隨著人民生活水準的提高，對安全的要求也水漲船高。其首選的安全防範裝置就是防盜偵測器，其中企業單位與個人用戶主要以紅外線偵測器的選用為主，有部分工程和行銷人員對主∕被動式紅外線偵測器最核心的偵測元件的基本原理並不十分了解，本文將對該類產品做一解析。
主動式紅外線偵測器中紅外線接收器的工作原理
主動式紅外線偵測器能主動發射紅外線光，即當被偵測目標侵入所防範的警戒線時就會遮擋掉紅外線發射器與接收器之間的紅外線光束，我們把這種能感應被遮擋紅外線光束，並進入警報狀態的電子裝置稱為主動式紅外線偵測器。下面先介紹主動式紅外線偵測器中的核心元件——紅外線接收器。
由於同質半導體矽不同的摻雜形成的PN結、不同質的半導體組成的異質結，都存在內建電場。當光照這種半導體時，半導體對光的吸收就產生了光生電子和空穴，它們在內建電場的作用下就會向相反的方向移動和積聚而產生電位差。這就相當於向PN結加上一個正電壓，就是光生電動勢。如果將這樣的PN結與外電路相連，就有電流流過外電路，從而在負載電阻上得到一個隨入射光變化的電壓訊號。這就是不加電源，能將光訊號轉變為電訊號的光電池的工作原理。主動式紅外線接收器就是用半導體矽作成的矽光電池、矽光電二極體或矽光電三極管，它們同矽CCD一樣，能接收4001100nm的可見光與近紅外線光。
主動式紅外線偵測器的工作原理
主動式紅外線偵測器的工作原理為主動式紅外線偵測器的發射器發出一束特殊的紅外線光束，被紅外線接收器接收，從而形成一條紅外線光束組成的警戒線。當被偵測目標侵入該警戒線時，紅外線光束被部分或全部遮擋，此時接收器接收的訊號就會發生變化，它經放大與訊號處理後，即控制發出警報（如圖1所示）。
主動式紅外線的發射光源，通常用紅外線發光二極體，其特點是體積小、重量輕、壽命長；其發射器採用自激光與多諧振盪器作為調製電源，使它產生很高占空比的脈衝波形，去調製紅外線二極體發光，以發射出紅外線脈衝調製光譜。這樣就降低了電源的功\耗，提高了靈敏度，和系統抗雜散光的干擾能力。
對於光束遮擋型的偵測器，訂定有效的警報最短遮光時間是很重要的。因為遮光時間選得太短，會引起不必要的雜訊干擾，如小鳥飛過、小動物穿過都會引起警報；而遮光時間選得太長，又可能導致漏報。因此，通常以10m/s的速度通過鏡頭的遮光時間，來訂最短遮光時間。例如人的最小寬度為20cm，則最短遮斷時間為20cm∕（10m∕s）=20ms。所以，最短遮光時間大於20ms，系統會警報；遮光時間小於20ms，則不警報。
當主動式紅外線偵測器用在室外光線過暗（夜晚）或過亮（中午強光）的環境中，背景輻射的強度比超過100dB時，通常會採用截止濾光片，濾去背景光中極大部分能量（可見光的能量），使接收器的光電感測器在各種戶外光照條件下的使用條件基本相似。此外，大霧還會引起傳輸中紅外線光的散射，縮短主動式紅外線偵測器的有效偵測距離，在安防工程中必須考慮。
而當監測距離遠時，可採用紅外線半導體雷射器來代替紅外線發光二極體作紅外線光源，因為雷射相較於一般光源，具有方向性好、亮度高、單色性好等特色，能量較集中。因此，用一套雷射偵測器可以封鎖一個場地的四周，或封鎖幾個主要的通道路口。
主動式紅外線偵測器的選購要點
1、對白光的過濾能力：白光主要是指日光等自然光和車頭燈等人工光，因為矽光電接收偵測器對這些光都可以接收，所以必須濾除。目前大都採用兩種方法：一是使用阻止白光通過的特殊材質的黑色外殼，能阻斷全部可見光；二是使用特殊設計的菲涅爾鏡片，其投光器、和受光器會發出與接收特定波長的紅外線光，經折射後形成圓錐形聚焦到矽光電感測器的感光面上，就將其他非訊號光過濾掉了。
2、偵測距離及其餘量：要了解主動式紅外線偵測器的偵測距離，其偵測距離最低不得少於6倍。否則，不能保障偵測器能夠在最惡劣的氣候條件下正常工作。
3、光束數量與頻率：一般來說，光束數量越多，越難被樹葉與小動物等同時遮斷，因而可有效排除單光束因遮擋而產生的誤報。此外，利用不同頻率的主動式紅外線對射，還可有效解決因系統中的對射、紅外線光散射而造成對其他對射的干擾，以避免漏報。
4、使用溫度與回應時間：主動式紅外線偵測器多在室外使用，因而必須要適應環境溫度的變化。一般要求在-3555℃最好，太低或太高的溫度都會影響電子電路及元件的正常工作。
5、外觀有無密封與防雷擊措施：因主動式紅外線偵測器多應用於室外，要採用橡膠密封圈等來對外殼進行密封。雷擊有分直接和感應兩種：直接雷擊的電能擴散量很大，破壞力強，但它發生的機率相對很小；感應衝擊則常會在電氣迴路中感應出電壓，引起電子設備損壞。一般產品都應安裝有電壓吸收管，保障產品在雷電頻繁的地區能正常工作。其防雷指標，以千伏（kV）表示。
6、測試是否方便，有無光束對準指示：主動式紅外線偵測器均可進行水平和垂直範圍的調節，而且應有光束對準指示，一般為LED指示燈，指示燈亮即為光束未對準，當旋轉對準後即熄滅。有些主動式紅外線偵測器還可微調進行精細對準，其方法是在接收端用萬用表從檢測口檢測光電接收器輸出的電壓，當微調處於最大電壓值時，即為找到的最佳、最穩定的最大訊號接收位置。
7、電磁相容性（EMC）及認證合格證：要檢查產品是否有做到電磁相容性（EMC）、有無電磁遮罩與濾波電路等措施，如果有，則可防止對外電磁輻射，消除外界射頻等電磁干擾訊號，以及內部電路與元件雜訊等干擾。
主動式紅外線偵測器的安裝使用要點
1、按方向安裝在穩固的物體上，並使發射與接收器在同一高度。因為發射器與接收器距離較遠時，只要輕微的晃動就會引起誤報，所以，要將主動式紅外線偵測器對準所需架設的距離與方向，安裝在穩固的物體上。另外，還要使發射器與接收器盡可能地安裝在同一高度，以方便光束對準調試。
2、要避開樹葉搖晃及晾曬衣物等的影響。主動式紅外線偵測器是防備人非法通行，中間要嚴格防止樹葉搖晃及晾曬衣物等，對紅外線光束遮擋所引起的誤報。
3、避免紅外線光束的交叉誤射。當使用多對主動式紅外線偵測器，組成警戒封鎖區或警戒封鎖網，乃至組成立體警戒封鎖區時，各對主動式紅外線偵測器必須使用不同的頻率，以避免紅外線光束的交叉誤射，造成誤報。
4、線路不能明架，要穿管暗設。為防止主動式紅外線偵測器的供電線路被人破壞，線路設計必須盡量隱藏。
5、安裝位置要能防止小動物等引起的誤報問題。設置在通道上的主動式紅外線偵測器，探頭的位置一般應距離地面50cm以上；柵欄與圍牆頂上安裝的紅外線偵測器，其探頭位置應高出柵欄與圍牆頂25cm，以防小貓、小鳥等引起誤報。如果是在柵欄與圍牆靠近頂部的側面作牆壁式安裝，可避開小貓、小鳥等的活動干擾。
被動式紅外線偵測器中熱釋電偵測器的工作原理
被動式紅外線測器主要是偵測接收外界的紅外線輻射，偵測器本身不發射任何能量，而只對人體發出的紅外線波段敏感。其核心元件——熱釋電偵測器是以熱釋電效應的原理運作，它是一種對波長無選擇性將熱能轉換為電能的熱電偵測器，並且是一種交流元件。因此，它對恆定不變的溫度無回應，只能偵測回應有變化的溫度。
一般電解質的內部沒有載流子，所以沒有導電能力，但它也是由帶電的粒子——電子、原子核等組成的。在外加電場的情況下（如加上電壓），帶電的粒子也要受到電場力的作用，其正電荷總是趨向陰極，而負電荷趨向陽極，雖然其移動距離很小，但其結果使電解質的一個表面帶正電，相反的表面帶負電，通常我們稱這種現象為「電極化」（如圖2所示）。
對大多數電解質來說，在電壓除去後，極化狀態隨即消失，帶電粒子的運動又回復到原來的狀態。但是，有一類被稱為「鐵電體」的電解質，在外加電壓除去後仍保持著極化狀態，這就是所謂「自發極化」。一般鐵電體的極化強度與溫度有關，溫度升高，極化強度減低。升高到一定溫度，自發極化就突然消失，這個溫度稱為「居禮溫度」或「居禮點」。當處在居禮點以下，極化強度是溫度的函數，利用這一原理製造的熱電偵測器，就稱熱釋電偵測器。
當紅外線輻射照射到已經極化了的鐵電薄片上時，引起薄片的溫度升高。因而表面電荷減少，這就相當於釋放了一部分電荷。釋放的電荷可用放大器轉變成輸出電壓。如果紅外線輻射繼續照射，使鐵電薄片的溫度升高到新的平衡值，表面電荷也就達到新的平衡濃度，不再釋放電荷，也就不再有輸出訊號。熱釋電型偵測器在穩定狀態下，輸出訊號下降到零，只有在薄片溫度的升降過程中才有輸出訊號，因此在設計製造和應用熱釋電偵測器時，都要設法使鐵電薄片具備最有利的溫度變化。
被動式紅外線偵測器的工作原理
任何高於絕對零度的物體都會釋放出紅外線，溫度越高，紅外線輻射的峰值波長就越短。通常人體可輻射出中心波長為910μm的紅外線，而熱釋電偵測器的波長在0.220μm範圍內幾乎是不變的，所以我們在晶片表面貼上截止波長為710μm的濾光片，於是就可得到只對人體敏感的熱釋電紅外線偵測器。
熱釋電偵測器用於防盜報警系統的電路構（如圖3所示）。這是由菲涅爾透鏡、熱釋電感測器、放大器、濾波器、電平比較器、驅動電路、繼電器和穩壓電源等組成。被動式紅外線偵測器透過菲涅爾透鏡聚集紅外線能量，當人體在它前面通過時，它具有將連續的紅外線輻射分割切斷的能力，從而形成紅外線脈衝。
由於熱釋電是交流元件，它只能偵測入侵的移動人體。因此，在實際使用中，把偵測器放置在所要防範的區域，那些固定的景物，例如：廠房、展廳、櫃檯展品就成為不動的背景，背景輻射的微小訊號變化，就是背景雜訊。熱釋電紅外線偵測器有雙源、四源等種類，紅外線源有類比式或數位式自動脈衝數調節等。
普通的被動式紅外線偵測器雖然有耗小、隱蔽好、無輻射、價格低等優點，但在有些情況下，卻存在著偵測能力低和容易發生誤報的缺點。不過，隨著現代光電等科學技術的發展，目前新型的被動式紅外線偵測器已經去除這些缺點。
被動式紅外線偵測器的選購要點
1、外形設計與外殼密封性能：外形美觀、設計好，表示來自正規生產；外殼密封性能好，就能防止氣流與小昆蟲入內，造成溫度變化導致誤報。
2、偵測能力、作用距離與警戒範圍：被動式紅外線偵測器的偵測能力常受到泡沫、噴霧（這是入侵者經常使用的手段）、紙、衣物等遮擋而下降，如果廠商有配備獨特的電子適配器即時防遮擋元件，一旦偵測器在白天被遮擋，這種遮擋警報會同時顯示在防遮擋監視輸出繼電器和警報輸出繼電器上，這時警報繼電器會停止，而防遮擋輸出會啟動，直至遮擋被挪走為止。
再者，要看看紅外線偵測器作用距離的遠近與警戒範圍的大小，是否符合自己的需要。最後檢視在偵測器規定的安裝高度下，所警戒的角度與偵測器下視區的角度是否有死角。
3、能否防拆、防破壞或易於安裝調整：要觀察整體結構性是否良好，必須具有防拆防破壞功\能；有些紅外線偵測器採用電子線路（帶插頭）和感應器分開設計的技術，使偵測器安裝更為簡便；現在也大多有完備的電壓監控電子線路和感應器自動定期自檢功\能，使調整更為簡便。
4、是否採用FSP、自適應處理、溫度補償與防寵物等技術：FSP（First Step Processing）技術：即第一步處理技術，該技術可根據不同訊號源產生的訊號幅度、極性、週期以及曲線坡度等指標進行判斷，自動調整偵測器的靈敏度。因此，可對人體目標即時作出正確反應，而不會受其他訊號源的干擾。
．自適應處理技術：該技術能對環境干擾自動進行調整，可以適應不同的背景干擾雜訊，最大程度地降低誤報，且不影響對正常移動人體入侵訊號的靈敏度。
．溫度補償技術：該技術能使人體溫度與環境溫度極端接近的條件下保持一貫的穩定性和靈敏度，以確保在各種環境下均能正常工作。
．防寵物技術：現在的被動式紅外線偵測器，均有防小寵物的過濾功\能。
5、電磁相容性（EMC）及合格認證：產品若有電磁遮罩與濾波電路，以及對於熱釋電偵測器的訊號可進行數位化處理，則可消除外界的射頻等電磁干擾訊號以及內部電路雜訊等問題。
6、即時反應：當人走進被動式紅外線偵測器的作用距離內與警戒範圍時，警報要能及時啟動才算有效。
7、功\耗與壽命：整體電源電壓與電流的大小會決定耗功\率的大小，一般家用當然希望耗功\率越小越好，而電路設計的合理性與所選用的元件品質也將決定整台機器的品質。
被動式紅外線偵測器的安裝使用要點
1、確實按照規定高度安裝。要確實按產品說明書上規定的高度安裝，偵測器才能獲得最大的有效偵測距離。
2、安裝在入侵者最可能通過的地方，並調整到最佳的角度。通常，被動式紅外線偵測器對橫向切割偵測視區的人體運動最敏感，安裝位置應使入侵者通過的路徑與偵測器視線有最佳的夾角（即90度）；若為雙鑑偵測器，其夾角應為45度最好。
3、不要面向玻璃門窗、冷熱通風口，也不要安裝在易振動的物體上。
[ 本帖最後由 0935097120 於 2008-6-24 16:45 編輯 ] |
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