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被动红外探测器技术浅谈_图文

被动红外探测器技术浅谈
被动红外探测器是入侵防盗报警系统中应用最为普遍的设备之一。 作为施工、维护人员,应该对这些技术有一定的了解,从而根据不 同的使用环境,有针对性地制定设计和施工方案。
■ 龚松茂

被动红外探测器是入侵防盗报警 系统中应用最为普遍的设备之一,自其 问世以来,所采用的技术不断发展,而 每种技术所针对的问题也不尽相同,有 的主要为了过滤白光,有的着眼于减少 高频干扰的影响,还有的专门解决小动 物活动造成的误报;还有的两种技术, 正好强调了互为对立的两个方面,如脉 冲计数技术和一步触发技术;有的两种 技术应用原理相反,结果却殊途同归, 如无线防盗系统中的扩频技术和超窄带 技术。作为报警服务行业的施工维护 和市场部门人员,应该对这些技术有一 定的了解,从而根据使用环境,有针对 性地制定设计和施工方案,达到量材使 用,减少误报的目的。笔者根据近几年 来国内实际安装较多的红外探测器型 号,将其采用的技术初步归纳为以下一 些类别。

长的光线,消除白光干扰。质量好的透 镜,可消除高达20000烛光强度的白光 干扰,相当于机场的跑道灯在2米处照 射时,探测器都不会引起误报。 双重屏蔽薄膜:在传感器前,加 贴特殊的传导滤光膜,称为双重屏蔽薄 膜。此膜的作用,一方面可减少阳光、 汽车前灯、荧光灯等光源的影响。当 早上或傍晚阳光照入室内时,照度可 达50000Lux,而采用此屏蔽后,光照 强度达到100000Lux也不会产生误报; 另一方面此薄膜还具有抗RF无线电频 率干扰的作用,使探测器具有20V/M 或30V/M的抗干扰能力。(20V/M相 当于10W的无线发射机距1米内不会产 生误报,30V/M相当于10W发射机距 30-50CM,不会发生误报。) 磁力保护继电器:该继电器可以 防无线电磁干扰和外力破坏。当探测器

改进光学系统
球形透镜:探测器在工作时,其 探测范围在上下、左右要张开一定的角 度。而在有效的探测范围内,其各向灵 敏度应尽量保证一致。为了改善探测扇 面的均匀特性,采用了球形透镜,使透 镜上每个探测区域的焦距保持一致,灵 敏度不变。 密封光学系统:在透镜和电路板 之间采用隔热塑料盒,将传感器置于密 封盒内,处于相对恒温的条件,可以减 少电路元器件发热引起的干扰;在传感 器周围采用碳黑海绵对白光进行吸收, 可减少外界白光干扰,同时也起到了防 尘、防潮、防小虫侵入的作用。 控制探测区域:采用幕帘、防宠 物镜面,避开小动物经常活动的范围, 对其活动的区域不予探测(如探测区域 高于地面一定距离),又不影响对入侵 人员的探测; 镜面调整缩放功能:由于房顶的 高度不同,对吸顶红外探测器的要求也 不同。通过调整旋转镜面,可改变焦距 和探测高度,以适应不同的环境要求。 红外反射聚焦:与红外传感器配

使用优质材料
选择镜面材料:改进菲涅尔透镜 所用的材料,使其具有很好的波长选择 特性。在容许人体所发出的红外光线通 过的同时,尽可能阻挡白光中其他波

附近有强磁场时,一般继电器外部缺乏 磁场屏蔽,可能无法正常工作,从而导 致探测器失效。采用磁力保护继电器, 外加的强磁场对继电器的工作不再产生 影响。

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套的光学系统有三种,即反射式、透射 式和折射式。其中反射式的灵敏度最 高,探测距离远。菲涅尔透镜属透射 式,灵敏度最低,折射式居中。菲涅尔 透镜体积小,密封容易,稳定性好,价 格较低,因此目前国内外多采用透射式 系统。但采用反射镜聚集红外能量,比 菲涅尔镜片更有效,因此探测器信号放 大电路的增益可以做得较低,信噪比更 高,能较好地防止干扰信号引起的误 报。有少数国外进口的被动红外探测器 使用了反射法聚焦,因而取得了较好的 防误报效果。

亮度和工作的时段,自动调整接收灵敏 度,确定日/夜不同的工作模式,可以 有效地防止白天强光干扰引起的误报。

较好地滤除电源中的杂波对电路造成的 干扰。电子滤波器需滤除的杂波主要是 50HZ/60HZ交流电频率及其谐波,从 而减少电源干扰引起的误报。

优化电路设计
探测器工作电压:工作电压范围 是探测器的基本参数,看似简单,却十 分重要。探测器工作电压取值掌握的一 条原则,即应低于控制主机的工作电 压。当交流电中断,系统靠备用电池工 作的情况下,供电电压将逐渐降低,如 果探测器工作电压设计范围较小,这时 主机尚能正常工作,探测器却已不能维

一步触发技术:主要用于没有干 扰(如密闭较好的地下室等)而灵敏度 要求很高的场合。在不增加误报的基础 上,应用这项技术,移动物体通过探测 区域,产生一个脉冲即可触发报警,反 应十分灵敏。 脉冲计数技术:菲涅尔透镜将探 测覆盖的范围分成一定数量的探测区, 当相邻两个区之间产生温度变化时, 触发一个脉冲信号。设置多脉冲启动方

温度补偿和光敏调整
温度补偿电路:被动红外探测器 探测的信号强弱与人体和环境温度的差 别有很大的关系,一般情况下,人的体 温与环境温度相差较多。当入侵者移动 时,传感器接收到红外的变化信号幅度 较大而触发报警;当环境温度与人体温 度接近时,入侵者在运动时传感器接收 到的红外变化信号幅度较小,这样有可 能由于信号小于触发阀值而不会报警, 因此,探测器需根据环境温度的变化, 对电路增益进行补偿。 常规的温度补偿是线性递增形, 即温度越高,补偿越大,当环境温度高 于人体温度时,过度的补偿显然是不合 理的,而且容易产生误报。较好的补偿 方法是采用抛物线形,使得探测器在比 较大的温度变化范围内,都能保持灵敏 度基本一致。 光敏调整:由于昼夜光照变化较 大,探测器如果昼夜工作,则白天与黑 夜的工作特性,会产生较大的变化。探 测器电路利用光敏电阻随光照变化而 阻值相应变化的特性,根据周围区域的 持正常状态,系统将持续地产生误报。 电源滤波:使用电子滤波器,能

式,在一定程度上可以减少因偶然原因 引起的误报。这种模式下,探测器通过 数字计数,计量入侵者从一开始所触发 扇区触发沿的个数,根据事先设置的数 字脉冲计数个数而触发报警信号。但这 种方式,会使灵敏度有所下降。 能量积聚技术:根据探测到的信 号强度,判断能量的大小,达到阀值 时,产生报警。小型物体由于覆盖面较 小,如只能占据镜面一个探测区的一部 分,或者在远、中、近几个探测区域只 占一个甚至不到一个区,因而产生的信 号强度达不到阀值要求,就不会产生报 警。 防高频干扰技术:当有高频干扰 时,干扰信号强度增加,若探测器触发 的阀值不变,信噪比随之下降,就容易 产生误报。采用防高频干扰技术后,探 测器的阀值会随着干扰信号的增强而相 应提高,使信噪比基本保持不变,从而 减少因高频干扰引起的误报。

多元探测技术
双元传感器探测:在一个探测器

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内,将两个传感器按一正一反的方式相 连,这样做的好处是,当环境温度、光 照或其它因素变化时,每个组件同时产 生相同的变化信号,但极性相反,互相 抵消。当有外部侵入时,红外源必定在 一个给定的时间段内出现在一个区,接 着出现在另一个区,两个组件相继发生 信号,组成探测脉冲。对于双元红外探 测器,其双元传感器的平衡度,代表了 探测器的抗干扰能力,平衡度越好,抗 干扰的能力也越强。 四元传感器探测:探测器内装有 四个对偶红外传感器,两个具有正灵敏 度,移动的热源使其产生正的信号,两 个具有负灵敏度,移动热源使其产生 负的信号,两两正负相接。探测器设计 成只有每部分都探测到信号时才触发报 警。由于老鼠一类的小动物,体积较 小,移动时仅能触发其中一、二部分元 件产生信号,因而不会引起报警;而人 体积较大,容易满足这一条件。因此, 四元红外探测器对防宠物误报有较好的 效果。 传感器阵列探测:采用八个独立 红外传感器,按阵列式处理,每个传感 器均都具有真实移动识别人体的功能。 传感器阵列接收到的信号,统一进行比 较处理,以此来准确区分人体移动信号 或是环境其它因素产生的干扰信号。

确定是否报警,以提高报警的正确性。 方向判断:方向探测功能是指探 测器可以判别物体运动的方向,只有符 合预先指定方向的运动物体才会引起报 警。一般实现的方法是在探测器内安装 2个传感器,根据其先后触发的次序, 来进行判断,然后确定否为入侵。比如 人由室外进入到室内可触发报警,由室 内走出室外不会报警。

通信。这种技术,有很强的抗干扰能 力。

探测器的防护
防遮档:为了防止人为的将被动 红外探测器屏蔽,使其失效,一般的方 法是在被动红外探测器中,加入主动红 外探测功能,若在几十公分之内,有遮 档现象,发射的红外光将反射回探测器 内,使其报警。

无线系统技术
滚动码技术:滚动码是在传输代 码之前采用了先进的非线性位加密技 术,产生具有极高保密性的滚动编码。 每一次发送的代码都是唯一的、不规则 的、且不重复,使得任何通过非法捕捉 和扫描跟踪等破译手段都难以实现。其 主要优点是安全性好,目前采用的滚动 码通信集成电路,将序列号、加密密钥 及同步计数值等数据经加密后,产生了 32位高度保密的滚动码。其中16位同步 计数值每次传输后都要更新,所以加密 出来的数据每次都不同,并且在不知道 密钥的情况下,从以前的密码中也无法 推知后续的密码。32位的密码再加上34 位的明码会被遥控器一起发送出去,这 样的组合达到了7千亿亿之多,一般情 况下,无法被破解。 扩频通信技术:在无线抗干扰技 术中,可以包括很多手段,如高频自适 应抗干扰技术、高速跳频技术、超窄带

防喷胶:防喷胶与防遮挡有相似 之处,都需加短距离的主动红外探测。 当探测器表面被喷胶后,会使透镜的折 射系数产生变化,从而引起主动红外能 量的反射,返回探测器内,引起报警。 防砸:在探测器内装有震动传感 器,恶意破坏时会触发震动传感器,引 发报警。

PCB设计和生产工艺
表面贴片技术:采用表面贴片 (SMD)技术,缩短引线产生的寄生 电抗(包括寄生电感、寄生电容和寄生 电导等),此工艺可以较好地改善探测 器的防射频干扰能力; 电路板设计:适当安排电路板的 布线,尤其注意地线的布设,可以明显 地减少外界电磁干扰、电涌对探测器的 影响。 探测器采用的技术还有不少,如 与微波探测或空气振动探测相接合的双 鉴探测,因探测原理不同而产生的量子 型红外探测等等,本文难以全部包揽。 因篇幅有限,对涉及到的一些技术原 理,也无法讲深讲透,用意是让使用 者有初步的了解,以便正确地选择和应 用。

智能判断技术
智能判断:内部加装微处理器芯 片,运用模糊数学等原理,对信号的周 期、振幅、持续时间、极性进行分析、 通过对人与动物反射频谱的大量分析, 建立内容丰富的识别数据库,比较人活 动与其它因素引起变化模式的区别,来

技术等,但由于成本和体积的限制, 真正已用到无线探测器的是频谱扩展技 术,简称为扩频技术。其工作原理是将 把通信信号隐藏在噪声之中,采用很宽 的频带形成伪噪声通信,只要对功率进 行有效的控制,就可以对合成噪声的波 形实施编码和解码,因此也称为伪噪声

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