摘 要： 隨著安防行業(yè)的迅猛發(fā)展，入侵探測器不斷普及應(yīng)用。從安全的角度講，它為人們的日?；顒犹峁┝税踩Ｕ?，如果在不掌握現(xiàn)場的情況下盲目進入，就有可能觸發(fā)入侵報警。對該領(lǐng)域目前市場上主流的產(chǎn)品及基本技術(shù)、解除原理等做一概述，預(yù)期可為探索探測器的盲點和后續(xù)的產(chǎn)品開發(fā)打下基礎(chǔ)。
關(guān)鍵詞： 探測器；被動紅外；微波
1 市場現(xiàn)狀
1.1 報警器的類別
目前安防市場上常見的入侵報警探測器有主動紅外入侵探測器[1]、被動紅外入侵探測器、微波入侵探測器、微波和被動紅外雙鑒式入侵探測器[2]、超聲波入侵探測器、振動入侵探測器等。每一種入侵探測器都擁有在保安區(qū)域內(nèi)探測出人員存在的一定手段，裝置中執(zhí)行這種任務(wù)的部件稱為探測器或傳感器，是入侵報警探測器的核心。各類報警探測器基本都是以微波、紅外、聲控等技術(shù)為基礎(chǔ)的。
按探測原理，報警探測器可劃分為：
?。?）紅外型：①被動紅外型：探測到人體（或輻射紅外物體）運動后報警；②主動紅外型：由發(fā)射器和接收器組成，發(fā)射器向接收器發(fā)射不可見紅外光束，當(dāng)相鄰的兩束紅外光束被同時遮斷后報警[3]。
?。?）微波型：探測到一定的物體移動后報警。
?。?）雙鑒型：由紅外線和微波組成雙元探測，可防遮擋和各種輻射干擾。
?。?）聲音探測型：檢測到一定分貝的聲音后報警。
?。?）光感探測型：檢測到一定程度的光線強度變化后報警。
?。?）煙霧感應(yīng)型：檢測到一定的煙霧濃度后報警。
?。?）氣體感應(yīng)型：檢測到空氣中一定的可燃氣體濃度后報警。
（8）磁控開關(guān)型：包含無線門磁和有線門磁，當(dāng)磁性單元和檢測單元分離后報警。
按探測器與主機之間的傳輸方式，報警探測器可劃分為：
（1）無線型：通過無線電波將報警信號發(fā)給主機。
?。?）有線型：通過電纜將報警信號發(fā)給主機。
按探測器的外形，報警探測器可劃分為：吸頂式、壁掛式、幕簾式，可具有方向性選擇。
1.2 報警主機的類別
按使用場所，報警主機可分為：
?。?）單機型（適用于家用）：報警后，主機現(xiàn)場報警。
?。?）聯(lián)網(wǎng)型（適用于大范圍區(qū)域等）：報警后，主機可通知異地的主人、接警中心等。
按報警方式，報警主機可分為：
（1）現(xiàn)場告警型[4]：報警后，主機自動打開現(xiàn)場的高音量警號，通知在場的主人。
?。?）無線告警型：報警后，主機發(fā)射無線報警信號給值班室，有一定的距離限制。
?。?）電話撥號報警型：如有警情，可按照客戶設(shè)定的手機或者電話號碼撥號報警。
?。?）彩信報警器：如有警情，主機可通過GPRS將報警圖片傳輸?shù)浇泳行幕蛘呦嚓P(guān)人員手機上或郵箱里。
市場上的產(chǎn)品一般都有打開本地報警警號、發(fā)送無線報警信號到監(jiān)控室、電話通知和短信通知功能。
1.3 布防、撤防
?。?）可在報警主機的鍵盤和控制面板上直接設(shè)置，也可通過遙控器設(shè)置。
?。?）布防、撤防可采用滾動碼和跳碼技術(shù)。
?。?）如果遙控器損壞，可在主機直接復(fù)位并重新設(shè)置。
1.4 故障報警
?。?）當(dāng)電路線遇到人為損壞或報警主機電壓不足等故障時，報警主機會發(fā)出故障報警信號。
?。?）可內(nèi)置電池，斷電后可維持一段時間。
（3）系統(tǒng)一般有狀態(tài)記憶功能，當(dāng)斷電后，備用電源耗盡又重新來電時，系統(tǒng)仍保持斷電前設(shè)置的狀態(tài)。
2 報警器的基本原理
本文對最常見的雙鑒式入侵探測器做重點敘述。它是指將微波探測技術(shù)[5]與被動紅外探測技術(shù)復(fù)合使用的探測器，在控制范圍內(nèi)，只有在兩種探測技術(shù)下都探測到物體時，才輸出報警信號。
2.1被動紅外探測器的工作原理及響應(yīng)特性
被動紅外探測器[6]是靠探測人體發(fā)射的紅外線來進行工作的：探測器收集外界的紅外輻射，進而由菲涅爾透鏡聚集到紅外傳感器上。熱釋電元件接收了紅外輻射后，溫度就會發(fā)生變化，進而向外釋放電荷，檢測處理后產(chǎn)生報警。紅外探測原理如圖1所示。
（1）菲涅爾透鏡有兩個作用：一是聚焦作用，即將熱釋紅外信號折射（反射）在熱釋電紅外傳感器（PIR）上；二是將探測區(qū)域分為若干個明區(qū)和暗區(qū)，使進入探測區(qū)域的移動物體能以溫度變化的形式在PIR上產(chǎn)生變化熱釋紅外信號，這樣PIR就能產(chǎn)生變化的電信號。
?。?）熱釋電人體紅外線傳感器由熱釋電元、阻抗變換器和濾光窗三大部分組成[7]。
?、偃梭w都有恒定的體溫，一般在37℃，所以會發(fā)出特定波長為10 m左右的紅外線。PIR能將波長為8~12 m之間的紅外信號轉(zhuǎn)化為電信號，并能對自然界中的白光信號具有抑制作用[8]。
?、赑IR在工藝上將兩個特征一致的熱釋電元反向串聯(lián)或接成差動平衡電路方式，因而能以非接觸式檢測出物體放出的紅外線能量變化，并將其轉(zhuǎn)換為電信號輸出。熱釋電元由高熱電系數(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。
?、郛?dāng)無人體移動時，感應(yīng)到的只是背景溫度。環(huán)境背景輻射對兩個熱釋電元幾乎具有相同的作用，使其產(chǎn)生的釋電效應(yīng)相互抵消，于是探測器無信號輸出。一旦入侵者進入探測區(qū)域內(nèi)，人體紅外輻射通過部分鏡面而聚焦，從而被熱釋電元接收，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)信號處理而報警。因此，紅外探測的基本概念就是感應(yīng)移動物體與背景物體的溫度差異。
被動紅外探測器的優(yōu)點在于本身不發(fā)任何類型輻射，器件功耗很小，隱蔽性較好，價格低廉。不足之處是：（1）易受各種熱源、光源的干擾，環(huán)境溫度與人體溫度接近時，探測和靈敏度明顯下降；（2）被動紅外穿透力差，人體的紅外輻射容易被遮擋，不易被探測器接收；（3）物體對著探頭呈垂直狀態(tài)運動時，靈敏度低；（4）在潮濕的環(huán)境下靈敏度下降[9]。
2.2 微波報警器工作原理及響應(yīng)特性
微波是指頻率大于300 MHz的無線電波。報警器微波探測方式的工作原理基于多普勒效應(yīng)：微波的波長很短，在1 mm～1 000 mm之間，因此很容易被物體反射。微波信號遇到移動物體反射后會產(chǎn)生多普勒效應(yīng)，即經(jīng)反射后的微波信號與發(fā)射波信號的頻率會產(chǎn)生微小的偏移，此時可認為報警產(chǎn)生。其原理如圖2所示。
微波探測的不足是易受金屬物的影響，由于金屬對微波反射較強，在探測區(qū)域內(nèi)有大面積或體積較大的金屬物體存在時，在其后的陰影部分會形成探測盲區(qū)。
2.2.1 微波紅外復(fù)合（雙鑒）探測器
微波探測技術(shù)對物體的正面移動敏感，而被動紅外探測技術(shù)則對物體從側(cè)面切割探測區(qū)域的移動方式敏感。并且，它既能保持微波探測器可靠性強、與熱源無關(guān)的優(yōu)點，又集合了被動紅外探測器無需照明和亮度要求、可晝夜準(zhǔn)備運行的特點，大大降低探測器的誤報率[10]。
其局限性體現(xiàn)在：（1）雖然采用了紅外報警和微波報警相與的關(guān)系，但如果其中之一失效，報警器便不會報警，進而會降低探測能力；（2）微波本身具有一定的穿透能力（如墻壁等），增加了誤報率；（3）微波可以被金屬屏蔽，在實際應(yīng)用中增加了探測的局限性。
2.2.2 微波紅外復(fù)合（雙鑒）探測器的關(guān)鍵技術(shù)
?。?）反偽裝技術(shù)
現(xiàn)有的被動紅外加微波的雙鑒技術(shù)具有兩個致命弱點：①當(dāng)環(huán)境溫度接近人體溫度時，入侵者所發(fā)射的紅外線能量與周圍環(huán)境所發(fā)射的相似，因此紅外傳感器將無法區(qū)分人體與周圍環(huán)境信號的差異，探測靈敏度隨之急劇下降。②入侵者用普通的傘或其他可阻擋紅外線的物體來遮掩自己身體并緩慢移動時，能輕易地躲過被動紅外探測器的探測。
反偽裝技術(shù)（Anti-Cloak Technology，ACT）Rokonet公司的專利技術(shù)。它的突破在于在上述兩種條件下，利用創(chuàng)新的模式識別算法對信號進行獨特的分析處理，將探測器自動從雙鑒轉(zhuǎn)換至單微波觸發(fā)報警模式[11]。
對于第一個弱點，該技術(shù)能夠測量環(huán)境溫度，并在接近人體溫度時，自動轉(zhuǎn)換到單微波模式。并且，采用了提高多普勒脈沖觸發(fā)警情的門限值要求和數(shù)量要求的技術(shù)，從而降低靈敏度，減少了誤報率。
對于第二個弱點，該技術(shù)專注于信號的形態(tài)和頻率，而非信號強度。偽裝后的入侵者在移動中的信號雖然很弱，但具有特定的形態(tài)和頻率特性，信號強度接近聲音信號的水平。ACT技術(shù)采用復(fù)雜的圖像識別算法，能夠判別出該信號。該算法過濾了在被動紅外通道中所有可能產(chǎn)生誤報的因素，如射頻干擾產(chǎn)生的瞬間信號以及熱源發(fā)出信號等，從而不會削弱防止誤報的性能。
（2）主動紅外探測技術(shù)
不同于主動紅外報警器中發(fā)射器與接收器的配對光柵式使用，主動紅外探測技術(shù)指的是，用砷化鎵發(fā)光二極管發(fā)出0.8~0.9 m左右的紅外線遇到遮擋物會被反射回來，報警器自身的接收器接收到后即報警。
以色列的Visonic公司開發(fā)了這一技術(shù)，即X-Masking[12]。被動紅外技術(shù)的弱點在于其被動性。為了探測探測器附近的遮擋物，需要給被動紅外系統(tǒng)添加一個相對應(yīng)的主動系統(tǒng)。該系統(tǒng)由砷化鎵發(fā)光二極管構(gòu)成，從探測器內(nèi)部的一個特殊窗口向外散射近紅外光信號。如在附近有遮擋物，近紅外光脈沖的一部分被反射回探測器，由一個放置在被動紅外透鏡后面的對近紅外光敏感的硅光電二極管來接收，從而報警。
報警器通電啟動后，在60 s內(nèi)探測器嘗試學(xué)習(xí)周邊環(huán)境，預(yù)設(shè)置一個表達穩(wěn)態(tài)狀況的參考值，即預(yù)熱。當(dāng)學(xué)習(xí)結(jié)束后，探測器附近環(huán)境的任何變更將改變探測信號的級別。當(dāng)反射物（增加）或吸收物（減少）被用在遮擋嘗試中，級別將改變，因此影響了穿過透鏡的能量值。如果信號超過了任何一個預(yù)設(shè)值，并且干擾持續(xù)超過了30 s，將觸發(fā)一個反遮擋的報警信號。
?。?）防遮擋的信號報警
探測器的反遮擋信號輸出一般采用的是故障輸出端（TRB端），平時常閉，遇遮擋后輸出為電壓，或開路報警信號。
?。?）防寵物與自適應(yīng)門限處理
自適應(yīng)寵物門限算法VPT的原理在于測量物體穿越探測區(qū)域的頻率來選擇合適的判別門限。該門限實時自調(diào)節(jié)，在任何一種穿越頻率下，都被設(shè)置在高于寵物信號強度，并且低于入侵者信號強度的水平，確保在忽略寵物的同時探測到入侵者。
3 解除響應(yīng)的原理
?。?）利用探測器的自適應(yīng)性，將遮擋材料緩慢地向探測器遮擋，使周圍的環(huán)境參數(shù)近乎不改變，使探測器探測不到遮擋物的遮擋行為和人體自身的紅外線輻射，從而避免報警。同時，實驗各材質(zhì)的反射程度，以期盡可能地達到吸收、散射等效果。
?。?）目前主流報警器采取微波和被動紅外報警信號相與的方式，即這兩種方式同時探測到入侵者才可報警。故考慮破壞方式其中之一，即可達到欺騙報警器的效果。
?。?）改變環(huán)境，例如升高探測器附近的溫度到人體體溫，使人體隱藏在環(huán)境之中，使報警器無法將人體從環(huán)境之中區(qū)分開來，從而避免報警。
4 結(jié)束語
微波和被動紅外雙鑒式入侵探測器目前應(yīng)用最為廣泛。另外，在實際應(yīng)用中，無防遮擋功能的種類占大多數(shù)，但未來防遮擋、防偽裝等功能的應(yīng)用必將更加普及。
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