光電式傳感器的應(yīng)用—紅外報(bào)警器

1、2011-2012學(xué)年一學(xué)期計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院傳感器技術(shù)期末考核班級(jí)：09通信工程 學(xué)號(hào)： 姓名： 光電式傳感器的應(yīng)用紅外報(bào)警器引言：隨著人民的生活水平有了很大提高，各種高檔家電產(chǎn)品和貴重物品為許多家庭所擁有。然而一些不法分子也是越來(lái)越多。這點(diǎn)就是看到了大部分人防盜意識(shí)還不夠強(qiáng)，造成偷盜現(xiàn)象屢見不鮮。因此，越來(lái)越多的居民家庭對(duì)財(cái)產(chǎn)安全問(wèn)題十分擔(dān)憂?，F(xiàn)在很多小區(qū)都安裝了智能報(bào)警系統(tǒng)，因而大大提高了小區(qū)的安全程度，有效保證了居民的人身財(cái)產(chǎn)安全。由于紅外線是不可見光，有很強(qiáng)的隱蔽性和保密性，因而在防盜、警戒等安保裝置中得到了廣泛的應(yīng)用。關(guān)鍵詞: 光電傳感器，主動(dòng)紅外報(bào)警器，被動(dòng)紅外報(bào)警器一、紅外報(bào)警器的

2、簡(jiǎn)介1. 紅外報(bào)警器工作方式紅外報(bào)警器由報(bào)警主機(jī)和紅外探測(cè)器組成報(bào)警系統(tǒng)。探測(cè)一旦探測(cè)到入侵，紅外報(bào)警器立即把報(bào)警入侵信號(hào)無(wú)線密碼傳輸?shù)綀?bào)警主機(jī)，主機(jī)接收到報(bào)警信號(hào)后，會(huì)立即啟動(dòng)高分貝警笛現(xiàn)場(chǎng)報(bào)警器，紅外報(bào)警器主機(jī)面板上的LED顯示報(bào)警防區(qū)，防區(qū)路數(shù)0-99路，明確顯示入侵方位，同時(shí)報(bào)警主機(jī)還有時(shí)間顯示、報(bào)警記錄查詢、自動(dòng)開關(guān)機(jī)等功能。2. 紅外報(bào)警器的性能紅外報(bào)警器采用全套集成電路，調(diào)頻傳送報(bào)警信號(hào)，晶體穩(wěn)頻具有探測(cè)靈敏、報(bào)警準(zhǔn)確可靠、安裝簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，質(zhì)量符合GB10408、GB12633國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，被廣泛用于家庭、別墅、銀行、商場(chǎng)、倉(cāng)庫(kù)等地方，是防盜報(bào)警的最有效裝置。3. 市場(chǎng)上比較常用的兩

3、種紅外報(bào)警器主動(dòng)紅外報(bào)警（較常用于室外監(jiān)控）被動(dòng)紅外報(bào)警（較常用于室內(nèi)監(jiān)控）二、紅外報(bào)警器的分類及原理1. 紅外報(bào)警器的分類紅外報(bào)警器分為主動(dòng)紅外報(bào)警（即二極管發(fā)出紅外光）和被動(dòng)紅外報(bào)警（即人體的體溫在37度左右時(shí)發(fā)射的10m左右的紅外線）。主動(dòng)紅外報(bào)警是由發(fā)射機(jī)和接收機(jī)組成，發(fā)射機(jī)是由電源、發(fā)光源和光學(xué)系統(tǒng)組成，接收機(jī)是由光學(xué)系統(tǒng)、光電傳感器、放大器、信號(hào)處理器等部分組成。主動(dòng)紅外報(bào)警器是一種紅外線光束遮擋型報(bào)警器，發(fā)射機(jī)中的紅外發(fā)光二極管在電源的激發(fā)下，發(fā)出一束經(jīng)過(guò)調(diào)制的紅外光束（此光束的波長(zhǎng)約在0.80.95微米之間），經(jīng)過(guò)光學(xué)系統(tǒng)的作用變成平行光發(fā)射出去。此光束被接收機(jī)接收，由接收機(jī)中

4、的紅外光電傳感器把光信號(hào)轉(zhuǎn)換成信號(hào)，經(jīng)過(guò)電路處理后傳給報(bào)警控制器。由發(fā)射機(jī)發(fā)射出的紅外線經(jīng)過(guò)防范區(qū)到達(dá)接收機(jī)，構(gòu)成了一條警戒線。正常情況下，接收機(jī)收到的是一個(gè)穩(wěn)定的光信號(hào)，當(dāng)有人入侵該警戒線時(shí)，紅外光束被遮擋，接收機(jī)收到的紅外信號(hào)發(fā)生變化，提取這一變化，經(jīng)放大和適當(dāng)處理，控制器發(fā)出的報(bào)警信號(hào)。目前此類報(bào)警器有二光束、三光束還有多光束的紅外柵欄等。一般應(yīng)用在周界防范居多，最大的優(yōu)點(diǎn)就是防范距離遠(yuǎn)，能達(dá)到被動(dòng)紅外的十倍以上探測(cè)距離。被動(dòng)紅外報(bào)警主要是根據(jù)外界紅外能量的變化來(lái)判斷是否有人在移動(dòng)。人體的紅外能量與環(huán)境有差別，當(dāng)人通過(guò)探測(cè)區(qū)域時(shí)，報(bào)警器收集到的這個(gè)不同的紅外能量的位置變化，進(jìn)而通過(guò)分析發(fā)

5、出報(bào)警。人體都有恒定的體溫，一般在37度左右，會(huì)發(fā)出特定波長(zhǎng)10m左右的紅外線，被動(dòng)紅外報(bào)警器就是靠探測(cè)人體發(fā)射的10m左右的紅外線而進(jìn)行工作的。人體發(fā)射的10m左右的紅外線通過(guò)菲涅爾濾光片增強(qiáng)后聚集到紅外感應(yīng)源上。紅外感應(yīng)源通常采用熱釋電元件，這種元件在接收到人體紅外輻射溫度發(fā)生變化時(shí)就會(huì)失去電荷平衡，向外釋放電荷，后續(xù)電路經(jīng)檢測(cè)處理后就能產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)。被動(dòng)紅外報(bào)警器是以探測(cè)人體輻射為目標(biāo)的，所以熱釋電元件對(duì)波長(zhǎng)為10m左右的紅外輻射必須非常敏感。為了僅僅對(duì)人體的紅外輻射敏感，在它的輻射照面通常覆蓋有特殊的菲涅爾濾光片，使環(huán)境的干擾受到明顯的控制作用。其傳感器包含兩個(gè)互相串聯(lián)或并聯(lián)的熱釋電元

6、件。而且制成的兩個(gè)電極化方向正好相反，環(huán)境背景輻射對(duì)兩個(gè)熱釋元件幾乎具有相同的作用，使其產(chǎn)生釋電效應(yīng)相互抵消，于是報(bào)警器無(wú)信號(hào)輸出。一旦人侵入探測(cè)區(qū)域內(nèi)，人體紅外輻射通過(guò)部分鏡面聚焦，并被熱釋電元接收，但是兩片熱釋電元接收到的熱量不同，熱釋電也不同不能抵消，經(jīng)信號(hào)處理而報(bào)警。用它制作的防盜報(bào)警器與目前市場(chǎng)上銷售的許多防盜報(bào)警器材相比，具有如下特點(diǎn)：1. 不需要用紅外線或電磁波等發(fā)射源。2. 靈敏度高、控制范圍大。3. 隱蔽性好，可流動(dòng)安裝。2. 紅外報(bào)警器的原理特性（1）. 主動(dòng)紅外報(bào)警原理主動(dòng)紅外入侵探測(cè)器是由主動(dòng)紅外發(fā)射機(jī)和主動(dòng)紅外接收機(jī)組成。探測(cè)器利用發(fā)射機(jī)發(fā)車紅外射線，由接收機(jī)接收。當(dāng)

7、發(fā)射機(jī)與接收機(jī)之間的紅外光束被完全遮斷或按給定百分比遮斷時(shí)，產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)。主動(dòng)紅外發(fā)射機(jī)通常采用紅外發(fā)光二極管作光源，其主要優(yōu)點(diǎn)是體積小、重量輕、壽命長(zhǎng)，交直流均可使用，并可用晶體管和集成電路直接驅(qū)動(dòng)?，F(xiàn)在的主動(dòng)紅外入侵探測(cè)器多數(shù)是采用互補(bǔ)型自激多諧振蕩電路作驅(qū)動(dòng)電源，直接加在紅外發(fā)光二級(jí)管兩端，使其發(fā)出經(jīng)脈沖調(diào)制的、占空比很高的紅外光束，這既降低了電源的功耗，又增強(qiáng)了主動(dòng)紅外入侵探測(cè)器的抗干擾能力。主動(dòng)紅外接收機(jī)中的光電傳感器通常采用光電二極管、光電三極管、硅光電池、硅雪崩二極管等，按GBl0408.42000入侵探測(cè)器第4部分：主動(dòng)紅外入侵探測(cè)器規(guī)定：“探測(cè)器在制造廠商規(guī)定的探測(cè)距離工作時(shí)

8、，輻射信號(hào)被完全或按給定百分比遮光的持續(xù)時(shí)間大于40ms時(shí)，探測(cè)器應(yīng)產(chǎn)生報(bào)警狀態(tài)?！蹦壳笆惺鄣闹鲃?dòng)紅外入侵探測(cè)器均給出最短遮光時(shí)間范圍。例如：某品牌的主動(dòng)紅外入侵探測(cè)器最短遮光時(shí)間范圍是30ms600ms。給出一個(gè)范圍的原因是不同的使用部位可以設(shè)定(調(diào)節(jié))不同的最短遮光時(shí)間，這有益于減少系統(tǒng)的誤報(bào)警。例如：將主動(dòng)紅外入侵探測(cè)器構(gòu)成電子籬笆警戒時(shí)，就應(yīng)將最短遮光時(shí)間調(diào)至30ms附近；用在圍墻上或圍墻內(nèi)側(cè)警戒時(shí)，就應(yīng)將最短遮光時(shí)間調(diào)至600ms附近。具體數(shù)值使用者可通過(guò)試驗(yàn)確定。主動(dòng)紅外發(fā)射機(jī)所發(fā)紅外光束定發(fā)散角，在GBl0408.42000標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定：“室內(nèi)使用時(shí)，發(fā)射機(jī)與接收機(jī)經(jīng)正確安裝和對(duì)準(zhǔn)

9、，并工作在制造廠商規(guī)定的探測(cè)距離，輻射能量有75。被持久地遮擋時(shí)，接收機(jī)不應(yīng)產(chǎn)生報(bào)警狀態(tài)。”從另一角度理解這句話的意思就是：當(dāng)接收機(jī)接收的能量小于25時(shí)，系統(tǒng)就要產(chǎn)生誤報(bào)警。為了減少由此引起的誤報(bào)警，安裝使用中應(yīng)讓發(fā)射機(jī)與接收機(jī)軸線重合。主動(dòng)紅外報(bào)警示意圖1目前，除單光束主動(dòng)紅外入侵探測(cè)器外，還有雙光束和4光束的。工作原理是：當(dāng)兩光束完全或按給定百分比同時(shí)被遮斷時(shí)，探測(cè)器即可進(jìn)入報(bào)警狀態(tài)。這種主動(dòng)紅外入侵探測(cè)器可以減少小鳥、落葉等引起系統(tǒng)的誤報(bào)警。市售的雙光束主動(dòng)紅外入侵探測(cè)器有兩類，一類是采用雙邊凹透鏡結(jié)構(gòu)的，此結(jié)構(gòu)的探測(cè)器兩光束之間距離較近，一般只在l0cm左右。若上下各用一組雙邊凹透鏡，

10、即構(gòu)成了4光束主動(dòng)紅外入侵探測(cè)器。再一類就是采用兩對(duì)紅外發(fā)射和紅外接收裝置構(gòu)成的雙光束主動(dòng)紅外入侵探測(cè)器。該探測(cè)器上下兩光束距離可達(dá)20cm25cm，又稱同步型雙光束主動(dòng)紅外入侵探測(cè)器。主動(dòng)紅外報(bào)警示意圖2（2）. 被動(dòng)紅外報(bào)警原理熱釋電紅外傳感器和熱電偶都是基于熱電效應(yīng)原理的熱電型紅外傳感器。不同的是熱釋電紅外傳感器的熱電系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于熱電偶，其內(nèi)部的熱電元由高熱電系數(shù)的鐵鈦酸鉛汞陶瓷以及鉭酸鋰、硫酸三甘鐵等配合濾光鏡片窗口組成，其極化隨溫度的變化而變化。為了抑制因自身溫度變化而產(chǎn)生的干擾，該傳感器在工藝上將兩個(gè)特征一致的熱電元反向串聯(lián)或接成差動(dòng)平衡電路方式，因而能以非接觸式檢測(cè)出物體放出的紅

11、外線能量變化，并將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸出。熱釋電紅外傳感器在結(jié)構(gòu)上引入場(chǎng)效應(yīng)管的目的在于完成阻抗變換。由于熱電元輸出的是電荷信號(hào)，并不能直接使用，因而需要用電阻將其轉(zhuǎn)換為電壓形式，該電阻阻抗高達(dá)104M，故引入的N溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管應(yīng)接成共漏形式，即源極跟隨器來(lái)完成阻抗變換。熱釋電紅外傳感器由傳感探測(cè)元、干涉濾光片和場(chǎng)效應(yīng)管匹配器三部分組成。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)將高熱電材料制成一定厚度的薄片，并在它的兩面鍍上金屬電極，然后加電對(duì)其進(jìn)行極化，這樣便制成了熱釋電探測(cè)元。由于加電極化的電壓是有極性的，因此極化后的探測(cè)元也是有正、負(fù)極性的。雙探測(cè)元熱釋電紅外傳感器的結(jié)構(gòu)。該傳感器將兩個(gè)極性相反、特性一致的探測(cè)元串接在一起，目的是消除因環(huán)境和自身變化引起的干擾。它利用兩個(gè)極性相反、大小相等的干擾信號(hào)在內(nèi)部相互抵消的原理來(lái)使傳感器得到補(bǔ)償。對(duì)于輻射至傳感器的紅外輻射，熱釋電傳感器通過(guò)安裝在傳感器前面的菲涅爾透鏡將其聚焦后加至兩個(gè)探測(cè)元上，從而使傳感器輸出電壓