《安全防范工程》PPT课件.ppt

1、安全防范工程,主讲人： 温怀疆,第3章 入侵探测与报警技术,3.1 入侵探测与报警技术概述 3.1.1 入侵探测与报警技术的基本概念 报警系统:在出现危险情况时能发出报警信号的系统。 通常由探测器、传输信道和报警控制器三部分组成。,1）探测器:是指在需要防范的场所安装的能探测出现危 险情况的设备。由传感器和前置信号处理器两部分组成。 a、传感器:是探测器的核心，是把危险情况引起的某种 物理量的变化转换成原始电信号。 b、前置信号处理器：对原始电信号进行处理，使之成 为可以在信道中传输的电信号。,2） 传输信道：使传输探测电信号和巡检控制电信号 的通道。信道的种类很多，概括起来可以分为有线传输

2、信道和无线传输信道。 3） 报警控制器：是整个报警系统的核心，对信道传 输过来的入侵探测电信号作进一步的处理，若判定出现 危险情况，立即发出声光报警信号，引起人们的警觉， 以便采取相应的控制行动。,3.1.2 入侵探测报警系统网的基本组成,一个完善而有效的技术防范配合人力防范的入侵探测 与报警技术系统网的组成通常如图3-1所示。该系统主要是 由报警探测器、报警控制器、传输系统、 通信系统及保安 警卫力量所组成。,图3-1 技防配合人防的入侵探测报警系统网的基本组成,上级报警指挥中心,报警控制信号,无线,有线,入侵探测报警系统的最基本组成如图3-2所示。,图3-2 入侵探测报警系统的基本组成,2

3、.1.3 入侵探测报警系统在安全技术防范工作中的作用 1）入侵探测报警系统应用范围十分广泛，可以在应 用维护社会治安之外方面推广应用。 2） 入侵探测报警系统具有快速反应能力，可及时发 现案情，提高破案率; 3） 入侵探测报警系统具有威慑作用，犯罪分子不敢 轻易作案，减少了发案率; 4）入侵探测报警系统协助人防担任警戒和报警任务， 可节省人力、物力和财力;,3.2 入侵探测器 3.2.1 入侵探测器概述 1）入侵探测器的作用 入侵探测器(入侵报警探头): 安装于防范现场，专门用来探测移动目标。决定报 警系统的性能、用途和报警系统的可靠性，是降低误报 和漏报的决定因素。,2）入侵探测器的种类 （

4、1）按使用场所不同来分 户内型入侵探测器、户外型入侵探测器、周界入侵 探测器、重点物体防盗探测器等等。,(2)按探测原理不同来分 雷达式微波探测器、微波墙式探测器、主动式红 外探测器、被动式红外探测器、开关式探测器、超声 波探测器、声控探测器、振动探测器、玻璃破碎探测 器、电场感应式探测器、电容变化探测器、微波被 动红外双技术探测器、超声波被动红外双技术探测 器等。,(3) 按警戒范围来分 点控制型探测器、线控制型探测器、面控制型探测 器及空间控制型探测器。如下表2-1所示。,表2-1 按探测器的警戒范围分类,(4) 按工作方式来分 主动式探测器：在工作时，探测器本身要向防范现 场不断发出某种

5、形式的能量，如红外光、超声波和微波 等能量。 被动式探测器：在工作时，探测器本身不需要向防 范现场发出能量，而是依靠直接接收被探测目标本身发 出或产生的某种形式的能量，如振动、红外能量等。,3） 入侵探测器的主要技术性能指标 （1）漏报率 漏报次数占应当报警次数的百分比就是漏报率。 （2）探测率 实际报警次数占应当报警的次数的百分比就是探测率。 （3）误报率 探测器不应该报警却发出报警信号的现象称为误报警。 单位时间内出现误报警的次数就是误报率。,（4） 探测范围表示方法 探测距离、探测视场角 探测面积(或体积) 例如， 某一被动红外探测器的探测范围为一立体扇形空间区 域。表示成：探测距离15

6、m；水平视场角120；垂直视场角 43。,垂直视场角,水平视场角,（5） 报警传送方式，最大传输距离 传送方式：有线传送、无线传送； 最大传输距离：在探测器发挥正常警戒功能的条件下， 从探测器到报警控制器之间的最大有线或无线的传输距 离。 （6）探测灵敏度 能使探测器发出报警信号的最低门限信号或最小输 入探测信号。该指标反映了探测器对入侵目标产生报警 的反应能力。,（7） 功耗 探测器在工作时间的功率消耗。分为静态(非报 警状态)功耗及动态(报警状态)功耗。 （8） 工作电压 探测器工作时的电源电压(交流或直流)。一般 用伏特(V)来表示。 （9） 工作电流 (I) （10）环境温度( ),3

7、.3开关式探测器 开关式探测器通常属于点控制型探测器，通过各种 类型开关接点的闭合或断开状态触发电路报警。触发报 警控制器发出报警信号的方式一般有两种：一种是短路 报警方式（开关接点的闭合）；另一种是开路报警方式 （开关接点的断开）,3.3.1 开关式探测器的基本工作原理 基本工作原理如图2-3所示。,图2-3 开关式探测器的基本工作原理,常用的开关式传感器： 磁控开关、微动开关、压力垫或用金属丝、金属 条、金属箔等来代用的多种类型的开关。可以将压力、 磁场力或位移等物理量的变化转换为电压或电流的变 化。启动报警控制器发出报警信号的方式：,3.3.2 磁控开关(又称磁控管开关或磁簧开关) 1）

8、 磁控开关的组成结构及工作原理 磁控开关是由永久磁铁块及干簧管(又称磁簧管 或磁控管)两部分组成的。 干簧管是一个内部充有惰性气体(如氮气)的玻璃 管，其内装有两个金属簧片，形成触点A和B，如图 2-4所示,图2-4 磁控开关的工作原理,当需要用磁控开关去警戒多个门、窗时，可采用 如图3-5所示的串联方式。,图3-5 磁控开关的串联使用,3）磁控开关的安装使用要点 (1) 磁控管的金属簧片有较好的弹性且易于吸合， 同时磁性体必须要有足够的强度和寿命，以易于安装且 减少误报。 (2)要经常注意检查永久磁铁的磁性是否减弱，否 则会导致开关失灵。 (3) 一般普通的磁控开关不宜在钢、铁物体上直接 安

9、装，这样会使磁性削弱，缩短磁铁的使用寿命。 (4) 磁控开关的有明装式(表面安装式)和暗装式( 隐藏安装式)，应根据防范部位的特点和要求选择。,还有如图(b)所示的三个接点的揿键开关。A、B两点 间为常闭接触；A、C两点间为常开。,3.3.3 微动开关 这种开关做成一个整体部件，需要靠外部的作用力 通过传动部件带动，将内部簧片的接点接通或断开。 最简单的一种是如图(a)所示的两个接点的按钮开 关。只要按钮被压下，A、B两点间即可接通，压力去 除，A、 B两点间断开。,3.3.4 紧急报警开关 当在银行、家庭、机关、工厂等各种场合出现 人室抢劫、盗窃等险情或其他异常情况时，往往需 要采用人工操作

10、来实现紧急报警。这时，就可采用 紧急报警按钮开关和脚挑式或脚踏式开关。,3.3.5 压力垫 压力垫是由两条平行放置的具有弹性的金属带构成， 中间有几处用很薄的绝缘材料(如泡沫塑料)将两块金属 条支撑着绝缘隔开，如图2-9所示。两块金属条分别接到 报警电路中，相当于一个接点断开的开关。,图3-9 压力垫,金属带,绝缘材料,压力垫通常放在窗户、楼梯和保险柜周围的地毯 下面。当入侵者踏上地毯时，人体的压力会使两根金 属带相通，使终端电阻被短路，从而触发报警，如图 3-10所示。,图3-10利用压力垫报警,3.4微波探测器 3.4.1 微波（电磁波）的主要特点 1） 波长很短的,从lmm到lm，频率从

11、300MHz到300GHz。 2） 直线传播，很容易被反射。 3） 波段宽,波段的频带宽度为 299700MHz(300MHz一 300GHz)。 4） 对非金属材料(如木材、玻璃、墙、塑料等) 有一定 的穿透能力，而对金属物体有良好的反射特性。,图3-11 微波的定向传送,5）波长很短，可以用尺寸较小的天线(如喇叭天线和 抛物面天线)，把电磁波集中成为一束，像探照灯的光 束那样作定向传送。如图3-11所示。所以，微波设备 (包括收、发信机等)比长、中、短波等设备要小。,3.4.2 微波探测器的种类 微波探测器主要有两种类型： 第一种，雷达式微波探测器。 第二种，微波墙式探测器。,3.4.3

12、雷达式微波探测器 雷达式微波探测器是利用无线电波的多普勒效应， 实现对运动目标的探测。 1）多普勒效应 物理学中的多普勒原理告诉我们，在微波段，当以 一种频率发送时，在微波能覆盖的范围内，当有移动物 体时，将以另一种频率反射，这样发射频率和反射频率 有一个频率差异。这种频率差异与很多因素有关，其中 包括移动物体的速度，与探测器的径向角度等。,2）雷达式微波探测器的组成及基本工作原理 雷达式是一种将微波收、发天线共用的探测器，工 作原理基于多普勒效应。微波的波长很短，在1mm 1000mm之间，因此很容易被物体反射。微波信号遇到 移动物体反射后会产生多普勒效应。即经反射后的微波 信号与发射波信号

13、的频率会产生微小的偏移（反射波频 差）。其组成如方框图2-12所示 。,图3-12 雷达式微波探测器的基本组成,f o,f=f o+f d f=f o-f d,如果微波探测器发射信号的频率 为10GHz；，光速C 为30万千 m/s，则对应人体的不同运动速度V所产生的多 普勒频率如表3-2所示。 表3-2 对应人体不同运动速度所产生的多普勒频率,从表中看出，人体在不同运动速度下产生的多普勒频 率是处于音频频段的低端，只要能检出这一较低的多普， 勒频率就能区分出是运动目标还是固定目标，完成检测人 体运动的传感报警功能。,3） 雷达式微波探测器的主要特点 （1）雷达式微波探测器对警戒区域内活动目标

14、的探测 是有一定范围的：其警戒范围为一个立体防范空间， 其控制范围比较大，可以覆盖6095的水平辐射 角，控制面积可达几十几百平方米。其探测区域图 形如图3-13所示。,图3-13 雷达式微波探测器的探测区域,水平区域,垂直区域,水平辐射角,(2) 微波探测器的发射能图与所采用的天线结构有关。如 图3-14所示。采用全向天线（如1/4波长的单极天线 ）可 产生近乎圆球形或椭圆形的发射范围，这种能场适合保护 大面积的房间或仓库等处。而采用定向天线（ 如喇叭天 线）可以产生宽泪滴形或又窄又长的泪滴形能图，适合保 护狭长的地点，如走廊或通道等。,图3-14 微波场形成的控制范围能图,4） 雷达式微波

15、探测器安装使用要点 (1) 微波段的电磁波由于波长较短，穿透力强，玻璃、 木板、砖墙等非金属材料都可穿透。所以在安装时不要 面对室外，以免室外有人通过引起误报。使用微波入侵 探测器灵敏度不要过高，调节到 2/3时较为合适。过高 误报会增多。,通常是将报警探测器悬挂在高处(距地面1.52m左 右)，探头稍向下俯视，使其方向性指向地面，并把探 测器的探测覆盖区限定在所要保护的区域之内。 这样 可使因其穿透性能造成的不良影响减至最小。 如图3- 15所示。 图中实线所示的覆盖区显然比虚线所示的覆 盖区要更可靠些。,图3-15 微波探测器的安装,(2) 微波有较强反射特性，在监控防范区域内不应有过 大

16、、过厚的物体，特别是金属物体, 如铁柜等。否则在 其后阴影部分会形成探测盲区，造成防范漏洞或产生反 射误报.,图3-16 微波探头不应对着大型金属物体,金属物体,移动汽车,微波探头,(3) 微波探测器的探头不应对准可能会活动的物体。 (4) 微波探测器不应对准日光灯、水银灯等气体放电灯 光源。 (5) 雷达式微波探测器属于室内应用型探测器。 (6) 当在同一室内需要安装两台以上的微波探测器时， 它们之间的微波发射频率应当有所差异(一般相差25MHz 左右 )。而且不要相对放置，以防止交叉干扰，产生误 报警。,2.4.4 微波墙式探测器 1） 微波墙式探测器的组成及基本工作原理 微波墙式探测器是

17、一种将微波收、发设备分置的利 用场干扰原理或波束阻断式原理的微波探测器。 微波指向性天线发射出定向性很好的调制微波束， 工作频率通常选择在9至11GHz，微波接收天线与发射天 线相对放置。当接收天线与发射天线之间有阻挡物或探 测目标时，由于破坏了微波的正常传播，使接收到的微 波信号有所减弱，以此来判断在接收机与发射机之间是 否有人侵入。其基本组成如图2-17所示,图3-17 微波墙式报警器的基本组成,微波束,2） 微波墙式探测器的主要特点 （1）墙式微波探测器在发射机与接收机之间的微波 电磁场形成了一道看不见的警戒线，可以长达几百 米、宽2到4米、高3到4米，酷似一道围墙，因此称为 微波墙式探

18、测器或微波栅栏。适用于露天仓库、施工 现场、飞机场、监狱、劳改场或博物馆等大楼墙外的 室外周界场所的警戒防范工作。也可以用它来警戒展 览馆、机要大楼等室内的狭长走廊，以防坏人进入重 要场所。,（2）采用微波脉冲调制发射信号，优点： 电源耗电少，便于使用备用电源，可延长 备用电池的使用寿命。 放大器相对频带窄、机内噪声小。 抗干扰性较强。 (3)工作可靠性较好，只要安装得当，误报漏报率 较低。,3） 微波墙式探测器安装使用要点 (1)当防范区具有比较开阔、平坦和直线性较好的外周界 线时，根据微波射束的直线性传播特性，适宜采用两个 相对方向发射的微波射束组成一个警戒墙。 (2)当防护区的外周界线平

19、直度较差、曲折过多或地面高 低起伏不平时，则不宜采用微波墙。 (3)使用中，通常采用L型托架将微波收、发机安装在墙 上或桩柱上，收、发机之间要有清晰的视线。如图2-18 所示。,图3-18 微波墙式探测器的安装,(4) 户外使用时，可根据防范区域外周界的形状，合理 布局几组对向放置的收、发机，并注意各设备之间的间 隔。如图3-19所示。图中T(TRANSMITTER)代表发射机， R(RE- CEIVER)代表接收机。,图3-19 微波墙式探测器的布局,3M,T1,T2,R1,R2,T,T,T,T,T,R,R,R,R,R,微波对射入侵探测器300B型 ( 室外周界探测器 ),3.5 红外探测器

20、 利用红外线的基本理论和特点制成的探测器称 为红外探测器。,3.5.1 红外线在电磁波谱中的位置,3.5.2 主动式红外探测器,主动式红外探测器基本模型图,光学透镜。它起到将红外光聚焦成较细的平行光 束的作用，以使红外光的能量能集中传送。红外发光 管是置于发端光学透镜的焦点上，而光敏晶体管是置 于收端光学透镜的焦点上。如图3-22所示。,图3-22利用光学透镜将红外光聚集成束,红外发射管,红外接收管,红外光束,采用调制的红外光源具有以下几个优点。 其一，可以降低电源的功耗。 其二，使红外探测器具有较强的抗干扰能力，提高 了工作的稳定性。,ABS-5A单光束微型,1） 主动式红外探测器的防范布局

21、方式 主动式红外探测器可根据防范要求、防范区 的大小和形状的不同，分别构成警戒线、警戒 网、多层警戒等不同的防范布局方式。 根据红外发射机及红外接收机设置的位置不 同，主动式红外探测器又可分为对向型安装方式 及反射型安装方式两种。,(1)对向型安装方式。 红外发射机与红外接收机对向设置。,图3-23对向型安装方式,发射,接收,发射1,发射2,发射3,接收1,接收2,接收3,单光束型,多光束型,发射,接收,图3-24其他类型的多光束组合而成的警戒网,根据警戒区域的形状不同，将多组红外发射机和红外 接收机合理配置，构成不同形状的红外线周界封锁线。,图3-25四组红外收、发机构成的周界警戒线,红外发

22、射探头,红外接收探头,警戒直线距离较长时，采用几组收、发设备接力 形式，,发射,发射,接收,接收,目前使用较多的双光束主动式红外探测器的防范 布局方式(多组红外发射机与接收机一起使用),应注意消除射束的交叉误射(如图中虚线所示)。,(2)反射型安装方式,a 缩短红外发射机与接收机之间的直线距离，便于就近 安装、管理；,图2-28反射型安装方式,红外入射光,红外反射光,b 通过反射镜的多次反射，将红外光束的警戒线扩展 成红外警戒面或警戒网，,图2-29利用反射型安装方式所形成的红外警戒网,反射镜,3) 主动式红外探测器的主要特点及安装使用要点 (1)属于线控制型探测器，控制范围为一线状分布的狭长

23、空间。 (2)监控距离较远，可长达百米以上。 (3)具有体积小、重量轻、耗电省、操作安装简便、价格低廉等优点。 (4)用于室内警戒时，工作可靠性较高。但用于室外警戒时，受环境气候影响较大。 (5)由于光学系统的透镜表面是裸露在空气之中，极易被尘埃等杂物所污染。 (6)所构成的警戒线或警戒网可因环境不同随意配置，使用起来灵活方便。,2.5.3 被动式红外探测器 直接探测来自移动目标的红外辐射 。 1） 自然界物体的红外辐射特性 在自然界，任何高于绝对温度(-273度)时物体都 将产生红外光谱，不同温度的物体，其释放的红外能 量的波长是不一样的，如表2-3所示。,表3-3 不同温度下物体的红外辐射

24、峰值波长,结论：物体表面的温度越高，其辐射的红外线波长越短。,2） 被动式红外探测器的组成及基本工作原理 （1）基本工作原理 组成框图：它主要由光学透镜系统、热释电红外传感器、 放大器、信号处理器组成。,光学透 热释电 放大器 信 号 镜系统 传感器 处理器,红 外 辐 射,（2） 在被动式红外探测器中有两个关键性的元件： a 热释电红外传感器(PIR)： 它能将波长为8一12um之间的红外信号变化转变为 电信号，并能对自然界中的白光信号具有抑制作用，因此 在被动式红外探测器的警戒区内，当无人体移动时，热释 电红外感应器感应到的只是背景温度，当人体进人警戒 区，通过菲涅尔透镜，热释电红外感应器

25、感应到的是人体 温度与背景温度的差异信号，因此，红外探测器的基本概 念就是感应移动物体与背景物体的温度的差异。,b 菲涅尔透镜 菲涅尔透镜有两种形式，即折射式和反射式。菲涅 尔透镜作用有两个：一是聚焦作用，即将红外信号折射 （ 反射）到热释电元件PIR上，第二个作用是将警戒区 （视场）内分为若干个感光区和非感光区，使进入警戒 区的移动物体能以温度变化的形式使PIR获得变化的红 外信号,这样热释电元件PIR就能产生与之变化相对应的 电信号。,3） 单波束型被动红外探测器,图2-31 采用反射式光学系统的被动红外报警器,利用曲面反射镜将来自目标的红外辐射汇聚在红外 传感器上。,红外辐射,这种方式的

26、探测器警戒视场(感光)角较窄，一般 仅在5以下。但作用距离较远，可长达百米。因此， 又可称为是直线远距离控制型被动红外探测器，适合 用来保卫狭长的走廊和通道以及封锁门窗和围墙等。,视场,探测器,4） 多波束型被动红外探测器 多波束型被动红外探测器就是采用性能优良的红外塑料 透镜多层光束结构的菲涅耳透镜。结构如图3-33所示,图3-33 三层多视场菲涅耳透镜组,采用不同光束结构的聚焦式菲涅耳透镜光学系统，可 形成垂直整体形幕帘式以及小角度长距离与大角度近距离 的视场组合。如图3-34所示为其中的几种。,图3-34 不同规格红外透镜镜头产生的视场图,采用多视场菲涅耳透镜 ，将来自视场范围的红外辐

27、射经透射、折射、聚焦后汇集在红外传感器元件PIR上。 多波束型被动式红外探测器的警戒视场角比单波束 型被动式红外探测器的警戒视场角要大得多。水平视场 角可大于90，垂直视场角最大也可达90。但其作用 距离较近，一般只有几米到十几米。一般来说，视场角 增大时，作用距离将减小。因此多波束被动式红外探测 器又可称为是大视角短距离控制型被动式红外探测器。,5） 防止被动红外探测器(PIR)产生误报的几项技 术措施 （1）产生误报的原因 a 外界的因素: 外界的热光源（尤其是白光光源）：如阳光、照 明光源等; 外界的射频信号。 b 内部因素: 内部由于器件的噪声和干扰等，如光热释感应器的信号瞬变等。,（

28、2）采取的技术措施 a 采用温度补偿电路 放大器增益的补偿特性是呈线性递增形式(如图3-35所 示)。,图2-35 线性补偿特性,人体温度, 放大器增益的补偿特性是呈抛物线递增形式(如图3-36所示)。,图2-36 抛物线补偿特性,人体温度(37),b 采用二元红外光敏元件(PIR) 传感器包含两个互相串联或并联的热释电元。而且制 成的两个电极化方向正好相反，环境背景辐射对两个热释 元件几乎具有相同的作用，使其产生热释电效应相互抵 消，于是探测器无信号输出。,双元红外光敏元件, 二元红外光敏元件(PIR)与多视场菲涅耳透镜组合使用,q,t,可采用“脉冲计数”方式工作。,c 防射频干扰的措施 表

29、面贴片技术： 表面贴片式元件（SMD）是直接贴焊在电路板上，没 有引脚线，因此没有相当于构成射频干扰（RFI）所必需的 “天线”， 从而使到探头的防射频干扰达到10V/m，该指标 的含义是一个100W的无线设备在3米处发射而不会引起误 报。,d 采用滤光抑制的防白光干扰措施 为了仅仅对人体的波长为10m左右的红外辐射敏 感，在PIR的辐射照面上通常覆盖有特殊的防白光镜 片：白光，如车头灯、电筒等发出的光通常是PIR误报 的原因，而被动红外探测器的菲涅尔镜片有效消除白光 的干扰达到2000烛光强度，该指标相当于机场的跑道 灯在2米处照射探头而不会误报。使环境的干扰受到明 显的抑制作用。,e 防小

30、动物措施 防小宠物是被动红外探测器的一种重要的功能，每 个生产厂家对抗小宠物干扰的处理方式是不一样的。有： 物理方式：通过菲涅尔透镜的分割方式的改变来降低 由于小宠物引起误报的概率（效果有限）。 信号处理分析方式：对探测到的信号进行数据采集， 然后分析其中的信号周期，幅度，极性。这些因素具体反 应出移动物体的速度、热释红外能量的大小，以及单位 时间内的位移。探测器中的微处理器将采集的数据进行分 析比较，由此判断移动物体可能是人还是小动物。, 采用四元红外光敏元件 、交替极性脉冲计数,小动物移动只有一组脉冲输出,人体移动有两组脉冲输出,被动红外探测器采用交替极脉冲计数以识别双 元红外元件输出的正

31、负极性的脉冲信号（只有人体 移动才能触发正负极性脉冲）才触发警报 一般脉冲计数功能只是单纯计数双元红外元件 输出的脉冲信号，对电器干扰引发的脉冲会误触发 警报。,6）被动式红外探测器的主要特点及安装使用要点 任何一种被动式红外探测器在其出厂说明书上都有感 应视区的模型图。在这个模型上我们可以了解： 探测器应该安装的高度 探测器下视区的角度应是多少 最远的警戒距离 最宽的警戒作用范围 警戒角度 可视感应带的方向 有了这些信息就可以对被动式红外探测器有一个基本 的了解，对正确使用被动式红外探测器将有很大的帮助作 用。,1）使用要点 (1) 被动式红外探测器属于空间控制型探测器。 (2) 由于红外线

32、的穿透性能较差，在监控区域内不应有 障碍物，否则会造成探测“盲区”。 (3) 为了防止误报警，不应将被动式红外探测器探头对 准任何温度会快速改变的物体，特别是发热体。 (4) 应使探测器具有最大的警戒范围，使可能的入侵者 都能处于红外警戒的光束范围之内。并使入侵者的活动有 利于横向穿越光束带区，这样可以提高探测的灵敏度。,(5)被动式红外探测器的产品多数都是壁挂式的， 需安装在离地面约23m的墙壁上。 (6)在同一室内安装数个被动式红外探测器时，也 不会产生相互之间的干扰。 (7)注意保护菲涅耳透镜。 (8)基于上述原因，被动式红外探测器基本上属于 室内应用型探测器。,2）安装注意事项 根据说

33、明书确定正常的安装角度 不宜面对玻璃门窗 不宜正对冷热通风口或冷热源 注意非法入侵路线,3.6 超声波探测器 1）机械振动波 声波 ：2020000Hz频率范围内，能引起人耳听觉的可 闻声波信号 超声波 ：高于20000Hz频率的声波信号 次声波：低于20Hz频率的声波信号 2）超声波探测器 利用人耳听不到的超声波段（20000Hz以上）的机械振 动波来作为探测源 专门用来探测移动物体的空间型探测器,3）超声波探测器的分类 根据其结构和安装方法的不同可分为两种类型 多普勒型超声波探测器： 收、发两个超声波换能器合置于同一壳体内， 工作原理基于声波的多普勒效应， 声场型超声波探测器： 收、发两个

34、超声波换能器分别放置在不同的 位置，工作原理不同于一般的多普勒效应。,3.6.1 超声波换能器 1）作用：将高于20000Hz频率以上的电信号转换成为 机械振动波信号（声波信号） 2）超声波传感器(常用的有两种)： 压电晶体传感器 磁致伸缩传感器,（1）压电晶体传感器 压电效应； 所谓压电效应，就是指在外力的作用下诱发极化，在压 电材料（如石英、酒石酸钾钠、钛酸钡等一些离子型晶体的 电介质）中产生一个电场的现象。如果外力发生变化，如从 拉应力变为压应力，电场的方向也要随之改变。也就是说， 压电材料能够对外界机械压力产生电反应。 逆压电效应： 相反，电信号也能够使它们产生压力，使压电材料发生 形

35、变。,+ + + + + + + +,- - - - - - - -,V,V,+ + + + + + + +,- - - - - - - -,F F,d,d,+d - d,压电效应,逆压电效应,电源E,这种能够将机械能和电能相互转化的能力对传感器 来说是非常有用的。例如： 超声波发射装置的换能器是利用压电晶体的逆压电效 应而制成的。 超声波接收装置的换能器是利用压电晶体的正压电效 应而制成的。,（2）磁致伸缩换能器： 铁,钴,镍及其合金与铁氧化体等材料，其长度能随着 所处磁场的强度或伸或缩的现象称为磁致伸缩效应，磁 致伸缩换能器又可分为金属的和铁氧体的两类. 金属换能器：机械强度高，单位面积辐

36、射功率大，工 作性能稳定,电声效率较低 铁氧体：磁致伸缩换能器的电声效率较高，但机械强 度低，单位面积幅射功率小。,3）超声波换能器发射的能场分布 （1) 收、发合置型（多普勒型超声波探测器） 其发射的超声波的能场分布具有一定的方向性，一 般为面向方向区域呈椭圆形能场分布。控制面积可达几 十平方米。,（2) 收、发分置型（声场型探测器） 两个换能器分别放置在不同的位置，它的发射机 与接收机多采用非定向型（即全向型）换能器或半向 型换能器。非定向型换能器产生半球型的能场分布模 式，半向型产生锥形（犹如鲜花主瓣）能场分布模式。 收、发分置的超声波探测器警戒范围大，可控制 几百立方米空间，多组使用可

37、以警戒更大的空间。,3.6.2 多普勒型超声波探测器 1）工作原理 超声波探测器主要是由发射机、接收机和信号处理电 路几部分所组成。将发射机与接收机合置的多普勒型超声 波探测器的基本组成如下图所示。声波与电磁波的多普勒 效应的原理完全相同。,多普勒型超声波探测器模型图,2）安装 多普勒型超声波探测器通常装在天花板或墙上，如 图所示：,安装在天花板上 安装在墙上 安装两个探头,3.6.3 声场型超声波探测器 1）工作原理 声场型超声波探测器工作原理与前述的多普勒超声波 探测器有所不同，其探测灵敏度也与移动人体的运动方向 无关。电路结构如图所示。,振 驱 放 检 判 荡 动 大 波 决,发送换能器

38、 接收换能器,2）安装 收、发机分置的超声波探测器其控制空间可达几 百立方米。由于可以采用数对以至十几对收、发机并 联使用的方式，故可以根据房间的大小分别采用一发、 一收、一控；三发、三收、一控和六发、三收、一控 等多种不同的布局系统。达到警戒更大空间范围的目 的。如图所示：,安装在同一侧天花板上,异侧一发一收安装 三发三收安装,发射换能器,接受换能器,3）超声波探测器利用超声波的哪些特性？ （1）超声波有良好的指向性，在超声波探测中，声源的 尺寸一般都大于波长数倍以上，声束能集中在特定方向 上， （2）超声波在异质介面上将产生反射、折射、波型转 换、利用这些特性，可以获得从异质界面反射回来的

39、反 射波及不同波型，从而达到探测的目的。,4）在超声波探测中为什么要使用脉冲波？ （1）可使瞬时内发射能量很大，而总能量不大； （2）可做时标用，测量超声波在空间的传播时间，从而对目标进行定位； （3）可显著减少发射波与反射波之间干涉区的长度； （4）从工程技术上比较容易制造出脉冲波的超声波探测器,3.6.4 超声波探测器的主要特点及安装使用要点 1） 超声波探测器属于空间控制型探测器 2） 室内的密封性要求高，不应有大容量的空气流动，不 能有过多的门窗且需紧闭。应该避开通风设备及气体的流动。 3） 房间的隔音性能要好，以减少外界噪声引起的误报。 4）超声波对物体没有穿透性能 ，因此使用时应避

40、免物体 的遮挡。玻璃、隔板、房门等对超声波的反射能力较差，不 应正对安装。 5）超声波是以空气作为传输介质的，因此空气的温度和相 对湿度会影响其探测灵敏度。当温度为21、相对湿度38% 时，超声波的衰减最为严重，探测范围也最小。,3.7 声控探测器 利用声电传感器做成的监听头对监控现场进行立体式 空间警戒的探测系统通常称为声控探测器。 2.7.1 声控探测器的组成及基本工作原理 1）作用 声控探测器是用来探测人侵者在防范区域室内的走 动或进行盗窃和破坏活动(如撬锁、开启门窗、搬运、拆 卸东西等)时所发出的声响。并以探测声音的声强来作为 报警的依据。,2）结构特点 系统结构比较简单，只需在防护区

41、域内安装一定数 量的声控头，把接收到的声音信号转换为电信号，并经 电路处理后送到报警控制器，当声音的强度超过一定电 平时，就可触发电路发出声、光等报警信号。其基本组 成如图所示。,声控报警系统主要是由声控头和报警监听控制器两个 部分所组成。声控头置于监控现场，控制器置于值班中心。,K,3.7.2 声控探测器的主要特点及安装使用要点 1）声控探测器属于空间控制型探测器 2）声控探测器与其他类型的探测器一样，一般也设置 有报警灵敏度调节装置 3）采用选频式声控报警电路可进一步解决在特定环境 中使用声控报警器误报问题,3.8 振动探测器 警戒对象： 1） 建筑物振动入侵探测器：当入侵者对建筑物进行打

42、 击时，例如，入侵者在进行凿墙、钻洞、破坏门、窗、等 破坏活动时能够响应其引起的机械冲击并产生报警信号的 探测装置。 2） 地音振动入侵探测器：对入侵者在探测范围内的地 面行走或车辆行驶产生的机械冲击引起的振动信号能产生 报警的探测装置。 3） 保险柜振动入侵探测器：当保险柜受到打击或正常 开启时能响应其引起的振动并产生报警信号的探测装置。,3.8.1 振动探测器的基本工作原理 1）振动探测器的基本工作原理如图所示。,2）术语 （1) 振动入侵探测器：在警戒区内能对入侵者引起的机械 振动(冲击)而发出报警的探测装置。 （2）振动传感器：振动入侵探测器中，能敏感振动冲击并 将其转换成电信号的部件

43、。 （3）适调放大器：振动入侵探测器中，能将传感器输出的 电信号变换并放大到触发器所需电平的部件。 （4）触发器：在振动入侵探测器中，能将适调放大器输出 电平转换成继电器开关状态的部件。,2.8.2 常用的几种振动探测器 震动传感器是震动探测器的核心部件。常用的震动 传感器有位移式传感器（机械式）、速度传感器（电动 式）、加速度传感器（压电晶体式），电子式全面型振 动传感器等多种类型。震动探测器基本上属于面控制型 探测器。,1） 位移（机械）式振动探测器 位移（机械）式振动探测器是一种振动型的机械 开关。类型有多种，常见的有水银式、重锤式、钢球 式。当直接或间接受到机械冲击震动时，水银珠、钢

44、珠、重锤都会离开原来的位置而出发报警。这种传感 器灵敏度低、控制范围小，只适合小范围控制，如门 窗、保险柜、局部的墙体。钢珠式虽然可以用于建筑 物，但只有4m左右，很少使用。,（1）开关触点常闭式机械震动传感器,A、B、C是三根固定垂直放置的金属杆，D是一个圆球， A、B、C为三块镶箝在球体上的金属片。平时圆球表面与 三个金属杆的顶端接点A、B、C相接触。其接线如图 (b)所 示。将上述组件封装在同一壳体内 ，即可形成一种特殊结 构的触点常闭的开关振动传感器。,A B C,A”,B”,C”,报警电路,A” A B B” C” C,（2）开关触点常开式机械震动传感器,在一块金属板上有一个圆孔，在

45、圆孔中心悬有一根细 圆金属棒，棒与板孔之间留有少许的空隙。即构成一个极 为简单的触点常开式机械振动传感器。,金属板,金属棒,2） 惯性棒电子式振动探测器 惯性棒震动传感器由悬挂于两支镀金接触棒之间的 镀金惯性棒构成，接触任何一端都可构成封闭回路。传 感器因此接收到入侵者的震动冲击并将信息传给分析器。,在安装时要注意使探测器上标明的D或N方向垂直 向下.D方向向下的交叉金属架呈60,灵敏度较低； N方向向下的交叉金属架呈90，灵敏度较高。如图 所示:,N方向向下垂直 D方向向下垂直,60, 惯性棒震动传感器安装方法有较大灵活性，可安于垂 直或倾斜的墙壁和屋顶上。 在常规灵敏度（N）下，惯性棒和接

46、触棒安装成90度 角；在低灵敏度（D）下，惯性棒和接触棒装成60度角。 因此调整灵敏度时只需将传感器旋转180度。 采用1至8次多重计数，可调整输入灵敏度和撞击反应 强度，最大程度避免警报错误,3） 电子式全面型振动探测器 所谓全面型振动探测器是指该探测器可以探测到由 各种入侵方式，如爆炸、焊枪、锤击、电钻、电锯、水 压工具等所引发的振动信号，但对在防范区内人员的正 常走动则不会引起误报。它包含了对振动频率、振动周 期和振动幅度三者的分析，三组感应器感应三种不同的 振动方式，从而有效地探测出非法入侵所产生的振动， 但却抑制了环境的干扰因素。其信号分析原理如图所 示。,探测振动频率，如锤击、凿,

47、4） 电动式振动（速度）探测器 （1）组成结构 电动式传感器，它是由永久磁铁、线圈、弹簧、阻 尼器和壳体等组成。如图所示：,（2）工作原理 当外壳受到振动时，就会使永久磁铁和线圈之 间产生相对运动。由于线圈中的磁通不断地发生变 化，根据电磁感应定律，在线圈两端就会产生感应 电动势，此电动势的大小与线圈中磁通的变化率成 正比。即 ( 中为线圈中的磁通，N为线圈的匝数) 将线圈与报警电路相连，当感应电动势的幅度 大小与持续时间满足报警要求时，即可发出报警信 号。,（3）特点 a.传感器灵敏度高，控制范围大，稳定性较好； b.磁铁在线圈中的垂直加速位移尤为敏感； c.极高的探测率。适合周界的钢丝网面

48、振动入； 侵、地音振动入侵和建筑物振动入侵探测； d.加工工艺要求较高，因此价格比较高。,5) 压电晶体振动（加速度）探测器 压电式探测器的心脏是一片压电材料，通常是一 种表现出独特压电效应的人工极化的铁电陶瓷片。当 受到机械应力时，不论张力或压缩，在它的两个极面 上会产生一个与所加的应力成正比的电荷，即应力越 大电荷越多。由此电荷的大小来判断震动的幅度，同 时籍此电路来调整灵敏度。它适合地音振动入侵探测 器和建筑物振动入侵探测器。,3.8.3 振动探测器的主要特点及安装使用要点 振动探测器基本上属于面控制型探测器 ，室内应 用时明装、暗装均可，通常安装于可能入侵的墙壁、天 花板、地面或保险柜

49、上。 振动式探测器安装面应为干燥的平面 。与探测面 应紧贴牢固安装 ，否则不易感受到震动 3） 安装于墙体时，距地面高度2-2.4为宜，探测器 垂直于墙面。 4） 地下使用时埋入深度为10左右 ，不宜埋入土 质松软地带。,5) 振动探测器安装的位置应远离强振动干扰源(如旋 转的电机、变压器、风扇、空调 )，如无法避开振动 源，则视振动源振动情况，距离振动源13米。 6）注意在振动探测器频率范围内的高频震动、超声 波的干扰容易引起误报。 7) 电动式振动探测器主要用于室外掩埋式周界报警 系统,3.9 双技术探测器 双技术报警探测器又称为双鉴器、复合式探测器或 组合式探测器 ，是将两种探测技术结合

50、以“相与”的关系 来触发报警，即只有当两种探测器同时或者相继在短暂 时间内都探测到目标时才可发出报警信号。,3.9.1 由单技术探测器向双技术探测器的发展 各种探测器有其优点，但也有其不足之处，单技术 的微波探测器对物体的振动(如门、窗的抖动等)往往会 发生误报警，而被动红外探测器对防范区域内任何快速 的温度变化，或温度较高的热对流等也往往会发生误报 警。为了减少探测器误报问题，人们提出互补双技术方 法，即把两种不同探测原理的探测器结合起来，组成双 技术的组合探测器又称双鉴探测器。双鉴探测器可集两 者的优点于一体，取长补短，对环境干扰因素有较强的 抑制作,环境因素对照表 ：,3.9.2 双技术

51、探测器的种类 人们对几种不同探测技术的方案进行了多种不同组合 试验：如超声波微波双技术探测器、双被动红外双技术 探测器、微波被动红外双技术探测器、超声波被动红 外双技术探测器、玻璃破碎声响振动双技术探测器等， 并对几种双技术探测器的误报率进行了比较，如表所示。,由表中看出，其中以微波被动红外双技术探测器 的误报率为最低 ，比其他几种类型的双技术探测器的误 报率可降低约270倍，比采用各种单技术探测器的误报率 可降低约421倍。实践证明，把微波与被动红外两种探测 技术加以组合， 是最为理想的一种组合方式。因此，获 得了广泛的应用。 此外 ，玻璃破碎双技术探测器也是应用较多的一种 双鉴器。,3.9

52、.3 微波被动红外双技术探测器 1)微波被动红外双技术探测器的工作原理 (1)结构原理 a. 将两种探测技术的系统部件封装在同一个壳体内； b. 将两种探测器输出信号共同送到“与门”电路；只有 当两种探测技术的传感器都探测到移动人体时，其输出 为“1”(高电平)，触发报警。 c. 采用以被动红外探测技术为主，微波探测技术为辅 的工作方式（即在被动红外探测器探测到可疑目标时， 再辅以微波探测器确认）。,d. 其基本工作电原理图如下所示：,与门,报警阀值电路,2）微波被动红外双技术探测器场能结构图,图中，细线所示为红外探测视区，粗线所示为微 波探测视区,3）微波被动红外双技术探测器安装要求 （1）

53、在警戒范围内两种探测器的灵敏度尽可能保持均衡。 （2）探测器轴线与警戒区的方向成45夹角为最佳 说明： 微波探测器一般对纵向移动目标最敏感，而被动红 外探测器则对横向切割视区的人体移动最敏感。因此为 使这两种探测传感器都处于较敏感状态，在安装微波 被动红外双鉴探测器时，宜使探测器轴线与警戒区的方 向成45夹角。,4） 提高工作可靠性所采取的技术措施 （1）采用双边独立浮动阀值技术（IFT技术，又称动态阈值 调节技术 ）,人体信号（报警）,报警阀值固定,报警阀值不固定,干扰信号（不报警）,（a）,（b）,（2）组成三鉴探测器或四鉴探测器 为了更好地达到低漏报率、低误报率和高准确探测率 的要求，在

54、双鉴探测技术基础上采用智能分析与控制技术， a. 技术组成 采用被动红外-微波监控技术和微处理器智能分析技 术的双鉴探测器称为三鉴探测器， 在三鉴探测器的基础上再采用 IFT技术的探测器称为四 鉴探测器。,b. 工作原理 三鉴探测器仍是以红外探测为主导、微波探测为辅 助、微处理器进行智能化分析处理的综合探测技术。当 被动红外探测器与微波探测器发现目标后，并在两种信 号均有效的情况下，通过微处理器识别确认，符合报警 输出条件时，由微处理器给出报警信号。使探测器在整 体性能上更趋优越、和稳定。,c. 三鉴探测器电路结构模型,报警输出,三鉴探测器工作过程： i)被动红外传感器 感受移动人体目标温度与

55、背景温度差异，並将温度 差异转换成模拟电信号。 ii)合置式微波探测器 根据多普勒效应探测人体移动目标，並将人体目标 的移动速度转换成电信号频率的变化。 iii)放大器 对传感器输出的微弱模拟电信号进行幅度放大。,iv)A/D转换器 将放大后的模拟电信号转换成数字电信号 v)微波监控器 接受微处理器指令，控制及检测微波探测系统的工 作状态 vi)微处理器 分别对经过数字化处理的被动红外探测信号和微波 探测信号进行智能化分析处理。在被动红外探测器发出 有效报警信号同时由微处理器发出指令，通过微波监控 器控制微波探测器进入工作状态。并在两种探测信号均 有效的情况下，由微处理器识别确认后给出报警信号

56、。,(3)设置几种微波工作频率供选择。 根据安装现场干扰情况，任意选取其中一种频率作 为该双鉴探测器工作频率。,(4)采用K波段微波技术。 a. 电波名称,40GHZ 27GHZ 18GHZ 12GHZ 8GHZ 4GHZ 2GHZ 1GHZ,b. K波段微波的优点 i) K波段微波信号的波长短，可将微波信号局限在 室内，这无疑可以进一步减少潜在的误报因素。 参看下表所表明的微波信号受到墙壁和窗户阻挡后的 典型衰减值 。,ii）可以实现微波视区成型技术 例：采用不同波段不同 形状的微波天线所形成 的探测视区。其中细线 为红外探测区，粗线为 微波探测区。以11米长 度的房间为例。 另：在K波段时

57、 ，当调 整微波探测器的灵敏度 时，微波视区形状始终 保持不变。,（5）采用双电子温度补偿措施。 （6）采用白片菲涅耳透镜片。 （7）使用电子滤波器。 （8）增加俯视区反射镜式光路系统。 （9）进一步提高双鉴器的抗射频干扰能力。,3） 微波被动红外双技术探测器的主要特点及安装 使用要点 （1）双技术探测器比单技术探测器的价格要贵些，但其可靠性要远高于单技术探测器。 （2）安装时要使两种探测器的灵敏度都达到最佳状态是比较难做到的。 （3）对环境干扰因素有较强的抑制作用，因而对安装环境的要求不十分严格，通常只要按照使用说明书的要求 进行安装即可满足防范要求。安装和使用都更为方便。,2.9.4 超声波被动红外双技术探测器 1） 采用与微波被动红外双鉴器相同的原理，将超声波 与被动红外两种探测技术组合在一起。 2） 超声波被动红外双鉴器不宜安装在通风好、空气流 动大的位置。因为这一环境因素不仅会使室内超声波的能量 分布发生变化而导致超声波探测器的误报警，同时也会因空 气流动所引起的背景物体的温度发