勒型超超声波波探测测器的的能场场分布布图（a）装在天天花板板上；；（b）装在墙墙壁上上；（c）装两个个探测测器安装超超声波波探测测器时时应注注意以以下几几点：：（1）应使使超声声波探探测器器的发发射角角对准准来犯犯者最最有可可能进进入的的通路路。由由于多多普勒勒型超超声波波探测测器的的探测测灵敏敏度与与入侵侵者的的运动动方向向有关关，当当入侵侵者面面向或或背向向探测测器走走动时时，收收到到的超超声波波附带带有较较大的的多普普勒频频移，，探探测灵灵敏度度较高高。（2）超超声波波探测测器应应远离离发热热源，，如如空调调器、、暖暖气管管（片片）、（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。

11.3.3主动式式红外外入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。

图11-22主动红红外探探测报报警器器的原原理框框图（a）单音脉脉冲红红外探探测报报警系系统组组成框框图；；（b）载波调调制式式红外外探测测报警警系统统组成成框图图；（c）有消隐隐波门门的红红外探探测报报警系系统框框图2.主动红红外探探测报报警器器的安安装方方式和和防范范布局局选取合合适的的遮光光时间间进行行报警警对于于主动动红外外探测测报警警器至至关重重要。。若遮光光时间间选得得过短短，某些外外界干干扰(如电磁磁干扰扰、背景光光变化化、小鸟飞飞越、、小动物物穿过过等)会引起起误报报警；；若遮光光时间间选得得过长长，则可能能导主动式红外外探测报警警器可根据据防范要求求以及实际际防范区大大小、形状的不同同，视具体情况况布置单光光束、双光束或多多光束，分别形成警警戒线、警戒墙、警戒网等不不同的封锁锁布局。如红外发射射机(T)和接收机(R)对向放置，，之间形成一一条单光束束的红外警警戒线或多多光束的红红外警戒线线；成对发、收装置对射射，可构成红外外警戒面；；3.安装主动红红外探测器器的注意事事项（1）在不影响防防范技术要要求的前提提下，探测测器不要安安装在显眼眼的地方。。主动式式红外探测测器体积小小，重量轻轻，便于隐隐蔽。（2）主动式式红外探测测器应有防防拆、防破破坏保护功功能。当当探测器受受到破坏、、被拆开开外壳或信信号线短路路或断路时时，应能发发出特定的的报警信号号。（3）红外探探测器应远远离热源，，如电热炉炉、空调器器、供暖管管道、供暖暖装置等。。环境温温度过高或或过低都可可能使红外外探测器产产生误报。。（4）红外探测器器在室外自自然环境下下使用时，，应有一定的的抗外界干干扰能力，，对于任何外外界光源的的辐射干扰扰信号都不不应产生误误报和漏报报。（5）主动红红外探测器器的安装应应考虑小动动物、昆昆虫及落（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。

11.3.4热释电红外外探测安全全防范技术术1.热释电红外外探测防盗盗报警器的的组成和工工作原理热释电红外外探测防盗盗报警器主主要由光学学透镜系统统、热释电红外外传感器、、放大器、信号处理器器、报警控制器器和声光报报叫电路等等组成。任何高于绝绝对温度零零点(-273.15℃)的物体都会会辐射红外外线，辐射能量的的大小与该该物体的表表面温度有有关。正常人的体体温约为36.8℃，人体辐射的的红外线波波长为9～10μm。在制作热释释电红外传传感器的探探测元时，，在其硅片上上贴上一个个截止波长长为7～10μm的滤光片，，使小于7μm当不考虑虑背景辐辐射噪声声时，在红外探探测距离离范围内内，被动式红红外探测（11-2）式中,d为有效探探测距离离；D0为光学透透镜系统统通光口口径；NA=D0/2f，为光学透透镜系统统数值孔孔径；η为光学透透镜系统统的传输输效率；；D*为红外传传感器的的光谱探探测度（（比探测测率）；；W为活动体体的辐射射强度；；τ为大气透透过率；；Vs/Vn为探测系系统确定定的信噪噪比；φ为探测器器的警戒戒视场角角；Δf为等效噪噪声带宽宽。可见，欲欲提高探探测距离离d，应采取如如下措施施：（1）加大大光学透透镜系统统的通光光口径D0，提高光学学系统的的传输效效率η，采用性能能优良的的菲涅尔尔透镜。。（2）增大大探测器器传感器器的光谱谱探测度度D*或选用高高探测度度的红外外传感器器。（3）适当当减小等等效噪声声带宽。。（4）在满满足防范范要求的的前提下下，可适适当压缩缩警戒视视场角，，使能能量集中中辐射至至远方。。图11-23热释电红红外探测测报警器器探测原原理示意意图2.热释电红红外传感感器与菲菲涅尔光光学透镜镜及其合合理配接接根据热释释电红外外探测器器(PIR)的结构、、警戒戒范围及及探测距距离的不不同，大大致可可分为单单波束型型探测器器和多波波束型探探测器两两种。单波束型型探测器器是由红红外传感感器和曲曲面反射射镜组成成的，传感器的的红外窗窗口正好好位于反反射镜的的聚焦点点处，形成反射射聚焦式式光学系系统，将来自目目标的红红外光多波束型型红外探探测器采采用透镜镜聚焦式式光学系系统，即采用菲菲涅尔光光学透镜镜。通常，它是由聚聚乙烯材材料注压压而成的的薄片，，在薄片上上压制有有宽度不不同的分分格竖条条，单个竖条条平面实实际上是是一些同同心的螺螺旋线，，形成多层层光束结结构的光光学透镜镜。菲涅尔透透镜在不不同探测测方向呈呈多个单单波束状状态，组成立体体扇形红红外监测测区域，，构成立体体警戒。。如图11-24所示是一一种菲涅涅尔透镜镜的构造造及其水水平视场场示意图图。图11-24菲涅尔透透镜的构构造及其其水平视视场示意意图通常，对对多层层光束结结构的菲菲涅尔透透镜的要要求较高高，它的的纹理结结构、曲曲面半半径R以及焦距距长度f是根据相相对灵敏敏度和接接收角度度的要求求进行设设计的。。一个个优质的的菲涅尔尔透镜必必须表面面光洁、、纹理理清晰、、厚度度均匀(一般在0.65mm左右)，对红外光光的透射率不不应低于65％，抗干扰扰性要好。要要求红外光光电探测器在在强光照射的的情况下，当当光照度为6500Lx时，不应有有误报警现象象出现。有有些性能良好好的透镜因材材料中掺入了了某些滤光材材料而呈乳白白色或黑色，，它既能抑抑制光源的干干扰，又具具有优良的红红外光透射能能力，可使使人体发出的的7～10μm红外光无阻碍碍地通过。图11-25菲涅尔透镜与与红外传感器器的安装示意意图图11-26几种热释电红红外探测器和和报警器的外外形3.热释电红外探探测器的布置置和安装热释电红外探探测器的布置置和安装应遵遵循以下原则则：（1）选择安装装位置时，应应使探测报报警器具有最最大的探测、、警戒范围围，使可能能的入侵者都都处于红外探探测视场范围围之内。红红外探测视场场包括水平(面)视场和垂直(面)视场。对于走走廊，采用用长焦镜头红红外探测器，，探测范围围为36m×2.5m，架高h=2.5m，安装在走廊的的两端。（2）应使入侵侵者的活动有有利于横向穿穿越红外监视视光束带区，，以提高探探测灵敏度。。（3）按照实际际现场布置和和安装探测器器时，要注注意其探测范范围和视场角角。如图11-27所示给出了几几种适用于不不同房间和门门道的安装方方案。其中中，图11-27（a）为12m×8m的矩形房间，，将红外探探测器安装在在窄边上，可可全方位地监监视整个房间间。（b）为8×8m的正方形房间间，宜将红红外探测器安安装在墙角处处，挂高h≥2.5m。（c）为10m×8m的房间，若若为办公重地地或资料库房房，应对角角安装两个探探测器，挂挂高h≥2m。（d)为靠窗安装，，探测器应应向房内转15°，必须不直接接或间接受阳阳光和外部汽汽车探照灯的的照射。(e)也为靠靠窗安安装，，但但安在在墙角角处，，不会会受到到阳光光和探探照灯灯的照照射，，安安装高高度h≥2.5m。探测器器的中中轴线线应向向窗一一边转转15°°，重点点防范范入侵侵者从从窗户户和门门口来来犯。。(f)所示方方案用用于防防范走走廊、、门道道、道道口等等处的的入侵侵，安安装装高度度h≥1.5m。图11-27热释电电红外外探测测器在在不同同房间间和门门道（a）矩形房间中的安装；（b）正方形房间中的安装；（c）10m×8m的房间中的安装；（d）

靠窗安装一；

（e）

靠窗安装二；

（f）

用于防范走廊、

门道等处的安装

(4)热释电电红外外探测测头不不应对对准任任何温温度会会快速速变化化的物物体及及强光光源，，防止止误（5）红外探测器应远离强功率源(如变压器、电机等)和耗电源(如电冰箱、微波炉等)，防止电磁干扰，避免误触发、误报。（6）

红外探测器的视场区内不应有高大的遮挡物和电风扇叶片的干扰和遮挡。

（7）热热释电电红外外探测测器产产品大大多为为壁挂挂式，，也有有吊顶顶(或吸顶顶)式的。。壁挂挂式的的需安安装在在墙角角或墙墙面上上，视视现场场情况况而定定。一一般说说来，，安装在热释电红外探测器选定位置或布置好以后，下一步工作就是进行安装。安装程序如下：（1）

先将红外探测器的上盖和底座(下盖)分开(拧下螺丝或松开卡子)，

然后将底座固定在选定的位置上(一般高度h=2～2.5m)。

（2）红红外探探测器器通常常有六六个外外接端端子：：两两个接接电源源V+、V-端；两两个接接报警警系统统回路路；两两个供供防破破坏回回路使使用。。接线线时，，注注意各各端子子的用用途，，切勿勿接错错。（3）通通常热热释电电红外外探测测器的的连线线采用用0.65mm2左右的的四线线单芯芯线或或多芯芯线就就能满满足要要求。。各端端子线线接好好并安安装紧紧固后后，若若入线线口有有缝（4）

使用前，

仔细检测各端口是否接反、接错，供电源电压是否符合要求，然后再通电、

监测报警效果，检查有无“死角”(盲区)或误报现象。

图11-28热释电电红外外探测测器的的三种种布置置安装装示意意图（a）安装在在墙角角，可可监监视窗窗户；；（（b）安装装在在墙墙面面上上，，可可监监视视门门窗窗；；（c）安装装在在房房顶顶上上，，可监监视视门门11.3.5微波波探探测测报报警警技技术术及及实实施施按照照工工作作原原理理和和结结构构组组成成，，微微波波探探测测报报警警器器可可分分为为微微波波多多普普勒勒报报警警器器和和微微波波墙墙式式报报警警器器两两种种类类型型。。微微波波多多普普勒勒报报警警器器也也称称雷雷达达微微波波报报警警器天线线有有定定向向和和非非定定向向(或无无方方向向性性)两种种。。天天线线的的方方向向性性图图表表征征了了天天线线辐辐射射时时其其电电磁磁波波能能量量在在空空间间的的分分布布情情况况。。方方向向性性图图定定义义为为：：当当天天线线辐辐射射的的功功率率P∑一定时，，在距距天线等等距离r的球面上上电磁能能的功率率密度，，或电场场强度与与各方向向间的关关系。前前者称为为功率方方向性图图，后者者称为场场强方向向性图。。根据据天线的的不同用用途和使使用场合合，天线线方向性性图的形形状大致致有以下下几类，，如图11-30所示。（1）无方方向性波波束：即即球形形波束，，如图图11-30（a）所示。这这种天天线将电电磁能均均匀地辐辐射向周周围空间间，以以天线为为中心的的球面上上各处的的辐射强强度相同同。图11-30天线方向向性图的的常见类（a）

球形波束；

（b）

笔形波束；

（c）

扇形波束

（2）锐方方向性的的笔形波波束：如如图11-30（b）所示。这这种天天线向某某一特定定方向集集中辐射射，其其电磁能能高度集集中。在在墙式式微波探探测报警警器中（3）钝方向性的扇形波束：如图11-30（c）所示。这种天线辐射出的电磁能集中分布在一个扇形区域内，如展厅、房间的微波防范(见图11-32和图11-34)。（4）

具有特殊形状的波束：

形成这种波束的天线和馈源的结构较复杂。

图11-31定向天线线的水平平面方向向性图及及波瓣宽宽度定向天线线一个平平面上的的功率密密度方向向性图；；(b)定向天线线平面上上的场强强方向性性图在微波波波段，为为了获得得较高的的方向性性，常采用抛抛物面天天线。这类天线线的增益益系数为为（11-3）由上式可可见，为提高天天线的增增益系数数，在天线口口径不可可能很大大的情况况下，宜选用较较高的工工作频率率。工作频率率越高，，其波瓣越越窄，增益系数数越高。。在微波探探测防盗盗报警装装置中，，其工作频频率通常常选为9～11GHz，其增益可可达30～45dB。微波定向向天线的的主瓣可可长达几几百米、、宽2～4m、为了形形成有有效的的微波波“墙墙”，，布置置和安安装微微波探探测器器或(1)安装时，宜采用L形托架将微波探测器和天线装在墙上或桩柱上，接收、发射天线之间不应有障碍物，附近无电磁干扰源。微波监视场内不应有较大的金属物体。（2）微波具有直线传播特性，当防范区的周边较多、监控范围较大时，应根据周界的形状，合理布置几组发、收机，形成微波防护圈。（3）

对于防范要求高的场所，可采用两个相对方向发射的微波射束组成微波“墙”或微波“栅栏”。

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)。

注意，

双射束间的间隔距离应视微波方向性图的视场而定，

防止旁瓣触发导致的误报。

11.3.6红外和和微波波双探探测防防范技技术红外和和微波波探测测器的的合理理布置置和安安装，，对对于探探测和（1）两种探测器的灵敏度采取折衷的办法，即两者在防范区内保持均衡，二者兼顾。（2）安装热释电红外探测器时，应尽量使入侵者的活动有利于横向穿越其视场。（3）

微波多普勒探测器，则对轴向移动（或径向移动）的活动体最为敏感，

此时的多普勒频率fd最大，探测最灵敏。

【例11-1】如图11-32所示图11-33某展厅厅内的的热释释电红红外探探测器器和微波多普勒勒探测器的的安装示意意图【例11-3】】对于30m×3.3m的走廊或图11-34楼道或走廊廊内热释电电红外探测测器和微波波墙式探测测器的安装装示意图11.4探测与遥控控电路实例例11.4.1红外探测与与遥控电路路实例——自动门控自动门控制电路如图11-35所示。

它包括热释电红外传感头、

红外传感控制电路、

电动机控制驱动电路、

乐曲发声电路及交流降压整流电路等。

图11-35用WT8075红外传感器器集成电路路的自动门门控制电路路红外传感头头包括P2288-10型热释电红红外传感器器（PIR）和与之相配配的菲涅尔尔光学透镜镜。WT8075是采用CMOS工艺制造的的低功耗红红外传感专专用集成电电路，它内内含两级高高增益运算算放大器、、由于热释电电红外传感感器在加电电后到稳定定工作需要要约30s的加热时间间，在这这段时