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主动红外探测器及其核心器件的原理和选用

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随着人民生活水平的提高,对安全的要求也水涨船高。其首选的安全防范装置就是防盗探测器,其中企事业单位与个人用户主要以红外探测器的选用为主,有部分工程和营销人员对主动红外探测器最核心的探测器件的基本原理并不十分了解,本文将对该类产品做一解析。


主动式红外探测器的工作原理
主动式红外探测器的工作原理方框如图1所示。

图1  主动红外探测器的原理图

由图1知,主动红外探测器的发射机发出一束经调制的红外光束,被红外接收机接收,从而形成一条红外光束组成的警戒线。当被探测目标侵入该警戒线时,红外光束被部分或全部遮挡,此时接收机接收的信号就会发生变化,它经放大与信号处理后,即控制发出报警信号。


主动红外的发射光源,通常用红外发光二极管,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、集成电路都能直接驱动。还有一些半导体激光器,如砷镓铝双异质结半导体激光器等,也工作在红外波段,因而也是一种主动红外探测器。主动红外探测器的光源通常采用脉冲调制的脉冲波形,其发射机采用自激多谐振荡器作为调制电源,使它产生很高占空比的脉冲波形,去调制红外二极管发光,以发射出红外脉冲调制光谱。这样,就降低了电源的功耗,提高了灵敏度,和系统抗杂散光的干扰能力。


对光束遮挡型的探测器,要适当选取有效的报警最短遮光时间。因为遮光时间选得太短,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;而遮光时间选得太长,又可能导致漏报。因此,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。如人的最小宽度为20cm,则最短遮断时间为20cm/(10m/s)=20ms。所以,最短遮光时间大于20ms,系统报警;遮光时间小于20ms,则不报警。


主动红外探测器多采用双光路,可提高其抗干扰、防误报的能力。这种主动红外探测器寿命长、价格低、易调整,因此被广泛使用在电视监控报警系统工程中。


当主动红外探测器用在室外自然环境时,比如无星光和月亮的夜晚,以及夏日中午阳光的背景辐射的强度比可超过100dB时,这就使接收机的光电传感器工作环境相差太大。通常采用截止滤光片,滤去背景光中的极大部分能量(主要滤去可见光的能量),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基本相似。


此外,大雾还会引起传输中红外光的散射,缩短主动红外探测器的有效探测距离,在安防工程中必须考虑。如实测某红外探测器:在无雾时有效探测距离7km;浅雾时有效探测距离2.5km;轻雾时有效探测距离1km;中雾时有效探测距离0.6km;重雾时有效探测距离0.3km。 [nextpage]


激光与一般光源相比,有方向性好、亮度高、单色性好、相干性好等特点,所以当要求距离远时,可采用红外半导体激光器来代替红外发光二极管作红外光源。由于能量集中,可以在光路上加反射镜,反射激光,围成光墙。从而用一套激光探测器可以封锁一个场地的四周,或封锁几个主要的通道路口。


主动红外探测器的选购要点
1、对白光的过滤能力
所谓过滤白光,主要是过滤太阳光等自然光和车头灯等人工光,因为硅光电接收探测器对这些光都可以接收,所以必须滤除。目前一般都采用两种方法:一是使用阻止白光通过的特殊材质的外壳,看起来是黑色的,能阻断全部可见光;二是使用特殊设计的菲涅耳镜片,其投光器可将特定波长的信号红外光按一定角度发出去,而受光器只接收以特定角度入射的这一特定波长的红外光,它经折射后形成园锥形聚焦到硅光电传感器的感光面上,这样就将其他非信号光过滤掉了。


2、探测距离及其余量
要了解主动红外探测器的探测距离,并且其探测距离余量不得少于6倍。否则,不能保障探测器能够在最恶劣的气候条件下正常工作。


3、光束数量与频率
目前,主动红外探测器的光束数量有一、二、三、四光束四种,频率有单一固定频率、可选频率和可调频率三种,可根据实际需要选取。一般,光束数量越多,越难被树叶与小动物等同时遮断,因而可有效排除单光束因遮挡而产生的误报。此外,利用不同频率的主动红外对射,还可有效解决因系统中的对射红外光散射而造成对其他对射的干扰,以避免漏报。 

 
4、使用温度与响应时间
由于主动红外探测器多在室外使用,因而必须要适应环境温度的变化。一般要求在-35℃—55℃为好,太低或太高的温度都会影响电子电路及元器件的正常工作。


一般,红外线的切断时间在50ms—500ms,因此产品的响应时间应该可以根据需要进行调整。


5、外观工艺及有否密封
因主动红外探测器应用于室外,所以在设计上与制作工艺上要更加严格。不但需要外形美观牢固,还要采用橡胶密封圈等来对外壳进行密封。


6、有否防雷电措施
雷电冲击有直接和感应两种:直接雷电冲击的电能扩散量很大,大到迄今没有任何措施可防止电子设备不受破坏,但发生的概率相对很小。感应冲击常是带电的云层运动或附近的雷电冲击引起的,它们都会在电气回路中感应出电涌电压,从而引起电子设备损坏。一般,在产品中都安装有电涌吸收管,以保障产品在雷电多发地区能正常工作。其防雷指标,以千伏(kV)表示。 [nextpage]


7、调试是否方便,有否光束对准指示
一般,主动红外探测器均可进行水平和垂直范围的调节,其方法是,通过一端的检像器观察另一端是否处于检像器的中间位置。并且,应当有光束对准指示,一般为LED指示灯。指示灯亮为光束未对准,旋转对准后即熄灭。有的好的主动红外探测器还有微调进行精细对准,其方法是在接收端用万用表从检测口检测光电接收器输出的电压,当微调处于最大电压值时,即为找到的最佳最稳定的最大信号接收位置。


8、电磁兼容性EMC及认证合格证
看产品是否作到电磁兼容性EMC,有否电磁屏蔽与滤波电路等措施,如有则可防止对外电磁辐射,消除外界射频等电磁干扰信号以及内部电路与元器件噪声等干扰。这样,有认证合格证即可。


9、供给电源、功耗与寿命
主动红外探测器的电源的连接要方便,其电压与电流的大小决定其功耗的大小。电路设计的合理性与所选用的元器件的质量,决定产品的使用寿命。


主动红外探测器的安装使用要点
1、按方向安装在稳固的物体上,并使发射与接收器在同一高度上。首先,将主动红外探测器对,根据所需布防的距离与方向,一定要安装在稳固的物体上。因为发射器与接收器距离较远时,轻微的晃动就会引起误报警。并且,还要使发射器与接收器尽可能地安装在同一高度上,以方便光束对准调试。


2、要避开树叶摇晃及晾晒衣物等的影响。主动红外探测器是防备人非法通行,中间要严格防止树叶摇晃及晾晒衣物等,对红外光束的遮挡引起的误报。

3、避免红外光束的交叉误射。当使用多对主动红外探测器,用来组成警戒封锁区或警戒封锁网,乃至组成立体警戒封锁区时,千方要各对主动红外探测器使用不同的频率,要尽量避免红外光束的交叉误射。否则,容易引起失误。


4、线路不能明敷,要穿管暗设。为防止主动红外探测器的供电线路被人破坏,不能明敷,必须穿管暗设。


5、安装位置要能防宠物与小动物等引起的误报。一般,设置在通道上的主动红外探测器,探头的位置一般应距离地面50cm以上;栅栏与围墙顶上安装的红外探测器,其探头位置应高出栅栏与围墙顶25cm,以防小猫小鸟等引起误报。如果是在栅栏与围墙靠近顶部的侧面作墙壁式安装,可避开小猫小鸟等的活动干扰。

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