光电式传感器的应用—红外报警器

1、2011-2012学年一学期计算机科学学院传感器技术期末考核班级：09通信工程 学号： 姓名： 光电式传感器的应用红外报警器引言：随着人民的生活水平有了很大提高，各种高档家电产品和贵重物品为许多家庭所拥有。然而一些不法分子也是越来越多。这点就是看到了大部分人防盗意识还不够强，造成偷盗现象屡见不鲜。因此，越来越多的居民家庭对财产安全问题十分担忧。现在很多小区都安装了智能报警系统，因而大大提高了小区的安全程度，有效保证了居民的人身财产安全。由于红外线是不可见光，有很强的隐蔽性和保密性，因而在防盗、警戒等安保装置中得到了广泛的应用。关键词: 光电传感器，主动红外报警器，被动红外报警器一、红外报警器的

2、简介1. 红外报警器工作方式红外报警器由报警主机和红外探测器组成报警系统。探测一旦探测到入侵，红外报警器立即把报警入侵信号无线密码传输到报警主机，主机接收到报警信号后，会立即启动高分贝警笛现场报警器，红外报警器主机面板上的LED显示报警防区，防区路数0-99路，明确显示入侵方位，同时报警主机还有时间显示、报警记录查询、自动开关机等功能。2. 红外报警器的性能红外报警器采用全套集成电路，调频传送报警信号，晶体稳频具有探测灵敏、报警准确可靠、安装简单的特点，质量符合GB10408、GB12633国家标准，被广泛用于家庭、别墅、银行、商场、仓库等地方，是防盗报警的最有效装置。3. 市场上比较常用的两

3、种红外报警器主动红外报警（较常用于室外监控）被动红外报警（较常用于室内监控）二、红外报警器的分类及原理1. 红外报警器的分类红外报警器分为主动红外报警（即二极管发出红外光）和被动红外报警（即人体的体温在37度左右时发射的10m左右的红外线）。主动红外报警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。主动红外报警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

4、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。目前此类报警器有二光束、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。被动红外报警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，报警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

5、出报警。人体都有恒定的体温，一般在37度左右，会发出特定波长10m左右的红外线，被动红外报警器就是靠探测人体发射的10m左右的红外线而进行工作的。人体发射的10m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。被动红外报警器是以探测人体辐射为目标的，所以热释电元件对波长为10m左右的红外辐射必须非常敏感。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。其传感器包含两个互相串联或并联的热释电元

6、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，使其产生释电效应相互抵消，于是报警器无信号输出。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。用它制作的防盗报警器与目前市场上销售的许多防盗报警器材相比，具有如下特点：1. 不需要用红外线或电磁波等发射源。2. 灵敏度高、控制范围大。3. 隐蔽性好，可流动安装。2. 红外报警器的原理特性（1）. 主动红外报警原理主动红外入侵探测器是由主动红外发射机和主动红外接收机组成。探测器利用发射机发车红外射线，由接收机接收。当

7、发射机与接收机之间的红外光束被完全遮断或按给定百分比遮断时，产生报警信号。主动红外发射机通常采用红外发光二极管作光源，其主要优点是体积小、重量轻、寿命长，交直流均可使用，并可用晶体管和集成电路直接驱动。现在的主动红外入侵探测器多数是采用互补型自激多谐振荡电路作驱动电源，直接加在红外发光二级管两端，使其发出经脉冲调制的、占空比很高的红外光束，这既降低了电源的功耗，又增强了主动红外入侵探测器的抗干扰能力。主动红外接收机中的光电传感器通常采用光电二极管、光电三极管、硅光电池、硅雪崩二极管等，按GBl0408.42000入侵探测器第4部分：主动红外入侵探测器规定：“探测器在制造厂商规定的探测距离工作时

8、，辐射信号被完全或按给定百分比遮光的持续时间大于40ms时，探测器应产生报警状态。”目前市售的主动红外入侵探测器均给出最短遮光时间范围。例如：某品牌的主动红外入侵探测器最短遮光时间范围是30ms600ms。给出一个范围的原因是不同的使用部位可以设定(调节)不同的最短遮光时间，这有益于减少系统的误报警。例如：将主动红外入侵探测器构成电子篱笆警戒时，就应将最短遮光时间调至30ms附近；用在围墙上或围墙内侧警戒时，就应将最短遮光时间调至600ms附近。具体数值使用者可通过试验确定。主动红外发射机所发红外光束定发散角，在GBl0408.42000标准中规定：“室内使用时，发射机与接收机经正确安装和对准

9、，并工作在制造厂商规定的探测距离，辐射能量有75。被持久地遮挡时，接收机不应产生报警状态。”从另一角度理解这句话的意思就是：当接收机接收的能量小于25时，系统就要产生误报警。为了减少由此引起的误报警，安装使用中应让发射机与接收机轴线重合。主动红外报警示意图1目前，除单光束主动红外入侵探测器外，还有双光束和4光束的。工作原理是：当两光束完全或按给定百分比同时被遮断时，探测器即可进入报警状态。这种主动红外入侵探测器可以减少小鸟、落叶等引起系统的误报警。市售的双光束主动红外入侵探测器有两类，一类是采用双边凹透镜结构的，此结构的探测器两光束之间距离较近，一般只在l0cm左右。若上下各用一组双边凹透镜，

10、即构成了4光束主动红外入侵探测器。再一类就是采用两对红外发射和红外接收装置构成的双光束主动红外入侵探测器。该探测器上下两光束距离可达20cm25cm，又称同步型双光束主动红外入侵探测器。主动红外报警示意图2（2）. 被动红外报警原理热释电红外传感器和热电偶都是基于热电效应原理的热电型红外传感器。不同的是热释电红外传感器的热电系数远远高于热电偶，其内部的热电元由高热电系数的铁钛酸铅汞陶瓷以及钽酸锂、硫酸三甘铁等配合滤光镜片窗口组成，其极化随温度的变化而变化。为了抑制因自身温度变化而产生的干扰，该传感器在工艺上将两个特征一致的热电元反向串联或接成差动平衡电路方式，因而能以非接触式检测出物体放出的红

11、外线能量变化，并将其转换为电信号输出。热释电红外传感器在结构上引入场效应管的目的在于完成阻抗变换。由于热电元输出的是电荷信号，并不能直接使用，因而需要用电阻将其转换为电压形式，该电阻阻抗高达104M，故引入的N沟道结型场效应管应接成共漏形式，即源极跟随器来完成阻抗变换。热释电红外传感器由传感探测元、干涉滤光片和场效应管匹配器三部分组成。设计时应将高热电材料制成一定厚度的薄片，并在它的两面镀上金属电极，然后加电对其进行极化，这样便制成了热释电探测元。由于加电极化的电压是有极性的，因此极化后的探测元也是有正、负极性的。双探测元热释电红外传感器的结构。该传感器将两个极性相反、特性一致的探测元串接在一起，目的是消除因环境和自身变化引起的干扰。它利用两个极性相反、大小相等的干扰信号在内部相互抵消的原理来使传感器得到补偿。对于辐射至传感器的红外辐射，热释电传感器通过安装在传感器前面的菲涅尔透镜将其聚焦后加至两个探测元上，从而使传感器输出电压