【特別推薦】探測器原理大全

1、探測器原理大全(2) 激光入侵探測器激光與一般光源相比有如下特點：a方向性好，亮度高。一束激光的發(fā)散角可做到小于10-310-5弧度，即使在幾公里以外激光光束的直徑也僅擴展到幾毫米或幾厘米。由于激光光束發(fā)散角小，幾乎是一束平行光束，光束能聚集在一個很小的平面上，產(chǎn)生很大的光功率密度，其亮度很高。激光光源和其它光源的亮度比較：光源      亮度（w/Srcm2）電燈       470太陽表面 氦-氖激光 15M紅寶石激光 10億兆37億兆b激光的單色性和相干性好。激光是單一頻率的單色

2、光，如氦氖激光器的波長為6328Å，在其頻率范圍內(nèi)譜線寬度U=10-1Hz，而其他一般光的U = 107-109 Hz。光的相干性取決于其單色性。光的相干長度m與譜線寬度的關(guān)系是：m=c/U，其中c為光速。一般光源的相干長度為幾個毫米。單色光源氦-86燈，=6057Å，相干長度m=；而氦氖激光器= 6328Å，m=40km。按激光器的工作物質(zhì)來分，激光器可分為如下幾種：固體激光器：它的工作物質(zhì)為固體，如釹玻璃、紅寶石等。液體染料激光器：它的工作物質(zhì)為液體染料，如若丹明香豆素等。氣體激光器：它的工作物質(zhì)是二氧化碳、氦-氖、氮分子等。半導體激光器：它的工作物質(zhì)是半導體

3、材料，如砷化鎵。激光探測器與主動紅外式探測器有些相似，也是由發(fā)射器與接收器兩部分構(gòu)成。發(fā)射器發(fā)射激光束照射在接收器上，當有入侵目標出現(xiàn)在警戒線上，激光束被遮擋，接收機接收狀態(tài)發(fā)生變化，從而產(chǎn)生報警信號。激光探測器的作用距離：式中    P1激光功率；    QT光束發(fā)散角；    M 調(diào)制光速調(diào)制度；    SR接收面積；    PR接收到的功率。由上式可以看出，要提高探測器的作用距離，應增大激光源的發(fā)射光率，增加光學系統(tǒng)的透過率，減少發(fā)射裝置的

4、發(fā)散角，也可采用高靈敏的光電傳感器。激光具有高亮度，高方向性，所以激光探測器十分適用于遠距離的線控報警裝置。由于能量集中，可以在光路上加裝反射鏡，圍繞成光墻，從而可以用一套激光器來封鎖場地的四周，或封鎖幾個主要通道路口。激光探測器采用半導體激光器的波長在紅外線波段時，處于不可見范圍，便于隱蔽，不易被犯罪分子所發(fā)現(xiàn)。激光探測器采用脈沖調(diào)制，抗干擾能力較強，其穩(wěn)定性能好，一般不會因機器本身而產(chǎn)生誤報，如果采用雙光路系統(tǒng)，可靠性更會大大提高。3面型入侵探測器面型入侵探測器的警戒范圍為一個面。當警戒面上出現(xiàn)入侵目標時即能發(fā)出報警信號。振動式或感應式報警探測器常被用做面報警探測器，例如把用做點報警探測器

5、的振動探測器安裝在墻面或玻璃上，或安裝在某一要求保護的鐵絲網(wǎng)或隔離網(wǎng)上，當入侵者觸及時網(wǎng)發(fā)生振動，探測器即能發(fā)生報警信號。面型入侵探測器更多的是使用電磁感應探測器。電場畸變探測器是一種電磁感應探測器，當目標侵入防范區(qū)域時，引起傳感器線路周圍電磁場分布的變化，我們把能響應這畸變并進入報警狀態(tài)的裝置稱為電場畸變探測器。這種電場畸變探測器有平行線電場畸變探測器、泄漏電纜電場畸變探測器。(1) 平行線電場畸變?nèi)肭痔綔y器平行線電場畸變?nèi)肭痔綔y器是由傳感器線支撐桿、跨接件和傳感器電場信號發(fā)生接收裝置構(gòu)成，如圖2-10所示。傳感器是一些平行線（2條10條）構(gòu)成，在這些導線中一部分是場線，它們與振蕩頻率為1k

6、Hz40kHz的信號發(fā)生器相連接，工作時場線向周圍空間輻射電磁場能量。另一部分線為感應線，場線輻射的電磁場在感應線上產(chǎn)生感應電流。當入侵者靠近或穿越平行導線時，就會改變周圍電磁場的分布狀態(tài)，相應地使感應線中的感應電流發(fā)生變化，由接收信號處理器分析后發(fā)出報警信號。傳感器線通過跨接件固定在支撐桿上。跨接件上有特種鋼彈簧片，一方面可以拉緊傳感器線，另一方面可使探測區(qū)內(nèi)有連接的電磁場，沒有盲區(qū)。信號發(fā)生、接收器安裝在中間支撐桿上。平行線電場畸變?nèi)肭痔綔y器主要用于戶外周界報警。通常沿著防范周界安裝數(shù)套電場探測器，組成周界防范系統(tǒng)。信號分析處理器常采用微處理器，信號分析處理程序可以分析出入侵者和小動物引起

7、的場變化的不同，從而將誤報率降到了最低。(2) 泄漏電纜電場畸變?nèi)肭痔綔y器所謂泄露電纜是一種特制的同軸電纜，見圖2-11，其中心是銅導線，外面包圍著絕緣材料（如聚乙烯），絕緣材料外面用兩條金屬散層以螺旋方式交叉纏繞并留有孔隙。電纜最外面為聚乙烯保護層。當電纜傳輸電磁能量時，屏蔽層的空隙處便將部分電磁能量向外輻射。為了使電纜在一定長度范圍內(nèi)能夠均勻地向空間泄漏能量，電纜空隙的尺寸大小是沿電纜變化的。圖2-10 平行線電場畸變探測器圖2-11 泄漏電纜結(jié)構(gòu)示意圖把平行安裝的兩根泄漏電纜分別接到高強信號發(fā)生器和接收器上就組成了泄漏電纜入侵探測器。當發(fā)生器產(chǎn)生的脈沖電磁能量沿發(fā)射電纜傳輸并通過泄漏孔向

8、空間輻射時，在電纜周圍形成空間電磁場，同時與發(fā)射電纜平行的接收電纜通過泄漏孔接收空間電磁能量并沿電纜送入接收器，泄漏電纜可埋入地下，如圖示2-12所示。當入侵者進入探測區(qū)時，使空間電磁場的分布狀態(tài)發(fā)生變化，因而接收電纜收到的電磁能量發(fā)生變化，這個變化量就是入侵信號，經(jīng)過分析處理后可使報警器動作。泄漏電纜探測器可全天候工作，抗干擾能力強，誤報漏報率都較低，適用于高保安，長周界的安全防范場所。(3) 振動傳感電纜型入侵探測器這種入侵探測器是在一根塑料護套內(nèi)裝有三芯導線的電纜兩端，分別接上發(fā)送裝置與接收裝置，并將電纜波浪狀或呈其它曲折形狀固定在網(wǎng)狀的圍墻上（如圖2-13所示）。用這樣有一定長度的的電

9、纜構(gòu)成一個防區(qū)。每兩個或四個、六個防區(qū)共用一個控制器（稱為多通道控制器），由控制器將各防區(qū)的報警信號傳送至控制中心。當有入侵者觸動網(wǎng)狀圍墻，破壞網(wǎng)狀圍墻等行為使其震動并達到一定強度時（安裝時強度可調(diào)，以確定其報警靈敏度），就會產(chǎn)生報警信號。這種入侵探測器精度極高，漏報率為零，誤報率幾乎為零。且可全天候使用（不受氣候的影響）。它特別適合圍網(wǎng)狀的周界圍墻（即采用鐵網(wǎng)構(gòu)成的圍墻）使用。圖2-12 泄漏電纜產(chǎn)生空間場示意圖(4) 電子圍欄式入侵探測器電子圍欄式入侵探測器也是一種用于周界防范的探測器。它由三大部分組成，即脈沖電壓發(fā)生器、報警信號檢測器以及前端的電圍欄，其系統(tǒng)原理框圖如圖2-14所示。當有

10、入侵者入侵時，觸碰到前端的電子圍欄或試圖剪斷前端的電子圍欄，都會發(fā)出報警信號。這種探測器的電子圍欄上的裸露導線，接通由脈沖電壓發(fā)生器發(fā)出的高達1萬伏的脈沖電壓（但能量很小，一般在4焦耳以下，對人體不會構(gòu)成生命危害），所以即使入侵者戴上絕緣手套，也會產(chǎn)生脈沖感應信號，使其報警。這種電子圍欄如果使用在市區(qū)或來往人群多的場合時，安裝前應事先征得當?shù)毓驳炔块T的同意。(5) 微波墻式入侵探測器圖2-14 電子圍欄式入侵探測器微波墻式入侵探測器，主要也是用于周界防范。它類似主動紅外對射式入侵探測器的工作方式，不同的是用于探測的波束是微波而不是紅外線。另外，這種探測器的波束更寬、呈扁平狀、象一面墻壁的形狀

11、，所以防范的面積更大。其安裝后構(gòu)成的原理框圖如圖2-15所示。圖2-15 微波墻式入侵探測器原理圖這種探測器在使用時，應注意使墻式微波波束控制在防范區(qū)域內(nèi)，不向外擴展，以免引起誤報。另外，在防范區(qū)域（波束）內(nèi)，不應有花草樹木等物體，以免當有風吹動時，產(chǎn)生誤報。4空間入侵探測器空間入侵探測器是指警戒范圍是一個空間的報警器。當這個警戒空間任意處的警戒狀態(tài)被破壞，即發(fā)生報警信號。聲入侵探測器和微波入侵探測器以及被動紅外探測器等都屬于空間入侵探測器。(1) 聲入侵探測器聲入侵探測器是常用的空間防范探測器。通常將探測說話、走路等聲響的裝置稱聲控探測器。當探測物體被破壞（如打碎玻璃、鑿墻、鋸鋼筋）時，發(fā)生

12、固有聲響的裝置稱為聲發(fā)射探測器。 聲控入侵探測器聲控探測器是用聲傳感器把聲音信號變成電信號，經(jīng)前置放大送報警控制器處理后發(fā)出報警處理信號，也可將報警信號經(jīng)放大推動喇叭和錄音機，以便監(jiān)聽和錄音。駐極體傳感器被廣泛地應用在聲控探測器中。在聲控探測器中使用的駐極體送話器由一個金屬極板蒙上機械張緊的駐極體箔（約10µM），駐極體箔與金屬板之間構(gòu)成一只電容。根據(jù)靜電感應的原理，與駐極體相對著的金屬板上就會感應出大小相等、方向相反的電荷。駐極體電荷在空隙中形成靜電場。在聲波作用下，駐極體箔發(fā)生運動，產(chǎn)生位移，在電容極板上感應出電壓。駐極體送話器的頻率響應范圍主要取決于送話器的結(jié)構(gòu)。在此頻率范圍內(nèi)

13、，駐極體箔的位移與所加的聲強成正比，送話器的輸出電壓僅與聲強有關(guān)，而與頻率無關(guān)，音頻駐極體送話器在20Hz15000Hz的頻率范圍內(nèi)有恒定的靈敏度。 聲發(fā)射入侵探測器聲發(fā)射探測器是監(jiān)控某一頻帶的聲音發(fā)出報警信號，而對其它頻帶的聲音信號不予響應。主要監(jiān)控玻璃破碎聲、鑿墻、鋸鋼筋聲等入侵時的破壞行為所發(fā)出的聲音，玻璃破碎聲發(fā)射探測器通常也用駐極體傳話器作聲電傳感器。當玻璃破碎時，發(fā)出的破碎聲由多種頻率的聲響構(gòu)成。據(jù)測定，主要頻率為10kHz15kHz高頻聲響信號。當錘子打擊墻壁、天花板的磚、混凝土時會產(chǎn)生一個頻率為1kHz左右的衰減信號，大約持續(xù)5ms；據(jù)鋼筋時產(chǎn)生頻率約3.5kHz、持續(xù)時間約1

14、5ms的聲音信號。采用帶通濾波器濾去高于或低于探測聲信號的干擾信號，經(jīng)放大后產(chǎn)生報警信號。 次聲入侵探測器次聲為頻率很低的音頻信號。探測器的工作原理與聲發(fā)射探測器相同，不過采用低通濾波器濾去高頻和中頻音頻信號，而放大次低頻信號報警。房屋通常由墻天花板、門、窗、地板同外界隔離。由于房屋里外環(huán)境不同，強度、氣壓等均有一定差異，一個人想闖入就要破壞這空間屏障，如打開門窗、打碎玻璃、鑿墻開洞等，由于室內(nèi)外的氣壓差，在缺口處產(chǎn)生氣流擾動，發(fā)出一個次聲；另外由于開門、碎窗、破墻產(chǎn)生加速度，則內(nèi)表面空氣被壓縮產(chǎn)生另一次聲，而這二次聲頻率大約為1Hz左右。兩種次聲波在室內(nèi)向四周擴散，先后傳入次聲探測器，只有當

15、這二次聲強度達到一定閾值后才能報警，所以只要外部屏障不被破壞，在覆蓋區(qū)域內(nèi)部開關(guān)門窗，移動家俱，人員走動，都低于閾值，不會報警。但是這種特定環(huán)境下如果采用其它超聲、微波或紅外探測器都會導致誤報。 超聲波入侵探測器所謂超聲波是指頻率在20kHz以上的音頻信號，這種音頻信號人的耳朵是聽不到的。超聲波探測器是利用超聲波技術(shù)構(gòu)造的探測器，通常分為多普勒式超聲波探測和超聲波聲場型探測器兩種。多普勒式超聲波探測器是利用超聲對運動目標產(chǎn)生的多普勒效應構(gòu)成的報警裝置。通常，多普勒式超聲波探測器是將超聲波發(fā)射器與接收器裝在一個裝置內(nèi)。所謂多普勒效應是指在輻射源（超聲波發(fā)生器）與探測目標之間有相對運動時，接收的回

16、波信號頻率會發(fā)生變化。如圖2-16所示，設超聲波發(fā)射接收器發(fā)射的信號為：U = Um Sin(ot+jo)式中，o為發(fā)射超聲波的角頻率，o=2fo，jo為發(fā)射信號的初始相位。那么當發(fā)射接收器與目標間有相對運動時，經(jīng)目標反射后超聲波發(fā)射接收器接收到的回波信號為：Ur= Um Sino(t-tr)+jo=Um Sinjj式中，tr為超聲波往返于超聲波發(fā)射接收器和目標之間所需的時間，設目標與發(fā)射接收器之間的距離為S(t)，超聲波的速度為c，則有tr=2S(t)/c且S(t)= So-vrt式中，So為初始時刻目標與發(fā)射接收器的距離，vr為目標與發(fā)射接收器相對運動的徑向速度?；夭ǖ慕穷l率為r=d/dt

17、=o(1+2vr/c)也可寫成fr=f0(1+2vr/c)= f0+fdfd=(2vr/c)f0由此可見目標以徑向速度vr向發(fā)射接收器運動，使接收到的信號頻率不再是發(fā)射頻率fo，而是fo+fd，這種現(xiàn)象稱多譜勒效應，fd稱為多譜勒頻率。當目標背向探測器運動時，r為負值，則所接收的回波信號頻率為fo-fd。超聲波發(fā)射器發(fā)射25kHz40kHz的超聲波充滿室內(nèi)空間，超聲波接收器接收從墻壁、天花板、地板及室內(nèi)其它物體反射回來的超聲能量，并不斷的與發(fā)射波的頻率加以比較。當室內(nèi)沒有移動物體時，反射波與發(fā)射波的頻率相同，不報警；當入侵者在探測區(qū)內(nèi)移動時，超聲反射波會產(chǎn)生大約±100Hz多普勒頻移

18、，接收機檢測出發(fā)射波與反射波之間的頻率差異后，即發(fā)出報警信號。圖2-16 多譜勒效應示意圖場型超聲波入侵探測器是將發(fā)射器和接收器分別安裝在不同位置。超聲波在密閉的房間內(nèi)經(jīng)固定物體（如墻、地板、天花板、家具）多次反射，布滿各個角落。由于多次反射，室內(nèi)的超聲波形成復雜的駐波狀態(tài)，有許多波腹點和波節(jié)點。波腹點能量密度大，波節(jié)點能量密度低，造成室內(nèi)超聲波能量分布的不均勻。當沒有物體移動時，超聲波能量處于一種穩(wěn)定狀態(tài)；當改變室內(nèi)固定物體分布時，超聲能量的分布將發(fā)生改變。而當室內(nèi)有一移動物體時，室內(nèi)超聲能量發(fā)生連續(xù)變化，而接收器接收到這連續(xù)變化的信號后，就能探測出移動物體的存在，變化信號的幅度與超聲頻率和物體移動的速度成正比。(2) 微波入侵探測器微波是一種頻率很高的無線電波，波長很短，一般在0.001m1m之間,由于微波的波長與一般物體的幾何尺寸相當,所以很容易被物體所反射。按工作原理微波入侵探測器可分為移動型微波探測器和阻擋型微波探測器。 移動型微波探測器移動型微波探測器又稱多普勒式微波入侵探測器。其工作原理與多譜勒式超聲波探測器相同，只不過探測器發(fā)射和接收的是微波而不是超聲波。