红外探测器原理

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1、红外探测器原理安防2007-10-16 10:17:07阅读888评论3 字号：大中小订阅 被动红外探测器凡是温度超过绝对0C的物体都能产生热辐射，而温度低于1725r的物体产生的热 辐射光谱集中在红外光区域，因此自然界的所有物体都能向外辐射红外热。而任 何物体由于本身的物理和化学性质的不同、本身温度不同所产生的红外辐射的波 长和距离也不尽相同，通常分为三个波段。近红外：波长范围0.753pm中红外：波长范围325pm 远红外：波长范围 251000pm 人体辐射的红外光波长350pm,其中814pm占46%，峰值波长在9.5pm。 被动红外报警探测器在室温条件下，任何物品均有辐射。温度越高的

2、物体，红外辐射越强。人是 恒温动物，红外辐射也最为稳定。我们之所以称为被动红外，即探测器本身不发 射任何能量而只被动接收、探测来自环境的红外辐射。探测器安装后数秒种已适 应环境，在无人或动物进入探测区域时，现场的红外辐射稳定不变，一旦有人体 红外线辐射进来，经光学系统聚焦就使热释电器件产生突变电信号，而发出警报 。被动红外入侵探测器形成的警戒线一般可以达到数十米。被动式红外探测器主要由光学系统、热传感器(或称为红外传感器)及报警 控制器等部分组成。其核心是不见是红外探测器件，通过关学系统的配合作用可 以探测到某个立体防范空间内的热辐射的变化。红外传感器的探测波长范围是8 14pm，人体辐射的红

3、外峰值波长约为10pm，正好在范围以内.被动式红外探测器(Passive Infared Detector，PIR)根据其结构不同、警 戒范围及探测距离也有所不同，大致可以分为单波束型和多波束型两种。单波束 PIR采用反射聚焦式光学系统，利用曲面反射镜将来自目标的红外辐射汇聚在红外 传感器上。这种方式的探测器境界视场角较窄，一般在5以下，但作用距离较远 ，可长达百米。因此又称为直线远距离控制型被动红探测器，适合保护狭长的走 廊、通道以及封锁门窗和围墙。多波束型采用透镜聚焦式光学系统，目前大都采 用红外塑料透镜多层光束结构的菲涅尔透镜。这种透镜是用特殊塑料一次成 型，若干个小透镜排列在一个弧面上

4、。警戒范围在不同方向呈多个单波束状态， 组成立体扇形感热区域，构成立体警戒。菲涅尔透镜自上而下分为几排，上面透 镜较多，下边较少。因为人脸部、膝部、手臂红外辐射较强，正好对着上边的透 镜。下边透镜较少，一是因为人体下部红外辐射较弱，二是为防止地面小动物红 外辐射干扰。多波束型 PIR 的警戒视场角比单波束型大得多，水平可以大于90 垂直视场角最大也可以达到 90，但作用距离较近。所有透镜都向内部设置的热 释电器件聚焦，因此灵敏度较高，只要有人在透镜视场内走动就会报警。红外光穿透力差，在防范区内不应有高大物体，否则阴影部分有人走动将不 能报警，不要正对热源和强光源，特别是空调和暖气。否则不断变化

5、的热气流将引起误报警。为了解决物品遮挡问题，又发明了吸顶式被动红外入侵探测器。安 装在顶棚上向下 360范围内进行警戒，只要在防护范围内，无论从哪个方向入侵都会触发报警，在银行营业大厅，商场的公共活动区等空间较大的地方得到广泛 使用。被动式报警探测器由于探测性能好、易于布防、价格便宜而被广泛应用。其 缺点是相对于主动式探测误报率较高。主动式红外探测器主动红外探测器由红外发射机、红外接收机和报警控制器组成。分别置于收 、发端的光学系统一般采用的是光学透镜，起到将红外光束聚焦成较细的平行光 束的作用，以使红外光的能量能够集中传送。红外光在人眼看不见的光谱范围， 有人经过这条无形的封锁线，必然全部或

6、部分遮挡红外光束。接收端输出的电信 号的强度会因此产生变化，从而启动报警控制器发出报警信号。主动式红外探测 器遇到小动物、树叶、沙尘、雨、雪、雾遮挡则不应报警，人或相当体积的物品遮挡将发生报警。由于光束较窄，收发端安装要牢固可靠，不应受地面震动影响，而发生位移引起误报，光学系统要保持清洁，注意维护保养。因此主动式探测 器所探测的是点到点，而不是一个面的范围。其特点是探测可靠性非常高。但若 对一个空间进行布防，则需有多个主动式探测器，价格昂贵。主动式探测器常用 于博物馆中单体贵重文物展品的布防以及工厂仓库的门窗封锁、购物中心的通道 封锁、停车场的出口封锁、家居的阳台封锁等等。主动式红外探测器有单

7、光束、双光束、四光束之分。以发射机与接收机设置 的位置不同分为对向型安装方式和反射式按装方式，反射型安装方式的接收机不 是直接接收发射机发出的红外光束，而是接收由反射镜或适当的反射物（如石灰 墙、门板表面光滑的油漆层）反射回的红外光束。当反射面的位置与方向发生变 化或红外发射光束和反射光束之一被阻挡而使接收机无法接收到红外反射光束时 发出报警信号。当使用较多的探测器进行防范布局时应该注意消除射束的交叉误射红外探测器中有两个关键性的元件，一个是热释电红外传感器（pir），它能将波长 为8 一 12um之间的红外信号变化转变为电信号，并能对自然界中的白光信号具有抑 制作用，因此在被动红外探测器的警

8、戒区内，当无人体移动时，热释电红外感应 器感应到的只是背景温度，当人体进人警戒区，通过菲涅尔透镜，热释电红外感 应器感应到的是人体温度与背景温度的差异信号，因此，红外探测器的红外探测 的基本概念就是感应移动物体与背景物体的温度的差异。另外一个器件就是菲涅 尔透镜，菲涅尔透镜有两种形式，即折射式和反射式。菲涅尔透镜作用有两个:一 是聚焦作用，即将热释的红外信号折射（反射）在pir上，第二个作用是将警戒区 内分为若干个明区和暗区，使进入警戒区的移动物体能以温度变化的形式在pir上 产生变化热释红外信号，这样pir就能产生变化的电信号。人体都有恒定的体温，一般在37度，所以会发出特定波长10微米左右

9、的红外 线，被动式红外探头就是靠探测人体发射的 10微米左右的红外线而进行工作的。 人体发射的 10 微米左右的红外线通过菲泥尔滤光片增强后聚集到红外感应源上。 红外感应源通常采用热释电元件，这种元件在接收到人体红外辐射温度发生变化 时就会失去电荷平衡，向外释放电荷，后续电路经检测处理后就能产生报警信号。红外探测器是防盗报警系统中最关键的组成部分，直接决定系统的灵敏性与稳定性，是整个 系统品质的保障。中国安防厂商在这些年来，无论在技术的掌握与生产能力的提升上，均有 明显的改善，这得归功于中国厂商不断吸收外商的产品设计和生产技术,并致力于降低成本， 使中国安防产品开始得到工程商们的认同，加上低价

10、对于甲方有着重要的吸引力，使得国产 品在市场上成长迅速。虽然国产品的品质仍与进口产品有段差距，但在用户对安防产品不熟 悉的情况下，中国安防产品仍极具竞争优势。许多外国厂商也承认，以前外商大幅依靠技术优势来应对中国国产品的成本优势，但近 年来差距已经缩小，优势渐减，可见中国厂商在技术上已经逐步赶上国外厂商，部分厂商更 具有创新能力，推出具特色的产品，使得中国安防产品的水准大幅提高。这个现象主要来自 许多厂商对于品牌意识与产品质量的重视，加大了投资与研发力度。红外探测器的原理及特点人体都有恒定的体温，一般在37度左右，会发出特定波长10pm左右的红外线，被动 红外探测器就是靠探测人体发射的10pm

11、左右的红外线而进行工作的。人体发射的10pm 左右的红外线通过菲涅尔滤光片增强后聚集到红外感应源上。红外感应源通常采用热释电元 件，这种元件在接收到人体红外辐射温度发生变化时就会失去电荷平衡，向外释放电荷，后 续电路经检测处理后就能产生报警信号。1. 被动红外探测器是以探测人体辐射为目标的，所以热释电元件对波长为10pm左右 的红外辐射必须非常敏感。2. 为了仅仅对人体的红外辐射敏感，在它的辐射照面通常覆盖有特殊的菲涅尔滤光片， 使环境的干扰受到明显的控制作用。3. 其传感器包含两个互相串联或并联的热释电元件。而且制成的两个电极化方向正好 相反，环境背景辐射对两个热释元件几乎具有相同的作用，使

12、其产生释电效应相互抵消，于 是探测器无信号输出。4. 一旦人侵入探测区域内，人体红外辐射通过部分镜面聚焦，并被热释电元接收，但 是两片热释电元接收到的热量不同，热释电也不同不能抵消，经信号处理而报警。被动红外深测器优缺点优点：本身不发任何类型辐射，器件功耗很小，隐蔽性较好，价格低廉。缺点：容易受各种热源、阳光源干扰；被动红外穿透力差，人体的红外辐射容易被遮挡， 不易被探测器接收；易受射频辐射的干扰；环境温度和人体温度接近时，探测和灵敏度明显 下降，有时造成短时失灵。如何正确安装与使用被动红外探测器被动红外探测器是一种在安防工程中使用极为普遍的一类探测器。但要其正常使用，既 要防止漏报，又要减少

13、误报，主要是将误报现象降到最低的限度。要做到这一点，必须首先 要了解被动红外探测器的一些基本概念及其技术特点，这样才能根据这些基本的技术特点， 从安装、调试、使用等各个环节，按照探测器的基本技术特点，这样才能最大限度的发挥探 测器的最大功效。那么首先我们就要了解以下信息，对正确使用被动红外探测器将有很大的帮助作用。1. 根据说明书确定安装高度探测器的安装高度不是随意的，会直接影响到探测器的灵敏度和防小动物的效果，一般 壁挂型红外探测器安装高度为2.0-2.2米处。2. 不宜面对玻璃门窗正对玻璃门窗会有两个问题:一是白光干扰，虽然被动式红外探测器（PIR）对白光具有 很强的抑制功能，但毕竟不是1

14、00%的抑制，不要正对玻璃门窗，可以避免强光的干扰； 二是避免门窗外复杂的环境干扰，比如太阳直射、人群、流动车辆等。3. 不宜正对冷热通风口或冷热源被动红外探测器感应作用是与温度的变化具有密切的关系，冷热通风口和冷热源均有可 能引起探测器的误报，对有些低性能的探测器，有时通过门窗的空气对流也会造成误报。4. 不宜正对易摆动的大型物体大型物体大幅度摆动可瞬间引起探测区域的突然的气流变化，同样可能引起误报；如室 外探测器要避开大树和较高的灌木。5. 合理的位置应尽量探测范围内不得有隔屏、家具、大型盆景或其他隔离物；在同一个空间最好不要 安装两个无线红外探测器，以避免发生因同时触发而干扰的现象；红外

15、探测器应与室内的行 走线呈一定的角度，探测器对于径向移动反应最不敏感，而对于切向（即与半径垂直的方向） 移动则最为敏感。在现场选择合适的安装位置是避免红外探测器误报、求得最佳检测灵敏度 的极为重要的一环。6. 合理的选型被动红外探测器具有多种型号，从室内到室外，从有线到无线，从单红外到三红外，从 壁挂式到吸顶式的都有，那么所要安装的探测器必须要考虑防范空间的大小，周边的环境, 出入口的特性等实际状况。Page将探测器安装完中后，调试探测器是最后所要做的工作。被动红外探测器的调试一般是 步测，就是调试人员在警戒区内走S型的线路来感知警戒范围的长度宽度等来测试整个报 警系统是否达到要求。可查阅说明

16、书来适当调节探测器的灵敏度，过高过低的灵敏度都将影 响防范效果。探测器的误报因素及解决办法理想的入侵探测器仅仅响应人员的存在，而不响应如狗、猫及老鼠等动物的活动，也不 响应室内环境的变化，如温度、湿度的变化及风、雨声音和振动等。要做到这一点不是很容 易，大多数装置不但响应了人的存在，而且对一些无关因素的影响也产生响应。没有入侵行为时发出的报警叫做误报。误报可能由于元件故障或某些外界影响而造成， 它所产生的恶劣后果是不堪设想的，最轻的后果是因为增加了许多不必要的麻烦而使人感到 厌烦，从而大大降低报警器的可信度。最坏的后果是它使警察或保安人员毫无必要地火速赶 到现场，这样他们本身的安全和周围人们的

17、安全都会受到危害。因此，误报警是报警器的致 命弱点。我们来分析一下红外探测报警器主要有那些原因会造成误报。目前报警系统出现误报主 要有以下几个方面原因：无线探测器抗干扰能力差表现为同频干扰容易造成误报；红外探测 器对入侵行为判断力不够准确造成误报；红外探测器易受温度、光线等环境因素影响而产生 误报；由于主机和探测器都是采用无线编码方式设置编码有重复造成主机和探测器重码导致 误报；也有些报警器的质量太差，如元器件的损坏和生产工艺不良造成误报；还有跟选择的 设备、安装的方式、角度、位置、也有关；还有在受环境的影响下如空气流动、宠物行动等， 还有人为的因素主要有用户操作不当、不小心触发报警器、误闯、

18、误入已经设防的访区等都 会产生误报。产生误报的原因很多也很复杂。因此要降低防盗报警器的误报最重要的是要从多方面的 因素加以考虑，比如从技术和性能方面选择探测器，包括传感探测器的选择、菲涅尔透镜的 外形设计，微处理器程序，多鉴技术、自动跳码的滚动编码技术、生产工艺、使用方法，温 度补偿，灵敏度探测距离调整等。这些综合因素都决定了探测器的性能和误报率。针对以上情况设计的新一代红外探测器采用一些独持的技术来解决此类问题。首先在红 外透镜的焦点上，应用不同电路分别连接的两个光热感应器。特殊的透镜将覆盖区域分为多 个灵敏度梯形的保护区，并保证了保护区内的信号强度。独特的透镜还可以充当红外滤光镜， 表面经

19、过特殊处理的黑色透镜允许可见光和短波红外线（在大多数有白光光源的地方都存在） 射入，然后被其黑色底座所吸收。黑色红外透镜只反射波长符合人体移动的红外线，将其反 射到光热感应器上。通过白光滤光镜，探测器可以防止白光干扰。如果某人进入或离开探测 器覆盖的一个或几个区域，探测器应可以探测到红外辐射能量的变化，A/D转换器将感应 器送出的信号数码化后，再用处理器进行分析，然后才发出报警信号。这个过程涉及到探测中的所有标准，如信号的振幅、时间、格式、能量和频谱等，再加 上从现场实际提取的统计信息。这些标准须结合判断探测它们的合理性，只有在结果符合强 行闯入的标准后探测器才发出报警。对光热感应器的信号进行

20、数码化处理，可以消除信号的 瞬变和电磁波的干扰等。目前，双鉴探测器在市场中占据了一定份额，微波对温度、光线的变化并不敏感，通过 两个探测单元复合探测，探测器的智能双鉴被动红外探测器已大大降低了误报可能性。报警探测器的灵敏度和可靠性是相互影响的。合理选择报警探测器的探测灵敏度和采用 不同的抗外界干扰的措施，可以提高报警探测器性能。采用不同的抗干扰措施，决定了报警 探测器在不同环境下的使用性能。了解各种报警探测器的性能和特点，根据不同使用环境， 合理配置不同的报警探测器是防盗报警系统的关键环节。各种探测器有各自不同的工作原理, 它们各有优缺点，要使探测器在任何场合都能有效地发挥作用，就应该进行精心

21、选择、精心 安装。Page主动红外与被动红外探测器的区别及应用主动红外入侵探测器是由发射机和接收机组成，发射机是由电源、发光源和光学系统组 成，接收机是由光学系统、光电传感器、放大器、信号处理器等部分组成。主动红外探测器 是一种红外线光束遮挡型报警器，发射机中的红外发光二极管在电源的激发下，发出一束经 过调制的红外光束（此光束的波长约在0.80.95微米之间），经过光学系统的作用变成 平行光发射出去。此光束被接收机接收，由接收机中的红外光电传感器把光信号转换成信号， 经过电路处理后传给报警控制器。由发射机发射出的红外线经过防范区到达接收机，构成了 一条警戒线。正常情况下，接收机收到的是一个稳定

22、的光信号，当有人入侵该警戒线时，红 外光束被遮挡，接收机收到的红外信号发生变化，提取这一变化，经放大和适当处理，控制 器发出的报警信号。目前此类探测器有二光束、三光束还有多光束的红外栅栏等。一般应用 在周界防范居多，最大的优点就是防范距离远，能达到被动红外的十倍以上探测距离。被动红外探测器主要是根据外界红外能量的变化来判断是否有人在移动。人体的红外能 量与环境有差别，当人通过探测区域时，探测器收集到的这个不同的红外能量的位置变化， 进而通过分析发出报警。但外界环境是：不但人体会发出红外能量，许多物体在一定的条件下都会散发红外能量, 而在可见光中这种能量尤其突出，所以任何被动红外探测器的抗白光干

23、扰就成了一个重要的 指标。在室内光线稳定、红外能量比较恒定的情况下，这种探测方式表现非常好。但室外情 况就不同了，长期以来被动红外红外探测在室外只有极少数厂家才能做到。正所谓室内室外 一小步，科技含量三大步。主动红外探测器设备选择1根据防范现场最低、最高温度及其持续时间，选择工作温度与之适合的主动红外入侵探 测器；若环境温度过低可使用专用加热器以保证探测器的正常工作。2. 主动红外入侵探测器受雾影响严重，室外使用时均应选择具有自动增益功能的设备（此 类设备当气候变化时灵敏度会自动调节）；另外，所选设备的探测距离实际警戒距离留出2 0%以上的余量，以减少气候变化引起系统的误报警。3. 在室外使用

24、时一定要选用双光束或3光束主动红外入侵探测器，以减少小鸟、落叶等引 起系统的误报警。4. 主动红外入侵探测器中所用红外发光二极管波长分别在0.85pm和0.95pm附近。前 者有红曝现象产生，其隐蔽性不如后者好。5. 多雾地区、环境脏乱风沙较大地区的室外不宜使用主动红外入侵测器。6. 在空旷地带或在围墙上、屋顶上使用主动红外入侵探测器时，应选择具有避雷功能的设 备。7. 遇有折墙，且距离又较近时，可选用反射器件，以减少探测器使用数量。8. 室外使用主动红外入侵探测器的最大射束距离应是制造厂商规定的探测距离的6倍以上。入侵探测器的发展趋势及市场前景随着安防技术的发展、安防市场的成熟，以及政策法规

25、的完善，可以概括为数字化、无线化、集成化是防盗报警系统的技术发展趋势：1.更稳定/可靠：如探测器需可抗RFI/EMI、防雷电等，以适应恶劣气候；2更多样的功能：如探测器可调频、防遮挡、防喷盖、防破坏等;3. 更精美、小巧的外观：以符合品味日益提高的室内装潢需求；4. 更智能化的设计：方便地设/撤防，人性化的操作界面；5更强大的联网功能；6.更方便的扩展性。产品技术将在数字化、无线化、集成化前提下力求突破。而在应用市场上，将朝更细化 的方向前进。针对不同市场，推出不同产品。以成长最快的住宅小区应用为例，有厂商表示， 专为住宅小区设计的定向幕帘式+防宠物探测器成本低、安装简单，适合家庭用的无线联网 报警系统，以及小区智能化安防+报警集成系统产品都将是亮点。而除了住宅小区、商办大 楼的室内/外应用，机场、码头、养殖场、矿场、油田等室外应用更是尚待厂家们大力拓展 的空间。针对上述情况，经过不断调整、适应与改进，我国安防产品行业必定会更加健康、有序 地向前发展，其前景是乐观的。