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先进技术在防盗探测器中的应用

北京视美安电子技术有限责任公司 郝长清

   随着现代科学技术的飞速发展,犯罪分子作案时的智能化、技术化、复杂化也有所提高,而且隐蔽性更强。怎样才能使人们的安全防范措施跟得上科技的发展并且能更有效的预防并遏制这些犯罪行为的发生呢?现在看来,仅仅依靠安全保卫人员、防盗门窗、防盗锁是远远不够的。于是,整合了当今多种先进技术的防盗探测器应运而生。它是一种综合性的多学科的高科技产品,其中涉及电子、机械、光学、计算机技术、通信技术、仿生学、人工智能等诸多科学领域。

   一、防盗报警系统的概述
   防盗报警系统是由报警探测装置、信号传输系统,报警控制主机和报警输出联动设备组成。防盗报警系统通过前端探测装置自动探测发生在布防监测区域内的侵入行为,一旦发生突发事件,微处理器CPU综合判断后,就能通过声光报警信号在安保控制中心准确显示出报警地点,辅助提示安全保卫人员迅速采取应急措施。防盗报警系统是预防抢劫、盗窃等意外事件发生的重要设施。防盗报警系统还可以与闭路电视监控、出入口控制、访客对讲及电子巡更等系统实现联动报警输出,使被防范对象各子系统各负其责,协同工作,形成一个有机的综合安全防范体系。防盗报警系统作为技术防范系统中的第一道防线,其重要性显而易见。防盗探测器做为最前沿的信号采集设备,它的好坏直接影响着整个安保系统的可靠和准确性。
   报警探测器的核心器件是传感器。采用不同原理的传感器件,可以构成不同种类、不同用途、达到不同探测目的的报警探测装置。
   报警探测器按工作方式分主动探测器和被动探测器两种。
   按工作原理进行区分:常用的有红外探测器、微波探测器、被动红外/微波探测器、被动红外/微波三技术探测器、玻璃破碎探测器、振动探测器、开关探测器、视频运动检测报警器、感应电缆等。

   二、探测器应用现状
   探测器也由最初结构简单、功能单一的初级产品发展成多种技术复合的高科技产品,特别是被动红外+微波的探测方式的运用比原先只用单红外或微波减少误码率近200多倍。
   新技术不断应用到现代探测技术中,如改进的菲涅尔透镜和采用表面贴片工艺以提高抗射频干扰能力。采用双元红外传感器部分为四元、自动温度补偿技术、交替极性脉冲计数技术、以及智能化的模糊逻辑分析一步探测(FSP)专利技术等多项防误报技术,有效防止了因为环境温度改变、射频干扰和气流等各种因素造成的误报。其在灵敏度、防误报能力与可靠性等方面都有无与伦比的卓越表现。

   三、工作原理:
   下面以仅对目前应用比较广泛的被动红外/微波探测器和被动红外/微波三技术入侵报警探测器做一简单介绍:
   1、被动红外/微波探测器
   被动红外微波探测器又称为“双鉴”入侵报警探测器。它是被动红外线探测再加上微波同时探测,以提高抗干扰的能力,进一步减少误报现象的发生,即具有“双重鉴别”能力。
   简单的讲,被动红外探测是由热释电传感器感受探测范围内入侵目标的移动热能并转化为电信号的过程。为了探测红外移动目标,由菲涅耳透镜将现场的景物成像在热释电传感器表面形成红外影像。目标进入防范区域就会破坏背景热电平衡,产生热电输出。经过菲涅耳透镜能够投射到传感器矩形范围内的锥型的空间里,锥形探测横断面高宽比为2:1,锥张角的大小取决于菲涅耳透镜的设计,焦距越小,探测角度越大。热释电传感器内的热电元件做了反极性连接,当目标穿越两个探测区域时,热电元件会输出一正一反的两个热电信号。单一菲涅耳透镜所能形成的的探测区域只有两个。为了获得更大的防范区域,需要增加的探测区域数目。如图1
  
                  如图1
   在被动红外探测器中扩充探测区域数量的做法是设置多个透镜扇形分布,防范区域得以扩充。为了获得一个立体的防范区域,移动目标进入探测范围就被成像在热释电传感器的表面,如果目标面向传感器方向移动,开始灵敏度会有所提高,其后灵敏度不再增加,热电器件处于饱和状态;当目标背向传感器方向移动,目标在热电元件表面成像范围逐步减小,传感器的探测灵敏度会跟随降低。
   微波检测的原理是利用微波多普勒效应。

  
                  图2 多普勒效应
   所谓多普勒效应是指发射源(声源或电磁波源)与接收者之间有相对径向运动时,接收到信号频率将发生变化。如图 2
   微波探头采用介质谐振振荡器,它具有优异的高频稳定度和均衡的输出功率,配合立体喇叭型天线(图3)或平面微带阵列天线(图4 )。微波探头工作于脉冲状态,受集成电路内部产生的辅助基频信号调制。用辅助基频信号与移动目标的回波信号进行比较,在相邻的两个脉冲的重复周期内,它的相位信号由相位检测器变换成幅度信号,受多普勒频率调制。
  
                图3 喇叭型天线
  
                图4 微带阵列天线
   微波一般有三种波段:
   S波段———波长范围是5.9”—2.95”,反射的是低频多普勒信号。S 波段发射器是一个焊在印刷电路板上的单晶体振荡器;
   X波段———波长范围是1.44”—0.952”;
   K波段———波长范围是0.656”—0.454”,反射的是高频多普勒信号。红外和微波探测范围基本相同。这样就避免了X或S波段探测范围超出(或未覆盖)红外线探测范围的现象,减少误报的发生的机率。如图5
  
                   图5
   经处理后,移动目标信号被分选出来,作为微波检测的有效触发信号,与红外线信号一起送到处理电路,产生报警信号输出。
   被动红外/微波入侵报警探测器主动向外发射微波。微波在遇到的物体上反射回来,如果物体是静止不动的,则反射的微波频率不产生变化。如果物体是运动的,则反射的微波频率将产生变化。
   被动红外/微波入侵报警探测器只有当检测到红外与微波都产生触发信号时才产生报警信号输出。在使用环境较恶劣的场所,如过道、仓库等,流动空气容易触发红外线报警,但流动的空气不反射微波,因此,被动红外/微波入侵报警探测器使用在这种环境中,不会产生误报。
   比较典型的如美国HONEYWELL(霍尼韦尔)的DT-7235T。
  
                  图6
   它最大探测范围11m X 11m,红外探测采用多区域探测,分成22长视区、12中视区、6近视区和4个俯视区,由微处理器对每段区域的能量进行分析计算,仅在确认是人体能量时才触发红外报警。
   微波感应移动侦测采用K-波段微波探测技术,将微波经由喇叭型天线发射到感应区域内,会感应到处于感应区域内物体所反射的微波,当有移动物体进入微波的反射范围内时,反射波内会产生多普勒(dOPPleP)高频AC信号,出现此信号就表明在侦测范围内有移动物体存在。如图6
   同时它还采用真正的温度补偿电路,抛物线补偿曲线,使得在低温和高温等不同温度环境中,灵敏度保持一致且稳定性不变,在规定范围内灵敏度不会变化(-10℃-55℃),抗辐射干扰RFI 30v/m、10M-1000MHz、抗白光干扰6500Lux等。
   DT-7235T 宽广:11m X 11m 如图7
   俯视图:
  
   侧视图:
  
   2、被动红外/微波三技术入侵报警探测器
   被动红外/微波三技术入侵报警探测器是一种非常可靠的报警探测器。
   它是在被动红外/微波探测器的基础上,采用了微处理器动态分析器处理技术,自动对接收的信号进行分析,并自动调整目标速度和信号强度,对红外线与微波的触发时间间隔进行分析判断。被动红外/微波三技术入侵报警探测器只有先触发红外报警,再触发微波信号才能产生报警输出。
   德国BOSCH(博世)公司的蓝色系列探测器——Blue Line D1-P TriTech三技术探测器 如图8
  
                   图8
   Blue Line D1-P TriTech探测器是以微处理器CPU为基础的三技术被动红外/微波探测器。它综合利用被动红外(PIR)和微波(Microwave)探测技术,在两种技术都同时触发时,综合一步探测专利技术(FSP)、温度补偿技术通过内置的微处理器分析接收到的信号强度、振幅、极性、波形和持续时间。可调整的微波范围,低电流和微波监测等部分特性使蓝色系列探测器——Blue Line D1-P TriTech三技术探测器可靠性更高。防宠物功能设计只对入侵人体发出快速反应,但不会对45公斤以下宠物发出错误报警。
   它最大优点在于采用模组式设计 如图9,它可以外加摄像机模块、蜂鸣器模块和二极管灯等模块。在报警时可联动蜂鸣器发出声响或开启灯光设备。带摄像机模块的也可以将现场图象传到控制中心。
  
   摄像机模块       二极管灯模块        蜂鸣器模块
                  图9
   还有采用动态分析、能量堆积逻辑处理技术、随机动态时间分割和生物仿真识别技术等产品。
   交替极性脉冲计数技术是探测器有一个预设定的电平,只有目标信号超过了它的正负极性界限时,才开始计数,信号必须具有足够的振幅和强度,才能被确认为一个有效的信号。这种探测器的问题就是把信号强度作为确定目标是一个真实移动还是误报警的惟一因素,实际上,有许多误报警信号可以超过界限值,相反一些真实信号由于没有超过界限值而不被探测到。因此,它还需要与其它技术配合使用。
   动态分析器Ⅱ是一种非常先进的微处理器,它需要具体的信号图形和频率才能发出报警。微处理器对进入的信号进行分析,并自动调整到目标速度和信号强度。动态分析器Ⅱ提供两种可供选择的灵敏度,微波电路中的探测范围辨别电路能辨别并排除重复性误报源。自感应处理系统调整到背景的干扰状态。这样既消除了大量的误码,又保持了稳定的探测性能。
   一个完善而有效的安全防范体系统,应该是“人防、技防、物防”三位一体的,再先进的技术设备也必需靠人去掌控和配合。在实际应用中,根据不同的系统要求和现场环境,合理选择不同防范类型的报警探测器,安装到合适的位置,才能发挥出探测器的最大性能,才可有效地减少误报和漏报发生。同时系统一旦发生报警,安全保卫人员及时采取必要的措施来处置突发事件,就可有效地制止非法人员的入侵和破坏,达到对重要场所或物品的防范目的。
   解决产品的误报和漏报一直是开发人员的目标,新技术、新材料、新器件不断应用到新产品的同时,我国也不断地进行国际上的技术交流与合作,引进国外人才和专家共同进行产品的研发,不断提升系统的稳定性。人们在感受现代化文化生活的同时,也享受着高科技带来的便捷与舒适。

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