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1、入侵防范系统“入侵防范”,顾名思义是指如何防止犯罪分子非法侵入某一区域、建筑、单位或家庭,以保护人民的生命财产安全。由保安人员防范入侵是较原始的措施,但效果并不很抱负,这主要是由于需要保安人员具有高度责任心和较高的职业道德, 365天中稍一麻痹都可能给犯罪份子造成可乘之机。另外增加保安人员也会增加开支。承受技术手段构成的入侵防范系统则是指以电子技术、传感器技术和计算机技术为根底的安全技术防范系统,用上述技术与器材设备构成一个系统,以到达防入侵、防盗窃、防破坏等目的。入侵防范系统一旦安装调试完毕,只要维护保养得当,则极少有疏漏现象发生,而且一次投资常年受益,维护保养费用很低。正由于如此,入侵防范
2、技术已经取得了飞速地进展,并得到越来越广泛地推广和使用。入侵防范系统目前在重要的党政机关、军事单位、国防科研生产单位、重点文物单位、国家重点建设工程、银行金融系统、大型商场、库房和高档居民住宅都得到了广泛的使用。安装入侵防范系统首先会对犯罪分 子产生一种威慑作用,使其不敢轻易作案,其次一旦消灭了入侵、盗窃等犯罪活动,入侵防范系统能准时 觉察,准时报警,并能启动电视监控系统自动记录下犯罪现场以及犯罪分子的犯罪过程,为准时破案供给 牢靠的证据,从而能节约大量的人力、物力和财力。重要单位、要害部门安装多功能、多层次的入侵防范 系统后,大大削减了巡逻值班人员,既提高了入侵防范的牢靠性,又可削减开支。入
3、侵防范系统主要由防盗报警系统、出入口掌握系统、闭路电视监控系统、访客对讲系统和电子巡更系统等组成。防盗报警系统依报警方式不同分为自动报警和人工报警两种。所谓自动报警是指在建筑物内外的重要地点和区域布设探测装置,一旦非法入侵发生,则系统会自动检测到入侵大事并准时向有关人员报警;而人工报警是指电梯、楼道、现金柜台等处安装报警按钮,当人们觉察非法入侵或受到威逼时可手动报警。探测器是防盗报警系统的重要组成局部,安装在墙上、门窗上的振动探测器、玻璃裂开报警器和门磁开关等可有效探测罪犯的入侵,安装在楼内的运动探测器和红外探测器可感知人员在建筑物内的活动,用来保护财物、文物等贵重物品。防盗报警的另一任务就是
4、一旦有入侵报警发生,系统则会自动记录入侵的时间、地点,并启动电视监视系统对入侵现场进展录像。出入口掌握系统可对建筑物内外正常的出入通道进展治理,既可掌握人员的出入,也可掌握人员在搂内及其相关区域的行动,取代了保安人员、门锁和围墙的作用。在智能大厦中承受电子出入口掌握系统可以避开人员的疏忽、钥匙的丧失、被盗和复制。出入口掌握系统在大楼的入口处、金库门、档案室门、电梯等处安装磁卡识别器或者密码键盘,机要部位甚至承受指纹识别、眼纹识别、声音识别等唯一身份标识识别系统,以使在系统中被授权可以进入该系统的人进入,而其他人则不得入内。该系统可以将每天进入人员的身份、时间及活动记录下来,以备事后分析,而且不
5、需门卫值班人员,只需很少的人在掌握中心就可以掌握整个大楼内的全部出入口,节约了人员,提高了效率,也增加了保安效果。闭路电视监视系统是在重要场所安设摄像机,使保安人员在掌握中心即可监视整个大楼内外的状况。另外, 还可以在入侵警示信号发生后,通过自动报警部位的监视摄像机录下入侵现场状况,以便事后进展分析。以上三个系统是入侵防范的主要局部,而最近几年来访客对讲系统正在渐渐走入千家万户,访客对讲系统能为来访客人与居室中的仆人供给双向通话或可视 ,仆人可遥控大门的电磁开关请客人进入或向保安治理中心紧急报警。电子巡更系统是承受设定程序路径上的巡更开关或读卡器以监查保安人员是否依据预定的时间、地点和挨次在防
6、范区域内进展巡逻,可保障保安人员及大楼的安全。近来,入侵防范系统正在向综合化、智能化和集成化方向进展,以往上述各种入侵防范系统一般为各自独立的系统,而现在先进的入侵防范系统大多由一台计算机将各个系统集成为一个大的入侵防范系统,对大面积、多部位地区进展实时、多功能的监控,并对得到的信息进展准时的分析与处理,实现高度的安全防范目的。由于在入侵防范系统中电视监控系统是一个很大的系统,因此将在本书有关章节中加以特地阐述。本章将主要争论防盗报警系统。防盗报警系统的构成如图2-1所示,通常由探测器又称防盗报警器、传输通道和报警掌握器三局部构成。图2-1 防盗报警系统的构成入侵报警探测器是用来感知和探测入侵
7、者入侵时所发生的侵入动作和移动动作的设备。通常由传感器和信号处理器组成,简洁的探测器可以没有信号处理器。入侵者在实施入侵时总是要发出声响、产生振动波、阻断光路,对地面或某些物体产生压力,破坏原有温度场发出红外光等物理现象,传感器则是利用某些材料对这些物理现象的敏感性而将其转换为相应的电信号和电参量电压、电流、电阻、电容等,然后经过信号处理器放大、滤波、整形后成为有效的报警信号,并通过传输通道传给报警掌握器。信号传输通道是联系探测器和报警掌握器的信息通道,通常可分为无线信号通道和有线信号通道两种。无线信号通道要先将探测信号调制到专用的无线电频道由发送天线发出,报警掌握器或掌握中心和无线接收机先将
8、空中的无线信号接收后解调复原为报警信号进展处理。有线信号传输通道是利用双绞线、 线、电缆或光缆来传送信号,信号的方式一般有三种,模拟信号、开关信号和数字信号。模拟信号的传输距离受限较大,一般要求探测器和报警器之间的距离不行太长;开关信号是将入侵发生和未发生两个大事变为开关的接通和断开两种状态传送给掌握器;数字信号则是由探测器中的单片机系统将探测信号处理为数字信号,然后通过数据总线进展传输。报警掌握器的作用是对探测器传来的信号进展分析、推断和处理,当入侵报警发生时,它将接通声光报警信号震慑犯罪分子避开其实行进一步的侵入破坏;显示入侵部位以通知保安值班人员去做紧急处理;自动关闭和封锁相应通道;启动
9、电视监视系统中入侵部位和相关部位的摄像机对入侵现场监视并进展录像,以便事后进展备查与分析。除简洁系统外,一般报警掌握系统均由计算机及其附属设备构成。2.2 入侵报警探测器入侵报警探测器用来探测入侵者的入侵行为。需要防范入侵的地方可以是某些特定的部位,如门、窗、柜台、展览厅的展柜;或是条线,如边防线、戒备线、边界限;有时要求防范范围是个面,如仓库、重要建筑物的周界围网铁丝网或围本墙;有时又要求防范的是个空间,如档案室、资料室、武器室、贵重物品的展厅等,它不允许入侵者进入其空间的任何地方。因此入侵报警系统在设计时就应依据被防范场所的不同地理特征、外部环境及戒备要求选用适宜的探测器以到达安全防范的目
10、的。入侵探测器应有防拆、防破坏等保护功能。当入侵者企图拆开外壳或信号传输线断路、短路或接其它负载时,探测器应能发出报警信号。入侵探测器还要有较强的抗干扰力量。在探测范围内,任何小动物或长150mm、直径为30 mm 具有与小动物类似的红外幅射特性的圆筒大小物体都不应使探测器产生报警;探测器对于与射束轴线成15或更大一点的任何界外光源的幅射干扰信号应不产生误报;探测器应能承受常温气流和电铃的干扰;应能承受电火花的干扰。2.2.1 传感器传感器是入侵探测器的核心,它是一种物理量转换器件,可以将入侵时所产生的力、压力、位移、振动、温度、声音、光强等物理量转化为易于处理的电信号和电参量,如电压、电流、
11、电阻、电容等。这种转换是依据肯定的规律进展的。被探测的信号我们称之为输入信号 x,转换后的电信号称之为输出信号 y,那么有 y=f(x),f 称之为转换函数。转换函数则反映了肯定的转换规律。对传感器来说输入信号除了被探测的入侵行为所产生的物理信号外,还包括有干扰所产生的气压、温度、振动、噪声等干扰信号,因此实际上转换函数应是一多元函数,但好的传感器会使干扰对输出的影响被无视。传感器的输出电信号有两种,一种是连续变化的信号,我们称之为模拟量。如光电二极管输出的电流随光照强度大小而变化就是一种连续变化的物理量。但报警掌握器通常只接收入侵行为是否发生的有无信号来打算相应的防范措施。这就需要将连续变化
12、的模拟信号转换成只有 “有”和“无”两种状态的数字量,通常用“1”表示“有”,用“0”表示“无”。这种转换可以在探测器中完成,也可以在报警掌握器中完成。通常是将传感器探测到的模拟信号与一予先确定的基准信号相比较,小于基准信号可认为该信号为干扰引入而非入侵信号,判定为“0”,超过基准值时的信号则只能在入侵行为发生时产生,判定为“1”。也有少数的传感器产生并输出的信号只有两种状态,如干簧继电器的 “通”与“断”,已经是数字信号而不需转换和比较,可直接被掌握器接收。1. 开关传感器开关传感器是一种简洁、牢靠的传感器,也是一种最廉价的传感器,广泛应用于安防技术中。它可以将压力、磁场或位移等在入侵行为发
13、生时所产生的物理量转化为传感器内部电路的“开”和“关”两种电信号。(1) 微动开关、簧片型接触开关开关在压力的作用下接通,从而发出报警信号;在无压力作用时是断开的;或者反过来工作。此类开关通常用在某些点探测器中,用以监视门、窗、柜台等特别部位。(2) 舌簧继电器舌簧继电器又称干簧继电器,是一种将磁场力转化为电信号的传感器,其构造如图2-2。图2-2 干簧继电器的构造干簧管的干簧触点常做成常开、常闭或转换三种不同形式。开关簧片通常烧结在与簧片热膨胀系数相近的玻璃管上,管内充有氮气或惰性气体以避开触点被氧化和腐蚀,还可以有效防止空气中尘埃与水气污染。干簧管中的簧片是用铁镍合金制成,具有很好的导磁性
14、能,与线圈或磁块协作,构成了干簧继电器状态的变换掌握器,簧片上的触点镀金、银、铑等贵金属,以保证通断力量。常开舌簧继电器的两个簧片在外磁场作用下其自由端产生的磁极极性正好相反,二触点相互吸合,外磁场不作用时触点是断开的,故称常开式舌簧继电器。 常闭舌簧管的构造正好与常开式相反,是无磁场作用时吸合,有磁场作用时断开。转换式舌簧继电器有常开、常闭两对触点,在外磁场作用下状态发生转换。使用时通常把磁铁安装在被防范物体如门、窗等的活动部位门扇、窗扇,干簧管安装在固定部位门框、窗框,如图2-3所示。图2-3 安装在门窗上的磁控开关磁铁与舌簧管的位置要调整适当,以保征门窗关闭时磁铁与干簧管接近而干簧管触点
15、动作,当门窗翻开时干簧管触点复位而产生报警信号。(3) 易断金属导线易断金属线是一种用导电性能好的金属材料制成的机械强度不高、简洁断裂的导线,用它作为传感器时, 可将其捆绕在门、窗把手或被保护的物体上,当门、窗被强行翻开或物体被意外移动时金属线断裂,使与其连通的电路断路而发出报警信号。易断金属导线可以是0.1mm0.5mm 的漆包线,也可以承受一种导电胶粘带。易断金属导线具有构造简洁、价格低廉的优点,缺点是不便于伪装且没有自恢复功能。(4) 压力垫压力垫也可以作为开关报警探测器的一种传感器。压力垫通常放在防范区域的地毯下面,如图2-4所示。将两长条形金属带平行相对地分别放在地毯反面和地板之间,
16、两条金属带之间有几个位置使用绝缘材料支撑, 使两条金属带互不接触,此时相当与传感器开关断开,当入侵者进入防范区域时,踩踏地毯而使相应部位受力凹陷,两条金属带接触,此时相当于传感器开关闭合而发出报警信号。图2-4 压力垫使用示意图2. 压力传感器压力传感器把传感器上受到的压力变化转换为相应的电量变化,经过放大成为电信号。某些晶体材料,当某方向受到外力作用时,其内部就会产生极化现象,在某方向两个外表上产生正负电荷,当作用力转变时, 电荷的大小和极性随之转变,晶体所产生的电荷量大小和极性随之转变,晶体所产生的电荷量大小与外力的大小成正比,这种现象称正压电效应。反之某些晶体加一交变电场,晶体将产生气械
17、变形,这种现象称逆压电效应。图2-5为压电效应原理示意图。图2-5 压电效应原理示意图具有压电效应的晶体材料我们称之为压电材料。压力传感器就是利用压电材料的正压电效应制成。现在常用的压电材料是人工合成的。自然的压电单晶也有,但效率低,利用难度较大,用的较少,只有在高温或低温等特别状态下,才利用单晶石英晶体。压电陶瓷是人工烧结的一种常用多晶压电材料,压电陶瓷烧结便利,简洁成形,强度高,而且压/电转换的系数大,为自然单晶石英晶体的几十倍,而制造本钱只有石英单晶的百分之一,因此压电陶瓷广泛被用做高效压力传感器材料。常用的压电陶瓷材料有钛酸钡、铌镁酸铅,铅钛酸铅等。压电陶瓷材料烧结后,最初并不具有压力
18、特性。这种陶瓷材料内部有很多无序排列的 “电畴”,这些“电畴” 在肯定外界温度下,承受一强化电场的作用,使其按外电场的方向整齐排列,这就是极化过程。极化后的陶瓷材料在撤去外电场后,其内部电畴的排列不变,具有很强的极化排列,这时陶瓷材料才具有压电性。压电陶瓷材料通常做成长方体。当某一方向上的对应两面受到外力作用时,在压电陶瓷的这两面上就会消灭电荷积存,电量的大小与受力的大小成正比。此时压电陶瓷相当于一个静电发生器,或是一个以压电材料为介质的电容器,电容量的大小为C=0A/式中,0 真空介电常数8.8510-12 F/m; 压电材料相对介电常数;A 受力极板面积; 压电材料厚度。而电容两端的开路电
19、压 U=Q/C,Q 为极板上电荷量的大小,与所受外力成正比,一般电量Q 很小,因此感应出的 U 也很小。为了能检测出U 的变化,要求压电陶瓷本身有相应的阻抗,同时前端放大器也应有极高的输入阻抗,通常探测器的前端放大器用场效应管来担当。由于输入阻抗过高,很简洁窜入干扰信号,为此前端放大器应直接接在传感器的输出端,信号经放大后输出一个高电平 、低阻抗的探测电信号。有机压电材料是近争论开发出来的型压电材料,如聚氯乙烯、聚二氟乙烯等,它具有松软、不易裂开的特点。半导体压力传感器是利用硅结晶的压电电阻效应以及二极管、晶体管的电流、电压特性制成的元件。当硅半导体材料受到外力作用时,晶体处于扭曲状态,由于载
20、流子迁移率的变化而导致晶体阻抗变化的现象称之为压电电阻效应。用 R 表示晶体阻抗的变化,它的变化率为:R/R = /=G 式中,压电电阻系数电阻率应力G 比例因子半导体压力传感器的比例因子 G 高达200,G 越高,灵敏度越高。图2-6所示为半导体压力传感器构造。当硅膜片受压时,集中电阻值发生变化,将 R1、R2、R3、R4接成桥路,如图2-7所示。图2-6 半导体压力传感器构造 图2-7 压力传感器输入输出桥图2-8为半导体压力传感器的压电传输特性,可以看出输出电压随压力的变化而变化,且线性度较好。图2-8 压电传输特性用来检测压力的传感器还有静电容式压力传感器和硅振动式压力传感器。静电容式
21、压力传感器是将压力膜微小的位置变化转换成静电容变化的传感器。硅振动式压力传感器是用微加工方法将膜片加工成长50m、宽20m30m、厚5m 的硅振子膜片,当膜片受到压力时,则把压力转换为张力,使膜片产生振动。但为使振子不直接与测量膜片接触,防止振子的污染和劣化,而将其全部封在真空室内,故硅振动式压力传感器的工作条件要求极高,在这里就不详述了。3. 声传感器入侵大事发生时,总会有说话、走动、击碎玻璃、锯钢筋等声音发生,能够把这些声音信号转换成肯定电量的传感器都称为声传感器。声音为一种机械波,声音的传播是机械波在媒质中传播的过程。当声波频率在20Hz20kHz 时人耳能接收到,称为可听见波。当频率低
22、于20Hz 时称为次声波,高于20kHz 时称为超声波,次声波和超声波人耳均听不到。(1) 驻极体传感器驻极体是一种永久性带电的介电材料,它能把声能或机械能转换成电能,或者将电能转换成机械能或声能。驻极体传感器的核心是驻极体箔。它由一张绝缘薄膜组成,薄膜上带电荷,通常由聚四氟乙烯等碳卤聚合物制成,具有极高的绝缘电阻。通过外电场对绝缘薄膜两侧充电,则膜上的电荷能长时间保存。假设在常温顺相对枯燥的环境下保存,聚四氟乙烯上的电荷能保存近百年;在常温顺相对湿度为95%的潮湿环境下, 电荷的衰减时间也能到达近10年。通常把一片驻极体膜紧贴在一块金属板上,另一片驻极体膜相对安放,中间为10m 的薄空气层,
23、构成一个驻极体传感器。二片相对而立的驻极体膜形成一个电容器,依据静电感应原理,与驻极体相对应的金属板上会感应出大小相等、方向相反的电荷。驻极体上的电极在空隙中形成静电场,在声波作用下,驻极体箔会有一个位移 d。在驻极体膜开路的条件下,膜片两端感应的静电场U=Ed =d1d/0 (d1 +d2 )式中,E 膜片间隙中电场强度 驻极体外表电荷密度d1 驻极体箔的厚度d2 膜间空气厚度O 自由空间介电常数 驻极体材料的相对介电常数驻极体箔的相对位移 d 与所加声强成正比,因此传感器输出的电压仅与声强有关,而与频率无关。驻极体传感器能保证在声频范围内具有恒定的灵敏度,这是极大的优点。(2) 磁电传感器
24、磁电式传感器俗称“动圈式传感器”,它是由一个固定磁场和在这磁场中可作垂直轴向运动的线圈组成,线圈安装在一个振动膜上,振动膜在声强的作用下运动,带动线圈在固定的磁场中作切割磁力线的运动,此时在线圈两端的感应电动势 E 的大小为:E=BLv, 式中,B磁感应强度L线圈的长度v线圈的运动速度线圈的运动速度 v 与声强的大小有关,故而线圈的输出电压也取决于声强的大小。4光电传感器光电传感器是指能够将可见光转换成某种电量的传感器。光敏二极管是最常见的光传感器。光敏二极管的外型与一般二极管一样,只是它的管壳上开有一个嵌着玻璃的窗口,以便于光线射入,为增加受光面积, PN 结的面积做得较大,光敏二极管工作在
25、反向偏置的工作状态下,并与负载电阻相串联,当无光照时,它与一般二极管一样,反向电流很小 A,称为光敏二极管的暗电流;当有光照时,载流子被激发,产生电子-空穴,称为光电载流子。在外电场的作用下,光电载流子参于导电,形成比暗电流大得多的反向电流,该反向电流称为光电流。光电流的大小与光照强度成正比,于是在负载电阻上就能得到随光照强度变化而变化的电信号。光敏三极管除了具有光敏二极管能将光信号转换成电信号的功能外,还有对电信号放大的功能。光敏三级管的外型与一般三极管相差不大,一般光敏三极管只引出两个极放射极和集电极,基极不引出,管壳同样开窗口,以便光线射入。为增大光照,基区面积做得很大,放射区较小,入射
26、光主要被基区吸取。工作时集电结反偏,放射结正偏。在无光照时管子流过的电流为暗电流 Iceo=1+Icbo很小,比一般三极管的穿透电流还小;当有光照时,激发大量的电子-空穴对,使得基极产生的电流 Ib 增大,此刻流过管子的电流称为光电流,集电极电流 Ic=1+Ib,可见光电三极管要比光电二极管具有更高的灵敏度。5热电传感器热电传感器是一种将热量变化转换为电量变化的一种能量转换器件。热释电红外线元件是一种典型的热量传感器。可见光的波长通常在1m 以上,而1m 以下的光人眼是看不到的。0.8m 以下的红外光具有很高的放射能量(W/m2),差不多等于800K500以上高温物体释放的能量,因此常用红外光
27、放射能量来检测入侵者 的入侵及其活动。一般的热释电材料为 LiTaO3, 当受到红外线照耀时,热释电材料的温度发生变化,同时其外表电荷也会发生变化。当以 LiTaO3为代表的热释电材料处于自极化状态时,吸取红外线入射波后,结晶的外表温度转变, 自极化也发生转变,结晶外表的电荷变得不平衡,把这种不平衡电荷的电压变化取出来,便可测出红外线。热释电材料只有在温度变化时才产生电压,假设红外线始终照耀,则没有不平衡电压,一旦无红外线照耀时,结晶外表电荷就处于不平衡状态,从而输出电压。热释电红外线传感器因红外光线的照耀与遮挡得到或失去热量,从而产生电压输出。从原理上讲应与波长无关,但由热释电材料做成的传感
28、器有一个透光窗,而透光窗的选材与波长有关系。如以SiO2为窗材的传感器,它与1m 以上波长的红外线无关,而有的窗材只能通过4m 四周波长的光,有的能透过6.1m 波长的光,有的能透过8m 14m 波长的光,所以使用不同的窗材就可确认是哪个波长的光产生的热。热释电元件组成的红外探测器只与窗材的波长有关,而量子型的红外光探测器与红外光的波长有关,它的特点是灵敏度高,响应速度快,响应的灵敏度与红外线波长有关。每个入射光子产生的能量E=hc/=1124式中,h普朗克常数,h=4.1410-15(evs)=6.62510-34(JS) c光速,c=31010cm/s1m 红外光的能量为1.24eV,10
29、 m 红外光的能量为0.12eV,与可见光相比,红外线光的能量较小。量子型的红外传感器又分为光导电型和光电动势型两种。光导电型的元件材料有 PbS、PbSe、Hg、Cd、Te 等, 它是利用红外线照耀时阻抗削减的特点来猎取检测信号的;而光电动势型是在 Ge、IrSb 等半导体基片上形成 PN 结,当红外线照耀时产生光电动势,Ge 的禁带宽度为0.6ev,Ge 二极管对0.6m 和1.9m 的红外光较敏感,当入射红外光的波长在0.6m1.9 m 时,在 PN 结上形成的电动势随入射光量的增大而增大, 从而经放大可输出探测电信号。6电磁感应传感器电磁场也是物质存在的一种形式。电磁场的运动规律由麦克
30、斯韦方程组来表示,依据麦克斯韦理论,当入侵者入侵防范区域,使原先防范区域内电磁场的分布发生变化,这种变化可能引起空间电场的变化,电场畸变传感器就是利用此特性。同时,入侵者的入侵也可能使空间电容发生变化,电容变化传感器就是利用此特性。2.2.2 入侵探测器入侵探测器是由传感器和信号处理器组成的用来探测入侵者入侵行为的电子和机械部件组成的装置。入侵探测器的分类可按其所用传感器的特点分为开关型入侵探测器、震惊型入侵探测器、声音探测器、超声波入侵探测器、次声入侵探测器、主动与被动红外入侵探测器、微波入侵探测器、激光入侵探测器、视频运动入侵探测器和多种技术复合入侵探测器。也可按防范戒备区域分为点形入侵探
31、测器、直线型入侵探测器、面型入侵探测器和空间型入侵探测器。1. 点型入侵探测器对于门窗、柜台、展橱、保险柜等防范范围仅是某一特定部位使用的入侵探测器为点型入侵探测器,点型入侵探测验器通常有开关型和振动型两种。(1) 开关入侵探测器开关入侵探测器是承受开关型传感器构成的。可以是微动开关、干簧继电器、易断金属导线或压力垫等构成。不管是常开型或是常闭型,当其状态转变时均可直接向报警掌握器发出报警信号,由报警掌握器发出声光警报信号。(2) 震惊入侵探测器当入侵者进入防范区域实施犯罪时,总会引起地面、墙壁、门窗、保险柜等发生震惊,我们可以承受压电式传感器、电磁感应传感器或其它可感受振动信号的传感器来感受
32、入侵时发生的振动信号,这种探测器我们称之为振动入侵探测器。墙震惊探测器及玻璃裂开探测器是典型的震惊入侵探测器,这种探测器常使用压电式传感器或导电簧片开关传感器。压电传感器是利用压电材料的压电效应制成的,当压电材料受到某方向的压力时,在一特定方向两个相对电极上分别感应出电荷,电荷量的大小与压力成正比。我们把压电传感器贴在玻璃上,当玻璃受到震惊时, 传感器相应的两电极上感应出电荷,形成一微弱的电位差,可以承受高放大倍数高输入阻抗的集成放大电路进展放大产生报警信号。承受半导体压力传感器的压电电阻效应制成的压电式震惊入侵探测器,当半导体材料硅片受外力作用时,晶体处于扭曲状态,载流子的迁移率随之发生变化
33、,从而发生结晶电阻的阻抗发生变化,引起输出电压的变化,此输出电压加到烧结在同一硅片上的集成放大电路而产生报警信号。导电簧片开关型玻璃裂开探测器构造如图2-9所示,上簧片横向略呈弯曲的外形,它对噪声频率有吸取作用。绝缘体、定位螺丝将上下金属导电簧片绝缘固定在底座上,而右端触头处牢靠接触。图2-9 导电簧片开关型玻璃裂开探测器构造图玻璃裂开探测器的外壳粘附在需防范的玻璃的内侧。环境温度和湿度的变化及稍微震惊产生的低频振动, 甚至敲击玻璃所产生的振动都能被上簧片的弯曲局部吸取,不转变上下电极的接触状态,只有当探测器探测到玻璃裂开或足以使玻璃裂开的强冲击力时产生的特别频率范围的振动才能使上下簧片振动,
34、处于不断开闭状态,触发掌握电路产生报警信号。近年来随着数字信号处理技术的进展,一种承受微处理器的型声音分析式玻璃裂开探测器已经消灭,它是利用微处理器的声音分析技术来分析与裂开相关的特定声音频率后进展准确的报警。传感器接收防范范围内的各种声频信号送给微处理器,微处理器对其进展分析和处理以识别出玻璃裂开的入侵信号,这种探测器的误报率极低。为削减误报率,人们还承受一种超低频检测和音频识别技术的双技术探测器。假设超低频探测技术探测到玻璃被敲击时所发出的超低频波,而在随后的一段特定时间间隔内,音频识别技术也捕获到玻璃被击碎后发出的高频声波,那么双技术探测器就会确认发生玻璃裂开,并触发报警。电动式振动入侵
35、探测器是利用电磁感应传感器将振动转换成线圈两端的感应电动势输出。将电动式振动入侵传感器与保险柜、贵重物体固定在一起,当入侵者搬动或触动保险柜等物体产生振动,电动传感器随之振动,线圈与电动传感器是固定在一起的,而磁铁是通过弹簧与壳体连接在一起,壳体振动后,磁铁随之运动,在线圈上感应出电动势,其大小 E=nBLv,B 为磁感应强度,L 为每匝线圈的长度,n 为绕组匝数, v 为物体的振动速度。输出电压 E 正比于振动速度,电动传感器具有较高的灵敏度,输出电动势较高,不需要高增益的放大器,而且电动传感器输出阻抗低,噪声干扰小。2. 直线型入侵探测器直线型入侵探测器是指戒备范围为一条线束的探测器,当在
36、这条戒备线上的戒备状态被破坏时发出报警信号。最常见的直线型报警探测器为红外入侵探测器、激光入侵探测器。探测器的放射机放射出一束红外光或激光,经反射或直接射到接收器上,如光束被遮断,则发出报警信号。(1) 红外入侵探测器物理学告知我们,电磁场是物质存在的一种形式,电磁场的运动规律是由麦克斯韦方程组来描述的,依据麦克斯韦的电磁场理论,假设在空间的某区域内有变化的电场或磁场,那么在邻近区域内将引起变化的磁场或电场,而这变化的磁场或电场又在更远的区域引起的变化电场或磁场。这种由近到远,以有限的速度在空间内传播的过程称电磁波。我们寻常所生疏的光波,无线电波都是不同波长的电磁波。表 2-1 列出了不同电磁
37、波的波长范围。表2-1 电磁波的波长划分表名 称 波长范围m 频率范围MHz 无线电波 1103 3105红外光 0.781103 31053.84108 可见光 0.390.78 3.841087.7108 紫外光 0.010.39 7.710831010 X 射线 10-510-2 3101031013红外光是电磁波,它同样具有向外辐射的力量,它的波长介于无线电波的微波和可见光之间。物理学告知我们,但凡温度高于确定零度的物体都能产生热辐射,而温度低于1725的物体产生的热辐射光谱集中在红外光区域,因而自然界的物体都能向外辐射红外光。对某种物体来说,由于其本身的物理和化学性质不同,物体本身温
38、度不同,所产生的红外辐射的波长和距离也不同,通常分为三个波段。近红外:波长范围0.75m3m 中红外:波长范围3m25m远红外:波长范围25m1000m红外光在大气中辐射时会产生衰减现象,主要是由于大气中各种气体对辐射的吸取如水气、二氧化碳 和大气中悬浮微粒如雨、雾、云、尘埃等微粒对红外光造成的散射。大气中红外辐射的衰减是随着波长不同而变化的,对某些波长的红外辐射衰减较少,这些波长区称为红外的“大气窗口”。能通过大气的红外辐射根本上分为三个波段,1m 2.5m;3m 5m;8m 14m, 这三个红外大气窗口为我们使用供给了便利。红外探测器分为被动红外探测器和主动红外探测器两种形式。所谓被动红外
39、探测器只有红外线接收器。当被防范范围内有目标入侵并移动时,将引起该区域内红外辐射 的变化,而红外探测器能探测出这种红外辐射的变化并发出报警信号。实际上除入侵物体发出红外辐射外, 被探测范围内的其它物体如室外的建筑物、地形、树木、山和室内的墙壁、课桌、家俱等都会发生热辐射, 但因这些物体是固定不变的,其热辐射也是稳定的,当入侵物体进入被监控区域后,稳定不变的热辐射被 破坏,产生了一个变化的热辐射,而红外探测器中的红外传感器就能收到这变化的辐射,经放大处理后报 警。在使用中,把探测器放置在所要防范的区域里,那些固定的景物就成为不动的背景,背景辐射的微小 信号变化为噪声信号,由于探测器的抗噪力量较强
40、,噪声信号不会引起误报,红外探测器一般用在背景不 动或防范区域内无活动物体的场合。如只考虑红外传感器本身的噪声,在探测距离内,被动红外探测器的作用距离为:式中,D0光学系统通光口径光学系统的传输效率NA光学系统数值孔径,NA= D0 /2f目标的辐射强度大气透过率D*传感器的光谱探测度w视场角f等效噪声带宽Vs/Vn探测器确定的信噪比。可见要提高作用距离 R,应增大通光口径 D。、传输效率 和光谱探测度 D*,削减视场角 w 和等效噪声带宽 f。为了提高被动红外入侵探测器的报警精度以及削减误报率,现在实际应用的被动红外探测器,多数做成把几个红外接收单元集成在一个探测器中,称为多元被动红外探测器
41、。这样的探测器由于具有几个接收单元, 则不仅能检测出其防范区域有入侵者时的红外变化,还可以因各单元安装方向的不同而接收信号的大小不同,检测出入侵者走动时产生的单元信号差值的变化,从而到达双重检测的目的,大大提高了报警精度, 削减了误报率。主动红外探测器是由红外光放射器和接收器两个部件构成。主动红外放射器发出一束经调制的红外光束,投向红外接收器,形成一条戒备线。当目标侵入该戒备线时, 红外光束被局部或全部遮挡,接收机接收信号发生变化而报警。主动红外探测器的放射光源通常为红外发光二极管。其特点是体积小、重量轻、寿命长、功耗小,交、直流供电都能工作,晶体管、集成电路都能直接推动。而砷镓铝双异质结半导
42、体激光器也工作在红外波段, 故也是一种主动红外探测器。主动红外探测器的光源通常为脉冲调制的脉冲波形,放射机承受自激多谐振荡器作为调制电源,产生很高占空比的脉冲波形,去调制红外发光二极管发光,放射出红外脉冲调制光谱。这样大大降低了电源的功耗,又增加了系统抗杂散光干扰的力量。对光束遮挡型的探测器,要适中选取有效的报警最短遮光时间。遮光时间选得太短,会引起不必要的噪声干扰,如小鸟飞过、小动物穿过都会引起报警;而遮光时间太长,则可能导致漏报。通常以10m/s 的速度通过镜头的遮光时间,来定最短遮光时间。假设人的宽度为20cm,则最短遮光时间为20cm/10m/s=20ms。大于20ms,系统报警;小于
43、20ms 则不报警。主动红外探测器体积小、重量轻、便于隐蔽,承受双光路甚至四光路的主动红外探测器可大大提高其抗噪防误报的力量以及加大防范的垂直面,另外主动红外探测器寿命长、价格低、易调整,因此被广泛使用在安全防范工程中。然而当主动红外探测器用在室外自然环境时,比方无星光和月亮的夜晚,以及夏日中午太阳光背景辐射的强度比超过100dB 时,会使接收机的光电传感器工作环境相差太大。通常承受截止滤光片,滤去背景光中的极大局部能量主要为可见光的能量,使接收机的光电传感器在各种户外光照条件下的使用条件根本相像。另外室外的大雾会引起传输中红外光的散射,大大缩短主动红外探测器的有效探测距离。虽然大部份应用在室
44、外的主动红外探测器在出厂时,已考虑到了上述因素,但在使用中还是应当充分留意到大雾天造成的影响。某些常常有大雾的地区,甚至不适合承受室外安装这种探测器。(2) 激光入侵探测器激光与一般光源相比有如下特点:a方向性好,亮度高。一束激光的发散角可做到小于10-310-5弧度,即使在几公里以外激光光束的直径也仅扩展到几毫米或几厘米。由于激光光束发散角小,几乎是一束平行光束,光束能聚拢在一个很小的平面上,产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较: 光源 亮度w/Srcm2蜡烛 0.5电灯 470太阳外表 0.165M氦-氖激光 15M红宝石激光 10亿兆37亿兆b激光的单色性和相干
45、性好。激光是单一频率的单色光,如氦氖激光器的波长为6328,在其频率范围内谱线宽度U=10-1Hz,而其他一般光的 U = 107-109 Hz。光的相干性取决于其单色性。光的相干长度 m 与谱线宽度的关系是:m=c/U,其中c 为光速。一般光源的相干长度为几个毫米。单色光源氦-86灯,=6057,相干长度m=38.6cm;而氦氖激光器= 6328,m=40km。按激光器的工作物质来分,激光器可分为如下几种:固体激光器:它的工作物质为固体,如钕玻璃、红宝石等。液体染料激光器:它的工作物质为液体染料,如假设丹明香豆素等。气体激光器:它的工作物质是二氧化碳、氦-氖、氮分子等。半导体激光器:它的工作
46、物质是半导体材料,如砷化镓。激光探测器与主动红外式探测器有些相像,也是由放射器与接收器两局部构成。放射器放射激光束照耀在 接收器上,当有入侵目标消灭在戒备线上,激光束被遮挡,接收机接收状态发生变化,从而产生报警信号。激光探测器的作用距离:式中P1激光功率; QT光束发散角; M 调制光速调制度; SR接收面积; PR接收到的功率。由上式可以看出,要提高探测器的作用距离,应增大激光源的放射光率,增加光学系统的透过率,削减放射装置的发散角,也可承受高灵敏的光电传感器。激光具有高亮度,高方向性,所以激光探测器格外适用于远距离的线控报警装置。由于能量集中,可以在光路上加装反射镜,围绕成光墙,从而可以用
47、一套激光器来封锁场地的四周,或封锁几个主要通道路口。激光探测器承受半导体激光器的波长在红外线波段时,处于不行见范围,便于隐蔽,不易被犯罪分子所觉察。激光探测器承受脉冲调制,抗干扰力量较强,其稳定性能好,一般不会因机器本身而产生误报,假设承受双光路系统,牢靠性更会大大提高。3. 面型入侵探测器面型入侵探测器的戒备范围为一个面。当戒备面上消灭入侵目标时即能发出报警信号。振动式或感应式报警探测器常被用做面报警探测器,例如把用做点报警探测器的振动探测器安装在墙面或玻璃上,或安装在某一要求保护的铁丝网或隔离网上,当入侵者触准时网发生振动,探测器即能发生报警信号。面型入侵探测器更多的是使用电磁感应探测器。电场畸变探测器是一种电磁感应探测器,当目标侵入防范区域时,引起传感器线路四周电磁场分布的变化,我们把能响应这畸变并进入报警状态的装置称为电场畸变探测器。这种电场畸变探测器有平行线电场畸变探测器、泄漏电缆电场畸变探测器。(1) 平行线电场畸变入侵探测器平行线电场畸变入侵探测器是由传感器线支撑杆、跨接件和传感器电场信号发生接收装置构成,如图2-10 所示。传感器是一些平行线2条10条构成,在这些导线中一局部是场线,它们与振荡频率为1kHz 40kHz 的信号发生器相连接,工作时场线向四周
限制150内