《電子技術(shù)應(yīng)用》
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被動(dòng)紅外探測器采用的技術(shù)淺談
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摘要: 被動(dòng)紅外探測器是入侵防盜報(bào)警系統(tǒng)中應(yīng)用最為普遍的設(shè)備之一,,自其問世以來,,所采用的技術(shù)不斷發(fā)展,,而每種技術(shù)所針對的問題也不盡相同,,有的主要為了過濾白光,,有的著眼于減少高頻干擾的影響,,還有的專門解決小動(dòng)物活動(dòng)造成的誤報(bào),;還有的兩種技術(shù),,正好強(qiáng)調(diào)了互為對立的兩個(gè)方面,,如脈沖計(jì)數(shù)技術(shù)和一步觸發(fā)技術(shù);有的兩種技術(shù)應(yīng)用原理相反,,結(jié)果卻殊途同歸,,如無線防盜系統(tǒng)中的擴(kuò)頻技術(shù)和超窄帶技術(shù)。作為報(bào)警服務(wù)行業(yè)的施工維護(hù)和市場部門人員,,應(yīng)該對這些技術(shù)有一定的了解,,從而根據(jù)使用環(huán)境,有針對性地制訂設(shè)計(jì)和施工方案,,達(dá)到量材使用,,減少誤報(bào)的目的。筆者根據(jù)近幾年來國內(nèi)實(shí)際安裝較多的紅外探測器型號(hào),,將其采用的技術(shù)初步歸納為以下一些類別,。
Abstract:
Key words :
  被動(dòng)紅外探測" title="紅外探測">紅外探測器是入侵防盜報(bào)警系統(tǒng)中應(yīng)用最為普遍的設(shè)備之一,自其問世以來,,所采用的技術(shù)不斷發(fā)展,,而每種技術(shù)所針對的問題也不盡相同,,有的主要為了過濾白光,有的著眼于減少高頻干擾的影響,,還有的專門解決小動(dòng)物活動(dòng)造成的誤報(bào),;還有的兩種技術(shù),正好強(qiáng)調(diào)了互為對立的兩個(gè)方面,,如脈沖計(jì)數(shù)技術(shù)和一步觸發(fā)技術(shù),;有的兩種技術(shù)應(yīng)用原理相反,結(jié)果卻殊途同歸,,如無線防盜系統(tǒng)中的擴(kuò)頻技術(shù)和超窄帶技術(shù),。作為報(bào)警服務(wù)行業(yè)的施工維護(hù)和市場部門人員,應(yīng)該對這些技術(shù)有一定的了解,,從而根據(jù)使用環(huán)境,,有針對性地制訂設(shè)計(jì)和施工方案,達(dá)到量材使用,,減少誤報(bào)的目的,。筆者根據(jù)近幾年來國內(nèi)實(shí)際安裝較多的紅外探測器型號(hào),將其采用的技術(shù)初步歸納為以下一些類別,。

  使用優(yōu)質(zhì)材料

  選擇鏡面" title="鏡面">鏡面材料:改進(jìn)菲涅爾透鏡所用的材料,,使其具有很好的波長選擇特性。在容許人體所發(fā)出的紅外光線通過的同時(shí),,盡可能阻擋白光中其他波長的光線,消除白光干擾,。質(zhì)量好的透鏡,,可消除高達(dá)20000燭光強(qiáng)度的白光干擾,相當(dāng)于機(jī)場的跑道燈在2米處照射時(shí),,探測器都不會(huì)引起誤報(bào),。

  雙重屏蔽薄膜:在傳感器前,加貼特殊的傳導(dǎo)濾光膜,,稱為雙重屏蔽薄膜,。此膜的作用,一方面可減少陽光,、汽車前燈,、熒光燈等光源的影響。當(dāng)早上或傍晚陽光照入室內(nèi)時(shí),,照度可達(dá)50000Lux,,而采用此屏蔽后,光照強(qiáng)度達(dá)到100000Lux也不會(huì)產(chǎn)生誤報(bào),;另一方面此薄膜還具有抗RF無線電頻率干擾的作用,,使探測器具有20V/M或30V/M的抗干擾能力,。(20V/M相當(dāng)于10W的無線發(fā)射機(jī)距1m內(nèi)不會(huì)產(chǎn)生誤報(bào),30V/M相當(dāng)于10W發(fā)射機(jī)距0.3m-0.5m,,不會(huì)發(fā)生誤報(bào),。)

  磁力保護(hù)繼電器:該繼電器可以防無線電磁干擾和外力破壞。當(dāng)探測器附近有強(qiáng)磁場時(shí),,一般繼電器外部缺乏磁場屏蔽,,可能無法正常工作,從而導(dǎo)致探測器失效,。采用磁力保護(hù)繼電器,,外加的強(qiáng)磁場對繼電器的工作不再產(chǎn)生影響。

  改進(jìn)光學(xué)系統(tǒng)

  球形透鏡:探測器在工作時(shí),,其探測范圍在上下,、左右要張開一定的角度。而在有效的探測范圍內(nèi),,其各項(xiàng)靈敏度應(yīng)盡量保證一致,。為了改善探測扇面的均勻特性,采用了球形透鏡,,使透鏡上每個(gè)探測區(qū)域的焦距保持一致,,靈敏度不變。

  密封光學(xué)系統(tǒng):在透鏡和電路板之間采用隔熱塑料盒,,將傳感器置于密封盒內(nèi),,處于相對恒溫的條件,可以減少電路元器件發(fā)熱引起的干擾,;在傳感器周圍采用碳黑海綿對白光進(jìn)行吸收,,可減少外界白光干擾,同時(shí)也起到了防塵,、防潮,、防小蟲侵入的作用。

  控制探測區(qū)域:采用幕簾,、防寵物鏡面,,避開小動(dòng)物綷-常活動(dòng)的范圍,,對其活動(dòng)的區(qū)域不予探測(如探測區(qū)域高于地面一定距離),,又不影響對入侵人員的探測。

  鏡面調(diào)整縮放功能:由于房頂?shù)母叨炔煌?,對吸頂紅外探測器的要求也不同,。通過調(diào)整旋轉(zhuǎn)鏡面,可改變焦距和探測高度,以適應(yīng)不同的環(huán)境要求,。

  紅外反射聚焦:與紅外傳感器配套的光學(xué)系統(tǒng)有三種,,即反射式、透射式和折射式,。其中反射式的靈敏度最高,,探測距離遠(yuǎn)。菲涅爾透鏡屬透射式,,靈敏度最低,,折射式居中。菲涅爾透鏡體積小,、密封容易,、穩(wěn)定性好、價(jià)格較低,,因此目前國內(nèi)外多采用透射式系統(tǒng),。但采用反射鏡聚集紅外能量,比菲涅爾鏡片更有效,,因此探測器信號(hào)放大電路的增益可以做得較低,,信噪比" title="信噪比">信噪比更高,能較好地防止干擾信號(hào)" title="干擾信號(hào)">干擾信號(hào)引起的誤報(bào),。有少數(shù)國外進(jìn)口的被動(dòng)紅外探測器使用了反射法聚焦,,因而取得了較好的防誤報(bào)效果。

  溫度補(bǔ)償和光敏調(diào)整

  溫度補(bǔ)償電路:被動(dòng)紅外探測器探測的信號(hào)強(qiáng)弱與人體和環(huán)境溫度的差別有很大的關(guān)系,,一般情況下,,人的體溫與環(huán)境溫度相差較多。當(dāng)入侵者移動(dòng)時(shí),,傳感器接收到紅外的變化信號(hào)幅度較大而觸發(fā)報(bào)警,;當(dāng)環(huán)境溫度與人體溫度接近時(shí),入侵者在運(yùn)動(dòng)時(shí)傳感器接收到的紅外變化信號(hào)幅度較小,,這樣有可能由于信號(hào)小于觸發(fā)閥值而不會(huì)報(bào)警。因此,,探測器需根據(jù)環(huán)境溫度的變化,,對電路增益進(jìn)行補(bǔ)償。

  常規(guī)的溫度補(bǔ)償是線性遞增形,,即溫度越高,、補(bǔ)償越大,當(dāng)環(huán)境溫度高于人體溫度時(shí),,過度的補(bǔ)償顯然是不合理的,,而且容易產(chǎn)生誤報(bào)。較好的補(bǔ)償方法是采用拋物線形,使得探測器在比較大的溫度變化范圍內(nèi),,都能保持靈敏度基本一致,。

  光敏調(diào)整:由于晝夜光照變化較大,探測器如果晝夜工作,,則白天與黑夜的工作特性,,會(huì)產(chǎn)生較大的變化。探測器電路利用光敏電阻隨光照變化而阻值相應(yīng)變化的特性,,根據(jù)周圍區(qū)域的亮度和工作的時(shí)段,,自動(dòng)調(diào)整接收靈敏度,確定日/夜不同的工作模式,,可以有效地防止白天強(qiáng)光干擾引起的誤報(bào),。

  優(yōu)化電路設(shè)計(jì)

  探測器工作電壓" title="工作電壓">工作電壓:工作電壓范圍是探測器的基本參數(shù),看似簡單,,卻十分重要,。探測器工作電壓取值掌握的一條原則,即應(yīng)低于控制主機(jī)的工作電壓,。當(dāng)交流電中斷,,系統(tǒng)靠備用電池工作的情況下,供電電壓將逐漸降低,,如果探測器工作電壓設(shè)計(jì)范圍較小,,這時(shí)主機(jī)尚能正常工作,探測器卻已不能維持正常狀態(tài),,系統(tǒng)將持續(xù)地產(chǎn)生誤報(bào),。

  電源濾波:使用電子濾波器,能較好地濾除電源中的雜波對電路造成的干擾,。電子濾波器需濾除的雜波主要是50HZ/60HZ交流電頻率及其諧波,,從而減少電源干擾引起的誤報(bào)。

  一步觸發(fā)技術(shù):主要用于沒有干擾(如密閉較好的地下室等)而靈敏度要求很高的場合,。在不增加誤報(bào)的基礎(chǔ)上,,應(yīng)用這項(xiàng)技術(shù),移動(dòng)物體通過探測區(qū)域,,產(chǎn)生一個(gè)脈沖即可觸發(fā)報(bào)警,,反應(yīng)十分靈敏。

  脈沖計(jì)數(shù)技術(shù):菲涅爾透鏡將探測覆蓋的范圍分成一定數(shù)量的探測區(qū),,當(dāng)相鄰兩個(gè)區(qū)之間產(chǎn)生溫度變化時(shí),,觸發(fā)一個(gè)脈沖信號(hào)。設(shè)置多脈沖啟動(dòng)方式,,在一定程度上可以減少因偶然原因引起的誤報(bào),。這種模式下,,探測器通過數(shù)字計(jì)數(shù),計(jì)量入侵者從一開始所觸發(fā)扇區(qū)觸發(fā)沿的個(gè)數(shù),,根據(jù)事先設(shè)置的數(shù)字脈沖計(jì)數(shù)個(gè)數(shù)而觸發(fā)報(bào)警信號(hào),。但這種方式,會(huì)使靈敏度有所下降,。

  能量積聚技術(shù):根據(jù)探測到的信號(hào)強(qiáng)度,,判斷能量的大小,達(dá)到閥值時(shí),,產(chǎn)生報(bào)警,。小型物體由于覆蓋面較小,如只能占據(jù)鏡面一個(gè)探測區(qū)的一部分,,或者在遠(yuǎn),、中、近幾個(gè)探測區(qū)域只占一個(gè)甚至不到一個(gè)區(qū),,因而產(chǎn)生的信號(hào)強(qiáng)度達(dá)不到閥值要求,,就不會(huì)產(chǎn)生報(bào)警。

  防高頻干擾技術(shù):當(dāng)有高頻干擾時(shí),,干擾信號(hào)強(qiáng)度增加,,若探測器觸發(fā)的閥值不變,信噪比隨之下降,,就容易產(chǎn)生誤報(bào),。采用防高頻干擾技術(shù)后,探測器的閥值會(huì)隨著干擾信號(hào)的增強(qiáng)而相應(yīng)提高,,使信噪比基本保持不變,,從而減少因高頻干擾引起的誤報(bào)。

  多元探測技術(shù)

  雙元傳感器探測:在一個(gè)探測器內(nèi),,將兩個(gè)傳感器按一正一反的方式相連,,這樣做的好處是,當(dāng)環(huán)境溫度,、光照或其它因素變化時(shí),,每個(gè)組件同時(shí)產(chǎn)生相同的變化信號(hào),但極性相反,,互相抵消,。當(dāng)有外部侵入時(shí),紅外源必定在一個(gè)給定的時(shí)間段內(nèi)出現(xiàn)在一個(gè)區(qū),,接著出現(xiàn)在另一個(gè)區(qū),兩個(gè)組件相繼發(fā)生信號(hào),,組成探測脈沖,。對于雙元紅外探測器,其雙元傳感器的平衡度,代表了探測器的抗干擾能力,,平衡度越好,,抗干擾的能力也越強(qiáng)。

  四元傳感器探測:探測器內(nèi)裝有四個(gè)對偶紅外傳感器,,兩個(gè)具有正靈敏度,,移動(dòng)的熱源使其產(chǎn)生正的信號(hào);兩個(gè)具有負(fù)靈敏度,,移動(dòng)熱源使其產(chǎn)生負(fù)的信號(hào),,兩兩正負(fù)相接。探測器設(shè)計(jì)成只有每部分都探測到信號(hào)時(shí)才觸發(fā)報(bào)警,。由于老鼠一類的小動(dòng)物,,體積較小,移動(dòng)時(shí)僅能觸發(fā)其中一,、二部分元件產(chǎn)生信號(hào),,因而不會(huì)引起報(bào)警;而人體積較大,,容易滿足這一條件,。因此,四元紅外探測器對防寵物誤報(bào)有較好的效果,。

  傳感器陣列探測:采用八個(gè)獨(dú)立紅外傳感器,,按陣列式處理,每個(gè)傳感器均都具有真實(shí)移動(dòng)識(shí)別人體的功能,。傳感器陣列接收到的信號(hào),,統(tǒng)一進(jìn)行比較處理,以此來準(zhǔn)確區(qū)分人體移動(dòng)信號(hào)或是環(huán)境其它因素產(chǎn)生的干擾信號(hào),。

  智能判斷技術(shù)

  智能判斷:內(nèi)部加裝微處理器芯片,,運(yùn)用模糊數(shù)學(xué)等原理,對信號(hào)的周期,、振幅,、持續(xù)時(shí)間、極性進(jìn)行分析,。通過對人與動(dòng)物反射頻譜的大量分析,,建立內(nèi)容豐富的識(shí)別數(shù)據(jù)庫,比較人活動(dòng)與其它因素引起變化模式的區(qū)別,,來確定是否報(bào)警,,以提高報(bào)警的正確性。

  方向判斷:方向探測功能是指探測器可以判別物體運(yùn)動(dòng)的方向,,只有符合預(yù)先指定方向的運(yùn)動(dòng)物體才會(huì)引起報(bào)警,。一般實(shí)現(xiàn)的方法是在探測器內(nèi)安裝2個(gè)傳感器,,根據(jù)其先后觸發(fā)的次序,來進(jìn)行判斷,,然后確定是否為入侵,。比如人由室外進(jìn)入到室內(nèi)可觸發(fā)報(bào)警,由室內(nèi)走出室外則不會(huì)報(bào)警,。

  無線系統(tǒng)技術(shù)

  滾動(dòng)碼技術(shù):滾動(dòng)碼是在傳輸代碼之前采用了先進(jìn)的非線性位加密技術(shù),,產(chǎn)生具有極高保密性的滾動(dòng)編碼。每一次發(fā)送的代碼都是唯一的,、不規(guī)則的,、且不重復(fù),使得任何通過非法捕捉和掃描跟蹤等破譯手段都難以實(shí)現(xiàn),,其主要優(yōu)點(diǎn)是安全性好,。目前采用的滾動(dòng)碼通信集成電路,將序列號(hào),、加密密鑰及同步計(jì)數(shù)值等數(shù)據(jù)綷-加密后,,產(chǎn)生了32位高度保密的滾動(dòng)碼。其中16位同步計(jì)數(shù)值每次傳輸后都要更新,,所以加密出來的數(shù)據(jù)每次都不同,,并且在不知道密鑰的情況下,從以前的密碼中也無法推知后續(xù)的密碼,。32位的密碼再加上34位的明碼會(huì)被遙控器一起發(fā)送出去,,這樣的組合達(dá)到了7千億億之多,一般情況下,,無法被破解,。

  擴(kuò)頻通信技術(shù):在無線抗干擾技術(shù)中,可以包括很多手段,,如高頻自適應(yīng)抗干擾技術(shù),、高速跳頻技術(shù)、超窄帶技術(shù)等,,但由于成本和體積的限制,,真正已用到無線探測器的是頻譜擴(kuò)展技術(shù),簡稱為擴(kuò)頻技術(shù),。其工作原理是將把通信信號(hào)隱藏在噪聲之中,,采用很寬的頻帶形成偽噪聲通信,只要對功率進(jìn)行有效的控制,,就可以對合成噪聲的波形實(shí)施編碼和解碼,,因此也稱為偽噪聲通信。這種技術(shù),,有很強(qiáng)的抗干擾能力,。

  探測器的防護(hù)

  防遮檔:為了防止人為的將被動(dòng)紅外探測器屏蔽,,使其失效,一般的方法是在被動(dòng)紅外探測器中,,加入主動(dòng)紅外探測功能,若在幾十厘米之內(nèi),,有遮檔現(xiàn)象,,發(fā)射的紅外光將反射回探測器內(nèi),使其報(bào)警,。

  防噴膠" title="噴膠">噴膠:防噴膠與防遮擋有相似之處,,都需加短距離的主動(dòng)紅外探測。當(dāng)探測器表面被噴膠后,,會(huì)使透鏡的折射系數(shù)產(chǎn)生變化,,從而引起主動(dòng)紅外能量的反射,返回探測器內(nèi),,引起報(bào)警,。

  防砸:在探測器內(nèi)裝有震動(dòng)傳感器,惡意破壞時(shí)會(huì)觸發(fā)震動(dòng)傳感器,,引發(fā)報(bào)警,。

  PCB設(shè)計(jì)和生產(chǎn)工藝

  表面貼片技術(shù):采用表面貼片(SMD)技術(shù),縮短引線產(chǎn)生的寄生電抗(包括寄生電感,、寄生電容和寄生電導(dǎo)等),,此工藝可以較好地改善探測器的防射頻干擾能力。

  電路板設(shè)計(jì):適當(dāng)安排電路板的布線,,尤其注意地線的布設(shè),,可以明顯地減少外界電磁干擾、電涌對探測器的影響,。

  結(jié)束語

  探測器采用的技術(shù)還有不少,,如與微波探測或空氣振動(dòng)探測相接合的雙鑒探測,因探測原理不同而產(chǎn)生的量子型紅外探測等等,,本文難以全部包攬,。因篇幅有限,對涉及到的一些技術(shù)原理,,也無法講深講透,,用意是讓使用者有初步的了解,以便正確地選擇和應(yīng)用,。

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