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热释电红外传感器及其在防盗系统中的应用

信息来源: http://ggbsw.com  时间:2017/1/4 9:09:38 

    引言:安全问题是当今世界共同关注的一大社会问题,它涉及到国家、军队和社会的各个领域及人们生活的方方面面,针对防盗、防破坏而研制开发的防盗系统,可以有效地预防非法侵入和破坏。探测器作为防盗系统的“眼睛”,其性能的优劣,直接影响到系统的性能,那么怎样才能提高报警探测器的性能呢?下面首先讨论一下有关传感器的情况。

    热释电红外传感器的工作原理

    某些电介质存在着固有的自发电极化特性,当介质的温度发生变化时,其极化强度也随之改变,与极化强度方向垂直的晶体表面就会产生热释电电荷,这种电介质随温度变化而产生电荷的现象称为热释电效应。利用热释电效应制成的传感器称为热释电传感器。

    热释电传感器是动态换能器件,稳定状态的输出信号为零,只有在传感器内热电材料的温度上升过程中才有信号输出。当传感器达到热平衡和电平衡时,外界恒定的辐射不会引起传感器温度的变化,也就不可能有相应的电信号输出。热释电传感器对任何波长的辐射都会有响应,其除具有快的响应速度外,还有大的频率探测范围。由于热释电传感器具有测量频率范围宽,适于室温工作的特点,已在军事、工业、农业等各个领域得到了广泛应用,接下来主要讲解的是热释电传感器在安全防盗方面的应用。

    由于热释电传感器主要是感知外界红外辐射的能量变化,因此又称作热释电红外传感器。从其原理上看,它是将物体发出的红外线能量转换成相应的电信号,并经过放大处理后被相应的系统利用。由于它本身不含红外发射器,而是吸收被测物体的红外线,因此又称为被动式红外传感器。

    被动式红外报警探测器的设计

    任何高于绝对温度的物体都会产生电磁辐射——红外线,但各种不同温度的物体所辐射的红外线的波长和能量是不同的。物体的表面温度越高,它的辐射能量就越强。人体所产生的红外辐射大部分在7一14um的波段,其峰值波长大约在9.4um附近。

    由以上分析可知,只要在一定距离范围内有人存在,传感器就能作出相应的反映,这正是防盗系统所要达到的目的,即探知“坏人”对警戒区域的入侵。凡是高于绝对零度的物体都能辐射红外线。

    基于上述的原因,在设计聚光透镜时,往往对光滑的光学镜面进行棱状或柱状处理,以使被监测的空间产生一系列交替的狭小的红外“高灵敏感应区”和“盲区”。当有人在镜前走动时,人体发出的红外线就不断地从“高灵敏区”进入“盲区”,传至传感器的红外线便会时有时无。即大量的光脉冲进入红外探测元,经转换,便输出相应变化的电脉冲,从而提高了其接收灵敏度,并提高了其探测距离,这种能提高探测距离和精度的光学系统称为菲涅尔透镜。

    热释电红外传感器,在探测到人体辐射时输出的脉冲信号仅为几十uv的0.3—10}lZ范围内的交变信号,由于信号极其微弱,所以必须经过滤波放大后才能被后置仪器接收。

    图l中Ic为四运放器件,其中ICa和几个阻容元件组成的弱信号放大器约放大26dB,再经ICb第二级有源滤波器放大后,加至窗口比较电路。二级运放的滤波带宽为0.3—15Hz.可对困大气温度变化等产生的15HZ以上的干扰信号进行衰减、滤除。ICc、ICd和电阻分压网络组成门限电平比较器,当人向前或向后移动时,ICc和ICd会分别输出一跳变信号。即不管处于照射区的人怎样移动.比较器皆输出一个正向跳变信号,将信号从P¨处取出,即可被后置控制系统采用。

    智能防盗系统设计

    目前用于安全的防盗系统有许多种类型,但感应探测部件大都是单一原理的传感器。对不同入侵者的感应程序的相对固化,使得探测效果受到限制。另外整机可靠性水平不高,往往易于出现误报、不报或过敏报警。

    随着计算机技术的发展和单片机技术的推广应用,使得基于单片机的智能防盗系统成为可能。这里所探讨的就是以热释电红外报警探测器作为系统探测装置的一种智能型防盗系统。

    探测部分由包括被动红外探测器在内的各种探测器、以及断线报警模块组成,报警部分由地点显示警示灯、声音报警装置、高压击打装置和自动拨打电话/BP机装置组成。

    由于热释电红外报警探测器输出脉冲信号,能够作为数字信号直接被单片机接收,因此可以直接与单片机连接,为了进一步减少误报率,提高系统的可靠性,再接入其他原理的探测器,如主动红外探测器、超声波探测器等,只有当单片机同时收到不同的探测器发出的脉冲信号后,单片机才判定有人侵入了警戒区域,然后向后置装置发出指令,产生声、光报警,并自动启动高压打击装置,如果来人继续侵入,则受到高压打击,同时系统自动拨打值班电话或通过BP机发送警示语言信息。单片机仅收到某一探测器的信号,则将此信号储存,如果延时一定时间后收到另一探测器的信号则立即报警。

    结论

    由于该防盗系统采用了以CPU为核心的大规模集成电路,使得系统具有体积小-结构简单的特点,另外系统采用了模块化设计,可以根据具体需要随时设置相应的功能。系统最大的特点是具有智能化,并因此提高了系统的可靠性。其中熟释电红外探测器以其优越的性能,合理的结构,成为该系统的“火眼金睛。


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