【特別推薦】探測(cè)器原理大全

1、探測(cè)器原理大全(2) 激光入侵探測(cè)器激光與一般光源相比有如下特點(diǎn)：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(kuò)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(gè)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(yáng)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(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)度為幾個(gè)毫米。單色光源氦-86燈，=6057Å，相干長(zhǎng)度m=；而氦氖激光器= 6328Å，m=40km。按激光器的工作物質(zhì)來(lái)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(dǎo)體激光器：它的工作物質(zhì)是半導(dǎo)體

3、材料，如砷化鎵。激光探測(cè)器與主動(dòng)紅外式探測(cè)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(dāng)有入侵目標(biāo)出現(xiàn)在警戒線上，激光束被遮擋，接收機(jī)接收狀態(tài)發(fā)生變化，從而產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)。激光探測(cè)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(cè)器的作用距離，應(yīng)增大激光源的發(fā)射光率，增加光學(xué)系統(tǒng)的透過(guò)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(cè)器十分適用于遠(yuǎn)距離的線控報(bào)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(lái)封鎖場(chǎng)地的四周，或封鎖幾個(gè)主要通道路口。激光探測(cè)器采用半導(dǎo)體激光器的波長(zhǎng)在紅外線波段時(shí)，處于不可見(jiàn)范圍，便于隱蔽，不易被犯罪分子所發(fā)現(xiàn)。激光探測(cè)器采用脈沖調(diào)制，抗干擾能力較強(qiáng)，其穩(wěn)定性能好，一般不會(huì)因機(jī)器本身而產(chǎn)生誤報(bào)，如果采用雙光路系統(tǒng)，可靠性更會(huì)大大提高。3面型入侵探測(cè)器面型入侵探測(cè)器的警戒范圍為一個(gè)面。當(dāng)警戒面上出現(xiàn)入侵目標(biāo)時(shí)即能發(fā)出報(bào)警信號(hào)。振動(dòng)式或感應(yīng)式報(bào)警探測(cè)器常被用做面報(bào)警探測(cè)器，例如把用做點(diǎn)報(bào)警探測(cè)器

5、的振動(dòng)探測(cè)器安裝在墻面或玻璃上，或安裝在某一要求保護(hù)的鐵絲網(wǎng)或隔離網(wǎng)上，當(dāng)入侵者觸及時(shí)網(wǎng)發(fā)生振動(dòng)，探測(cè)器即能發(fā)生報(bào)警信號(hào)。面型入侵探測(cè)器更多的是使用電磁感應(yīng)探測(cè)器。電場(chǎng)畸變探測(cè)器是一種電磁感應(yīng)探測(cè)器，當(dāng)目標(biāo)侵入防范區(qū)域時(shí)，引起傳感器線路周圍電磁場(chǎng)分布的變化，我們把能響應(yīng)這畸變并進(jìn)入報(bào)警狀態(tài)的裝置稱為電場(chǎng)畸變探測(cè)器。這種電場(chǎng)畸變探測(cè)器有平行線電場(chǎng)畸變探測(cè)器、泄漏電纜電場(chǎng)畸變探測(cè)器。(1) 平行線電場(chǎng)畸變?nèi)肭痔綔y(cè)器平行線電場(chǎng)畸變?nèi)肭痔綔y(cè)器是由傳感器線支撐桿、跨接件和傳感器電場(chǎng)信號(hào)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(dǎo)線中一部分是場(chǎng)線，它們與振蕩頻率為1k

6、Hz40kHz的信號(hào)發(fā)生器相連接，工作時(shí)場(chǎng)線向周圍空間輻射電磁場(chǎng)能量。另一部分線為感應(yīng)線，場(chǎng)線輻射的電磁場(chǎng)在感應(yīng)線上產(chǎn)生感應(yīng)電流。當(dāng)入侵者靠近或穿越平行導(dǎo)線時(shí)，就會(huì)改變周圍電磁場(chǎng)的分布狀態(tài)，相應(yīng)地使感應(yīng)線中的感應(yīng)電流發(fā)生變化，由接收信號(hào)處理器分析后發(fā)出報(bào)警信號(hào)。傳感器線通過(guò)跨接件固定在支撐桿上?？缃蛹嫌刑胤N鋼彈簧片，一方面可以拉緊傳感器線，另一方面可使探測(cè)區(qū)內(nèi)有連接的電磁場(chǎng)，沒(méi)有盲區(qū)。信號(hào)發(fā)生、接收器安裝在中間支撐桿上。平行線電場(chǎng)畸變?nèi)肭痔綔y(cè)器主要用于戶外周界報(bào)警。通常沿著防范周界安裝數(shù)套電場(chǎng)探測(cè)器，組成周界防范系統(tǒng)。信號(hào)分析處理器常采用微處理器，信號(hào)分析處理程序可以分析出入侵者和小動(dòng)物引起

7、的場(chǎng)變化的不同，從而將誤報(bào)率降到了最低。(2) 泄漏電纜電場(chǎng)畸變?nèi)肭痔綔y(cè)器所謂泄露電纜是一種特制的同軸電纜，見(jiàn)圖2-11，其中心是銅導(dǎo)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(hù)層。當(dāng)電纜傳輸電磁能量時(shí)，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(zhǎng)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(chǎng)畸變探測(cè)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(qiáng)信號(hào)發(fā)生器和接收器上就組成了泄漏電纜入侵探測(cè)器。當(dāng)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(guò)泄漏孔向

8、空間輻射時(shí)，在電纜周圍形成空間電磁場(chǎng)，同時(shí)與發(fā)射電纜平行的接收電纜通過(guò)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(dāng)入侵者進(jìn)入探測(cè)區(qū)時(shí)，使空間電磁場(chǎng)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(gè)變化量就是入侵信號(hào)，經(jīng)過(guò)分析處理后可使報(bào)警器動(dòng)作。泄漏電纜探測(cè)器可全天候工作，抗干擾能力強(qiáng)，誤報(bào)漏報(bào)率都較低，適用于高保安，長(zhǎng)周界的安全防范場(chǎng)所。(3) 振動(dòng)傳感電纜型入侵探測(cè)器這種入侵探測(cè)器是在一根塑料護(hù)套內(nèi)裝有三芯導(dǎo)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(zhǎng)度的的電

9、纜構(gòu)成一個(gè)防區(qū)。每?jī)蓚€(gè)或四個(gè)、六個(gè)防區(qū)共用一個(gè)控制器（稱為多通道控制器），由控制器將各防區(qū)的報(bào)警信號(hào)傳送至控制中心。當(dāng)有入侵者觸動(dòng)網(wǎng)狀圍墻，破壞網(wǎng)狀圍墻等行為使其震動(dòng)并達(dá)到一定強(qiáng)度時(shí)（安裝時(shí)強(qiáng)度可調(diào)，以確定其報(bào)警靈敏度），就會(huì)產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)。這種入侵探測(cè)器精度極高，漏報(bào)率為零，誤報(bào)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(chǎng)示意圖(4) 電子圍欄式入侵探測(cè)器電子圍欄式入侵探測(cè)器也是一種用于周界防范的探測(cè)器。它由三大部分組成，即脈沖電壓發(fā)生器、報(bào)警信號(hào)檢測(cè)器以及前端的電圍欄，其系統(tǒng)原理框圖如圖2-14所示。當(dāng)有

10、入侵者入侵時(shí)，觸碰到前端的電子圍欄或試圖剪斷前端的電子圍欄，都會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。這種探測(cè)器的電子圍欄上的裸露導(dǎo)線，接通由脈沖電壓發(fā)生器發(fā)出的高達(dá)1萬(wàn)伏的脈沖電壓（但能量很小，一般在4焦耳以下，對(duì)人體不會(huì)構(gòu)成生命危害），所以即使入侵者戴上絕緣手套，也會(huì)產(chǎn)生脈沖感應(yīng)信號(hào)，使其報(bào)警。這種電子圍欄如果使用在市區(qū)或來(lái)往人群多的場(chǎng)合時(shí)，安裝前應(yīng)事先征得當(dāng)?shù)毓驳炔块T的同意。(5) 微波墻式入侵探測(cè)器圖2-14 電子圍欄式入侵探測(cè)器微波墻式入侵探測(cè)器，主要也是用于周界防范。它類似主動(dòng)紅外對(duì)射式入侵探測(cè)器的工作方式，不同的是用于探測(cè)的波束是微波而不是紅外線。另外，這種探測(cè)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(cè)器原理圖這種探測(cè)器在使用時(shí)，應(yīng)注意使墻式微波波束控制在防范區(qū)域內(nèi)，不向外擴(kuò)展，以免引起誤報(bào)。另外，在防范區(qū)域（波束）內(nèi)，不應(yīng)有花草樹木等物體，以免當(dāng)有風(fēng)吹動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生誤報(bào)。4空間入侵探測(cè)器空間入侵探測(cè)器是指警戒范圍是一個(gè)空間的報(bào)警器。當(dāng)這個(gè)警戒空間任意處的警戒狀態(tài)被破壞，即發(fā)生報(bào)警信號(hào)。聲入侵探測(cè)器和微波入侵探測(cè)器以及被動(dòng)紅外探測(cè)器等都屬于空間入侵探測(cè)器。(1) 聲入侵探測(cè)器聲入侵探測(cè)器是常用的空間防范探測(cè)器。通常將探測(cè)說(shuō)話、走路等聲響的裝置稱聲控探測(cè)器。當(dāng)探測(cè)物體被破壞（如打碎玻璃、鑿墻、鋸鋼筋）時(shí)，發(fā)生

12、固有聲響的裝置稱為聲發(fā)射探測(cè)器。 聲控入侵探測(cè)器聲控探測(cè)器是用聲傳感器把聲音信號(hào)變成電信號(hào)，經(jīng)前置放大送報(bào)警控制器處理后發(fā)出報(bào)警處理信號(hào)，也可將報(bào)警信號(hào)經(jīng)放大推動(dòng)喇叭和錄音機(jī)，以便監(jiān)聽(tīng)和錄音。駐極體傳感器被廣泛地應(yīng)用在聲控探測(cè)器中。在聲控探測(cè)器中使用的駐極體送話器由一個(gè)金屬極板蒙上機(jī)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(yīng)的原理，與駐極體相對(duì)著的金屬板上就會(huì)感應(yīng)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(chǎng)。在聲波作用下，駐極體箔發(fā)生運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生位移，在電容極板上感應(yīng)出電壓。駐極體送話器的頻率響應(yīng)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(qiáng)成正比，送話器的輸出電壓僅與聲強(qiáng)有關(guān)，而與頻率無(wú)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(cè)器聲發(fā)射探測(cè)器是監(jiān)控某一頻帶的聲音發(fā)出報(bào)警信號(hào)，而對(duì)其它頻帶的聲音信號(hào)不予響應(yīng)。主要監(jiān)控玻璃破碎聲、鑿墻、鋸鋼筋聲等入侵時(shí)的破壞行為所發(fā)出的聲音，玻璃破碎聲發(fā)射探測(cè)器通常也用駐極體傳話器作聲電傳感器。當(dāng)玻璃破碎時(shí)，發(fā)出的破碎聲由多種頻率的聲響構(gòu)成。據(jù)測(cè)定，主要頻率為10kHz15kHz高頻聲響信號(hào)。當(dāng)錘子打擊墻壁、天花板的磚、混凝土?xí)r會(huì)產(chǎn)生一個(gè)頻率為1kHz左右的衰減信號(hào)，大約持續(xù)5ms；據(jù)鋼筋時(shí)產(chǎn)生頻率約3.5kHz、持續(xù)時(shí)間約1

14、5ms的聲音信號(hào)。采用帶通濾波器濾去高于或低于探測(cè)聲信號(hào)的干擾信號(hào)，經(jīng)放大后產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)。 次聲入侵探測(cè)器次聲為頻率很低的音頻信號(hào)。探測(cè)器的工作原理與聲發(fā)射探測(cè)器相同，不過(guò)采用低通濾波器濾去高頻和中頻音頻信號(hào)，而放大次低頻信號(hào)報(bào)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(qiáng)度、氣壓等均有一定差異，一個(gè)人想闖入就要破壞這空間屏障，如打開(kāi)門窗、打碎玻璃、鑿墻開(kāi)洞等，由于室內(nèi)外的氣壓差，在缺口處產(chǎn)生氣流擾動(dòng)，發(fā)出一個(gè)次聲；另外由于開(kāi)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(kuò)散，先后傳入次聲探測(cè)器，只有當(dāng)

15、這二次聲強(qiáng)度達(dá)到一定閾值后才能報(bào)警，所以只要外部屏障不被破壞，在覆蓋區(qū)域內(nèi)部開(kāi)關(guān)門窗，移動(dòng)家俱，人員走動(dòng)，都低于閾值，不會(huì)報(bào)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(cè)器都會(huì)導(dǎo)致誤報(bào)。 超聲波入侵探測(cè)器所謂超聲波是指頻率在20kHz以上的音頻信號(hào)，這種音頻信號(hào)人的耳朵是聽(tīng)不到的。超聲波探測(cè)器是利用超聲波技術(shù)構(gòu)造的探測(cè)器，通常分為多普勒式超聲波探測(cè)和超聲波聲場(chǎng)型探測(cè)器兩種。多普勒式超聲波探測(cè)器是利用超聲對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)產(chǎn)生的多普勒效應(yīng)構(gòu)成的報(bào)警裝置。通常，多普勒式超聲波探測(cè)器是將超聲波發(fā)射器與接收器裝在一個(gè)裝置內(nèi)。所謂多普勒效應(yīng)是指在輻射源（超聲波發(fā)生器）與探測(cè)目標(biāo)之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，接收的回

16、波信號(hào)頻率會(huì)發(fā)生變化。如圖2-16所示，設(shè)超聲波發(fā)射接收器發(fā)射的信號(hào)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(hào)的初始相位。那么當(dāng)發(fā)射接收器與目標(biāo)間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，經(jīng)目標(biāo)反射后超聲波發(fā)射接收器接收到的回波信號(hào)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(biāo)之間所需的時(shí)間，設(shè)目標(biāo)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(shí)刻目標(biāo)與發(fā)射接收器的距離，vr為目標(biāo)與發(fā)射接收器相對(duì)運(yùn)動(dòng)的徑向速度。回波的角頻率為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(jiàn)目標(biāo)以徑向速度vr向發(fā)射接收器運(yùn)動(dòng)，使接收到的信號(hào)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(yīng)，fd稱為多譜勒頻率。當(dāng)目標(biāo)背向探測(cè)器運(yùn)動(dòng)時(shí)，r為負(fù)值，則所接收的回波信號(hào)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(lái)的超聲能量，并不斷的與發(fā)射波的頻率加以比較。當(dāng)室內(nèi)沒(méi)有移動(dòng)物體時(shí)，反射波與發(fā)射波的頻率相同，不報(bào)警；當(dāng)入侵者在探測(cè)區(qū)內(nèi)移動(dòng)時(shí)，超聲反射波會(huì)產(chǎn)生大約±100Hz多普勒頻移

18、，接收機(jī)檢測(cè)出發(fā)射波與反射波之間的頻率差異后，即發(fā)出報(bào)警信號(hào)。圖2-16 多譜勒效應(yīng)示意圖場(chǎng)型超聲波入侵探測(cè)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(gè)角落。由于多次反射，室內(nèi)的超聲波形成復(fù)雜的駐波狀態(tài)，有許多波腹點(diǎn)和波節(jié)點(diǎn)。波腹點(diǎn)能量密度大，波節(jié)點(diǎn)能量密度低，造成室內(nèi)超聲波能量分布的不均勻。當(dāng)沒(méi)有物體移動(dòng)時(shí)，超聲波能量處于一種穩(wěn)定狀態(tài)；當(dāng)改變室內(nèi)固定物體分布時(shí)，超聲能量的分布將發(fā)生改變。而當(dāng)室內(nèi)有一移動(dòng)物體時(shí)，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(hào)后，就能探測(cè)出移動(dòng)物體的存在，變化信號(hào)的幅度與超聲頻率和物體移動(dòng)的速度成正比。(2) 微波入侵探測(cè)器微波是一種頻率很高的無(wú)線電波，波長(zhǎng)很短，一般在0.001m1m之間,由于微波的波長(zhǎng)與一般物體的幾何尺寸相當(dāng),所以很容易被物體所反射。按工作原理微波入侵探測(cè)器可分為移動(dòng)型微波探測(cè)器和阻擋型微波探測(cè)器。 移動(dòng)型微波探測(cè)器移動(dòng)型微波探測(cè)器又稱多普勒式微波入侵探測(cè)器。其工作原理與多譜勒式超聲波探測(cè)器相同，只不過(guò)探測(cè)器發(fā)射和接收的是微波而不是超聲波。