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关于安防传感器的技术概要

时间:2011-06-30 17:48:33  来源:  作者:

 

冯士琴

公安部科技信息研究所●副研

    本文就几种有代表性的安防传感器说明传感器的特征、工作原埋、技术动向及施工中的注意事项。

一、安防传感器的种类

    如 "图-1入侵探测器的种类" (有代表性的传感方式、探测器)所示,这些都是根据设置场所、警戒区域等条件研制的各种各样的传感器。当然,在设计安防系统之际,需要在充分掌握传感器的规格、特征、性能等之后再选择探测器。

    关于警戒的思考方法,作为基本警戒线,大致由以下4种警戒线构成:

  • 建筑用场地的外围;
  • 建筑物的敞口部分;
  • 室内;
  • 对象警戒。

    在各种警戒线中,一般设置以下几种探测器:

  • 在建筑用场地的外围警戒时,大多设置"对向型红外线遮断探测器";
  • 在建筑物敞口部分警戒时,大多设置"磁接近开关"、"玻璃破坏探测器"和"百叶窗探测器";
  • 在室内警戒时,大多设置"被动型红外线探测器";
  • 对某一对象警戒时,大多设置 "被动型红外线探测器"、"玻璃破坏探测器"。

    以下就"对向型红外线遮断探测器"、"被动型红外线探测器"进行说明。

二、对向型红外线遮断探测器

2·1工作原理和特征

    在红外线方式的遮断探测器中,有对向型和反射型两种。从工作原理上来看,反射型遮断探测器在警戒距离超过10米时便不适用。要在建筑用场地的外围进行警戒,需要有较长的警戒距离,因此,都采用对向型。

    对向型红外线遮断探测器利用了近红外线领域(0.72-1.5μm)波长的红外线,但它比可见光的波长长,所以,在大气中衰减小,而且,它偏离可见光区域,因此,利用了在黑夜也不引人注目的特征。

2·2为了提高可靠性采取以下措施

    设置此种传感器的室外环境导致传感器误动作的因素比设在室外多,因此,应对下述各种外部干扰采取对策。

1.对于树叶、鸟等飞来物

    采用同时遮断几条光束的报警方式。即遮断一条光束时不报警,当同时遮断2条光束或者把4条光束当作一对光束同时遮断时才报警。采用这种方法可以防止因小动物飞来而发生误报的情况。

2.对于自然光源和人工光源

    如果太阳光、雷光等自然光源和水银灯、车头灯等人工光源照射到受光器上,那么,接收投射光的受光部,便使用经过特殊波形处埋的脉冲波形的红外线,对投光器发射的红外光进行频率识别,通过这种方法排除因其它不规则光造成的误报。

3.对于雾、雨等造成的衰减

    由于下雾或下雨等,使红外线发生不规则反射,因此,使受光灵敏度产生很大的剩余。具体来说,就是将通常的受光量切断75%,也能保持警戒。

    在距离方面,通常具有10—20倍左右的剩余。另外,在有霜、凝结水珠等明显令人担心的现场,由于放置了投受光器,因此,有的还在固定柱的红外线透射部分使用了按规定温度工作的加热器。

4.对干相互干扰

    在建筑用场地周围警戒时,由于多段警戒和长距离直线警戒,使投射的红外光进入另一警戒范围,从而造成的干扰成为误报、漏报的原因。对于这种情况,应该在改变各个投光器的调制频率后,由受光器进行识别。因此,要准备能够切换为几种频率的通道,并努力提高各个通道的隔离技术。

5.对于设置和施工现场

    对于有线施工非常困难的设置现场,可选择无线型。电源搭载太阳电池,白天由太阳电池给探测器供电和往蓄电池里充电,夜间或雨天等没有阳光照射时,由蓄电池供电。另外,由于不需要在投光受光器之间配线,因此,在投受光的红外线上,重叠构成了入侵信号、入侵场所 (机器地址)、电池异常、受光量减弱等信息。

2·3施工、维修时的注意事项

    1、在距离100米的地方,具有直径10米左右的广阔范围以及灵敏度的剩余,所以,适当调整投受光器的光轴,也能警戒。但是,由于下雾和下霜或者震动等原因,使光轴偏离时,则有可能发生误报。为此,在几乎所有的探测器上都搭载了瞄准功能和微调功能。所以,需要用眼睛确认和按照施工说明书确认受光水平,充分调整光轴,以使受光水平达到最高。

    2、设置的场所应避免因车辆等把脏水、海水溅到投受光器上,同时要分别依照不同的设置环境来决定是否设置。但是,在维修时,需要用柔软的布擦掉投受光器红外线透射部分的脏东西。

    3、避免设置在摇晃的、不稳定的场所、球等物体撞到的场所,牢牢地固定好设置柱,充分注意因震动造成光轴偏离的问题。

    4、必须注意影响警戒线上(遮挡红外线)的树木、花草等物,尤其是警戒线下面的草长高,挡住警戒线时,往往造成误报。因此,在维修时,也要对这一情况进行检查和处理。

    5、当进行几条直线警戒时,如上所述,对于因投光调制频率不同造成的通道隔离,要采取防止相互干扰、减少干扰的措施。但是,为了更好地提高可靠性,要尽量减少相互干扰造成的影响。应该认识到,设置在很难受到其它投射光影响的地方是最理想的。

(请参照例1)

    下图(a)、(b)两种设置方法都是可行的,而(b)是最理想的。

Tl---->Rl T2--->R2

---------------->

Tl的投射光进入了R2

    (a)

 

Tl---->Rl T2<----R2

Tl的投射光没有进入R2

    (b)

(例1)其它光进入的例子

 

反射好的建筑物

 

T1------->人    Rl

(例2)进入了自身反射的光

 

    6、上图是其它投光器投射的光进入另一警戒线的例子。如下面的 (例2)所示,当不得不设置在靠近容易反射的建筑物和墙壁的地方时,由于进入了自身反射的光,就有可能造成漏报。因此,要在警戒线上的几个地方通过人体遮挡来进行探测检查,当达到漏报的程度时,要边检查受光水平,边调整光轴。

三、被动型红外线探测器

3·1关于工作原理和特征

    这种探测器利用了热电器件,它能检测物体发射的lOμm近处远红外线领域波长的能量变化。它的工作原理是,把警戒的房屋背景温度与移动物体表面温度的差(变化)作为远红外线能量的变化,聚光在热电器件上,在这里放大和探测处理由光能转变为电能的信号。

    因为这种传感器除了人体之外,还把与背景温度不同的东西作为温度变化进行检测,所以,要充分认识到,这种传感器绝不仅仅是检测人体产生的温度变化的传感器。

    传感器的特征是,与红外线式、超声波式传感器那种需要投光、送波的主动型传感器相反,如上所述,它检测物体发射的光(热)的变化,所以,被称作被动型传感器。在实现了低耗电量的同时,若设置几台探测器,也不用担心同类传感器之间会发生干扰。在立体警戒中,有的用户利用多普勒效应的超声波式或电波式探测器。不过,被动型红外线探测器在工作原理方面与这些警戒范围仅限于椭圆型区域的传感器相反,通过受光的镜头或放射镜的光学配置,可以构成点形、球形、宽形、长形等各式各样的警戒区域。

3·2为了提高可靠性采取以下措施

    根据上述特征,现在,用于室内警戒的传感器,90%以上都采用这种被动型红外线探测器,但是,对于因工作原理造成的误报漏报,采取了下述有利于提高可靠性的措施。

1.由使用单一式或双式热电器件改为使用4个、8个等多个器件。对于因背景温度变化、其它不规则光等造成的同时向多个器件输入信号的情况,采用进行消除处理的误报解除技术。另外,还利用多个器件减少因老鼠等小动物造成的误报。

2.这种功能以排除任何瞬间的误报原因为目的,在一定时间内,只有检测出多个检测脉冲时才报警。一般情况下,探测区域由几条线形警戒区(敏感光带)构成,入侵者在警戒范围内要通过几条感光带时才有效。因此,也有的设定2—6个脉冲。

3.灵敏度自动调整功能

    夏天,背景温度与人体表面温度之间的差别较小,考虑到探测灵敏度下降的问题,有的探测器可以根据周围温度情况,自动调整探测灵敏度。

4.提高信息处理的精确度

    一般情况下,热电器件的信号输出为1个功率。不过,现在已研制出一种新的热电器件,即在一个热电器件中配置几个器件,能把一个个器件信号分别独立地取出来。利用这种新型器件,就可以根据一个个输出电平和时间差信息,按照独特的算法处理原则进行探测判断。有了这种高可靠性传感器,就能使误报漏报减少到最低程度。

5.反隐蔽功能

    白天,某些罪犯趁职工不在的空隙,用准备好的遮光物把探测器盖住,到夜间警戒时,传感器便不能报警。采用遮光的办法,使探测器成为不能探测的仪器。现在,己经研制出一种具有反隐蔽功能的传感器,可利用反射型红外线探测己被遮盖的情况,再发出异常报警。另外,还有的用这种装置对付遮盖探测器的行为。白天,在根据已经入场者的移动情况反复探测的地方,如果在一定时间内,探测信号不能输人时,收信机便作为异常发出警报。

6.其他

    热电器件本身产生误报的原因是,当周围温度变化时,输出了因陶瓷器件发生畸变而产生的噪声(爆破噪声)。对此,器件生产厂家进行了比以前更大幅度的改善,而且,在器件输出的处理中,通过上述脉冲计数功能、算法处理等技术防止发生误报。此外,还开发了该种传感器专用的各种 IC,努力提高可靠性和实现小型化。

    在安装方法方面,作为天花板用的装置,还研制了WT固定柱内部使用的传感器。

3·3施工、维修时的注意事项

    被动型红外线探测器的探测特性是,在横穿探测区域(敏感区域)方向,灵敏度高,而靠近或远离探测区域时的灵敏度则比较差。因此,要首先认清这一点,再决定安装位置。

    1.关于误报。从工作原理来看,由于是利用红外光温度变化的大小进行探测,所以,不适合安装在温度变化激烈的环境中和阳光、汽车等车头灯的直接光、或者大理石等反射产生的反射光等影响较大的场所。另外,在探测区域内,还要避开冷、暖气等设备。

    同样,对于有些探测器,还要考虑到小动物的影响,但是,对于探测区域内移动的物体和小动物,有时也能探测到,所以,还要排除这些因素。

    2.如果探测区域对着直接接触户外空气的玻璃、铁门等热传导很好的物体,同样,也会受到温度变化的影响。所以,必须注意错开探测区,或者把探测区遮挡住。

    被动型红外线探测器作为传感器用作安全防范装置时,从工作原理来看,原则上用于室内。但是以恐吓入侵者为目的,通过探测而使灯亮的探测器,大多用在房屋某一侧的外面。

    由于开发了充分利用被动型红外线传感器特征的技术,因此,这种传感器在室内警戒中占据了安防传感器的主导地位。同时,它还有各种用途,如前所述的用于恐吓和客人来访等。   

    据认为,今后安防传感器要向误报、漏报为零的方向发展,而且,还要实现智能化。

    要实现误报、漏报为零的目标,不仅需要充分了解传感器本身的可靠性,还要了解传感器的原理和特性,同时要认准各种传感器的规格,选择合适的传感器。

    应该按照各种探测器的使用说明书和施工说明书考虑安装现场的环境,对于施工、使用和维修等,也应进行充分研究和思考。

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