紅外探測器
紅外探測器 紅外探測器(Infrared Detector)是將入射的紅外輻射信號轉變成電信號輸出的器件。紅外輻射是波長介於可見光與微波之間的電磁波，人眼察覺不到。要察覺這種輻射的存在並測量其強弱，必須把它轉變成可以察覺和測量的其他物理量。一般說來，紅外輻射照射物體所引起的任何效應，只要效果可以測量而且足夠靈敏，均可用來度量紅外輻射的強弱。現代紅外探測器所利用的主要是紅外熱效應和光電效應。這些效應的輸出大都是電量，或者可用適當的方法轉變成電量。
目錄
基本信息
| 中文名稱 | 紅外探測器 | 用途 | 檢測人體運動、非法入侵併報警 |
| 外文名稱 | Infrared Detector | 誤報率 | 低 |
作用原理
- 無線紅外探測器是採用國際最先進的數字處理技術開發而成的智能型雙元式探測器，它主要採用雙元被動紅外熱釋電傳感器和特殊的光輯分析判斷，帶微電腦數字信號處理，完善的溫度補償，獨有的防誤報算法，低功耗，性能穩定，抗干擾性強，是一種高性價比的無線紅外防盜探測器。
- 1、將探測器左邊的電源開關打到下面，此時探測器電源接通，面殼上的報警指示燈點亮約3秒，同時也發射出無線信號，報警3秒後探測器進入穩定程序，時間大約是50秒，穩定時間到，開始進入下一輪探測監控。
- 2、當有人進入探測器的探測範圍內時，探測器報警指示燈點亮，同時發射出無線信號。
- 3、只要報警後，便要等50秒後才會進入下一輪報警;如探測器一直處於監控狀態，則無論何時只要有人進入監控區域，則立刻產生報警。
- 在紅外線探測器中，熱電元件檢測人體的存在或移動，並把熱電元件的輸出信號轉換成電壓信號。然後，對電壓信號進行波形分析。於是，只有當通過波形分析檢測到由人體產生的波形時，才輸出檢測信號。例如，在兩個不同的頻率範圍內放大電壓信號，且將被放大的信號用於鑑別由人體引起的信號。於是，誤將諸如熱電元件的爆米花噪聲一類噪聲當作為由人體所產生而在準備加以檢測乃得以防止。
- 該紅外線探測器包括紅外線發射器、接收器、以及信號處理器，信號處理器的信號輸出端經紅外線發射電路與紅外線發射器連接;信號輸入端經紅外線接收電路與紅外線接收器連接，其反饋信號輸出端與外圍控制電路連接。
- 本技術採用微型單片機作為信號處理器產生編碼信號，驅動紅外線發射器發出帶有編碼信號的紅外線信號，並實時檢測經過放大電路處理後的反射信號，其編碼信號能夠保證多個相同型號的傳感器同時同地工作而不相互干擾。而且工作頻率一致、可靠性高、功耗小。
產品結構
- 一個紅外探測器至少有一個對紅外輻射產生敏感效應的物體，稱為響應元也叫電紅外傳感器，和可以讓紅外透過並劃分區域的介質也叫菲涅爾透鏡。此外，還包括響應元的支架、密封外殼。有時還包括致冷部件、光學部件和電子部件等。
- 一種紅外線探測器，其特徵在於，包括:熱電元件;電流-電壓變換器，它把來自所述熱電元件的電流變換成電壓信號;第一放大器，它以具有發送頻帶中心在第一頻率處的第一帶通濾波器特徵來放大從所述電流-電壓變換器接收到的所述電壓信號;第二放大器，它以具有發送頻帶中心在高於第一頻率的第二頻率處的第二帶通濾波器特徵來放大從所述電流-電壓變換器接收到的所述電壓信號;以及爆米花噪聲探測器，它把所述第二放大器的輸出信號與閾值相比較以輸出爆米花檢測信號。
產品特點
- 不同種類的物體發射出的紅外光波段是有其特定波段的，該波段的紅外光處在可見光波段之外。因此人們可以利用這種特定波段的紅外光來實現對物體目標的探測與跟蹤。將不可見的紅外輻射光探測出並將其轉換為可測量的信號的技術就是紅外探測技術應用的情況來看，紅外探測有如下幾個優點:環境適應性優於可見光，尤其是在夜間和惡劣天候下的工作能力;隱蔽性好，一般都是被動接收目標的信號，比雷達和激光探測安全且保密性強，不易被干擾;由於是*目標和背景之間的溫差和發射率差形成的紅外輻射特性進行探測，因而識別偽裝目標的能力優於可見光;與雷達系統相比，紅外系統的體積小，重量輕，功耗低;探測器的光譜響應從短波擴展到長波;探測器從單元發展到多元、從多元發展到焦平面;發展了種類繁多的探測器和系統;從單波段探測向多波段探測發展;從製冷型探測器發展到室溫探測器。
產品種類
- 接近探測器
- 是一種當入侵者接近它時能觸發報警的探測裝置。在接近探測器中，通常有一個高頻率的LC震盪電路，震盪電路的LC迴路通過導線連通到外部的金屬部件上。當人體靠近時，通過空間的電磁偶合，會改變LC迴路的諧振頻率，引起震盪頻率改變，探測器的檢測電路能夠識別這種頻率的改變而發出警示信號。
- 接近探測器的電路設計，需要注意幾個關鍵的技術要點:①頻率的選擇，頻率太低檢測靈敏度低，太高容易產生誤報，還要儘量避開電台頻率點;②耗電量要小，接近探測器有時被做成一個小巧的便攜式報警器，需要使用電池供電，而且使用電池供電也有利於提高電路的抗干擾能力，減少誤報;③LC震盪迴路的諧振頻率，還會受外界環境因素(如溫度和濕度)的影響，因此檢測震盪頻率的緩慢變化沒有意義，應該檢測震盪頻率的突然變化，只有震盪頻率的"突變"才與可能的盜情相關。
- 接近探測系統的主要優點是多用性和通用性，它幾乎可用來保護任何物體，而且不會被幾米以外的干擾所激發。一旦有人靠近或接觸到珠寶箱、文件櫃、門窗準備行竊時，便會觸發報警，但在附近的正常業務工作可以照常進行。
- 接近探測器比較適用於室內，如對寫字檯、文件櫃、保險柜等一些特殊物件提供保護，也可以用於對門窗的保護。通常被保護的物件是金屬的，實際上可以構成保護電路的一部分，因而只要有人試圖破壞系統時，就會立即觸發報警。
- 移動/震動探測器機器
- 能夠探測固定物體位置被移動的傳感器稱為移動探測器。其實運動是無處不在的，地球在轉動，地球上的任何東西都在"移動"，這裡所要探測的其實是相對的移動，比如放置在桌面上的物體被移開了桌面、停放的車輛被開動或搬動了等等。
- 探測被警戒的物體發生移動，必須找到移動所能夠產生的物理量變化，已經至少有:機械方法、光學方法、電磁方法、震動探測法。
- 移動探測器材最適合於如文件櫃、保險箱等貴重、機要特殊物件的保護，也適宜於與其他系統結合使用，來防止盜賊破牆而入。移動探測器的有效性與應用的正確與否有很大關係。它常常用來對某些一般情況下有人員在活動的保護區內的特殊物件提供保護。
- 主動光入侵探測器
- 光以直線傳播，因此稱為"光線"，如果光的傳播路徑被阻擋，光線既中斷，光不能繼續傳播。主動光入侵探測器就是利用了光的直線傳播特性作入侵探測，由光發射器和光接收器組成，收、發器分置安裝，收發器之間形成一道光警戒線，當入侵者跨越該警戒線時，阻擋了光線，接收器失去光照而發出報警信號。
- 一般情況下，選擇可見光光譜之外的紅外輻射光作為發射器的光源，使入侵者不能夠察覺警戒光線的存在。為了避免受自然日光照射的干擾，通常採取兩種技術措施:
- ①在接收器的受光窗口上加濾色鏡，過濾其他的光線;
- ②對發射器光線進行幅度(強度)調製，具體做法是:使用紅外線發光二極管作發射器光源的發光器件，並且使用頻率為幾KHz的調製信號，對發射器光源的供電電源的電壓或電流進行調製，使發射器發出的光線強度也按照調製信號的規律變化。在接收器中，採用採用紅外接收二極管接收光信號，並通過具有調諧迴路的放大器對信號進行選頻放大，這樣就可以濾除與調製信號頻率不同的其他信號的干擾，日光是不受任何調製的的穩定光線，它在接收二極管上產生的信號，自然也就被濾除而不產生響應。
- 被動式紅外探測器
- 利用"黑體輻射"的物理學原理:只要物體的溫度高於絕對零度，就會不停地向四周輻射光線，輻射的光線波長與物體的溫度相關。人體在正常體溫下，能夠發射出遠紅外線，肉眼不能夠看到它，但通過紅外線傳感器就可探測到這種遠紅外線，因此能夠發現入侵者。這種探測器的核心部件是熱釋電紅外探測元件，配置上用透明塑料製成的"菲聶爾"透鏡，就能夠對一定的空間範圍進行監控，安裝方便、靈敏度高、不需要輔助光源、耗電少，而且成本還比較低，因此是比較流行的一種電子安防產品部件。
- 紅外探測器按工作原理主要可分為紅外紅外探測器、微波紅外探測器、被動式紅外/微波紅外探測器、玻璃破碎紅外探測器、振動紅外探測器、超聲波紅外探測器、激光紅外探測器、磁控開關紅外探測器、開關紅外探測器、視頻運動檢測報警器、聲音探測器等許多種類。
- 紅外探測器按工作方式可分為主動式紅外探測器和被動式紅外探測器。
- 紅外探測器按探測範圍的不同又可分為點控紅外探測器、線控紅外探測器、面控紅外探測器和空間防範紅外探測器。
- 除了以上區分以外，還有其他方式的劃分。在實際應用中，根據使用情況不同，合理選擇不同防範類型的紅外探測器，才能滿足不同的安全防範要求。
- 紅外探測器作為傳感探測裝置，用來探測入侵者的入侵行為及各種異常情況。在各種各樣的智能建築和普通建築物中需要安全防範的場所很多。這些場所根據實際情況也有各種各樣的安全防範目的和要求。因此，就需要各種各樣的紅外探測器，以滿足不同的安全防範要求。
- 根據實際現場環境和用戶的安全防範要求，合理的選擇和安裝各種紅外探測器，才能較好的達到安全防範的目的。當選擇和安裝紅外探測器不合適時，有可能出現安全防範的漏洞，達不到安全防範的嚴密性，給入侵者造成可乘之機，從而給安全防範工作帶來不應有的損失。
- 紅外探測器要求具有防拆動、防破壞功能。當紅外探測器受到破壞、人為將其傳輸線短路或斷路，以及非法試圖打開其防護罩時，均應能產生報警信號輸出;另外紅外探測器還應具有一定的抗干擾措施，以防止各種誤報現象的發生，例如:防寵物和小動物騷擾、抗因環境條件變化而產生的誤報干擾等。
- 紅外探測器的靈敏度和可靠性是相互影響的。合理選擇紅外探測器的探測靈敏度和採用不同的抗外界干擾的措施，可以提高紅外探測器性能。採用不同的抗干擾措施，決定了紅外探測器在不同環境下的使用性能。了解各種紅外探測器的性能和特點，根據不同使用環境，合理配置不同的紅外探測器是防盜報警系統的關鍵環節。
- 熱探測器
- 熱探測器吸收紅外輻射後，溫度升高，可以使探測材料產生溫差電動勢、電阻率變化，自發極化強度變化，或者氣體體積與壓強變化等，測量這些物理性能的變化就可以測定被吸收的紅外輻射能量或功率。分別利用上述不同性能可製成多種熱探測器:
- ⑴ 液態的水銀溫度計及氣動的高萊池(Golay cell):利用了材料的熱脹冷縮效應。
- ⑵熱電偶和熱電堆:利用了溫度梯度可使不同材料間產生溫差電動勢的溫差電效應。
- ⑶ 石英共振器非製冷紅外成像列陣:利用共振頻率對溫度敏感的原理來實現紅外探測。
- ⑷測輻射熱計:利用材料的電阻或介電常數的熱敏效應-輻射引起溫升改變材料電阻-用以探測熱輻射。因半導體電阻有高的溫度係數而應用最多，測溫輻射熱計常稱"熱敏電阻"。另外，由於高溫超導材料出現，利用轉變溫度附近電阻陡變的超導探測器引起重視。如果室溫超導成為現實，將是21世紀最引人注目的一類探測器;
- ⑸ 熱釋電探測器:有些晶體，如硫酸三甘酞、鈮酸鍶鋇等，當受到紅外輻射照射溫度升高時，引起自發極化強度變化，結果在垂直於自發極化方向的晶體兩個外表面之間產生微小電壓，由此能測量紅外輻射的功率。
- 光子探測器
- 光子探測器吸收光子後，本身發生電子狀態的改變，從而引起內光電效應和外光電效應等光子效應，從光子效應的大小可以測定被吸收的光子數。
- ⑴光電導探測器:又稱光敏電阻。半導體吸收能量足夠大的光子後，體內一些載流子從束縛態轉變為自由態，從而使半導體電導率增大，這種現象稱為光電導效應。利用光電導效應製成的光電導探測器分為
- 多晶薄膜型和單晶型兩種。
- ⑵光伏探測器:主要利用p-n結的光生伏特效應。能量大于禁帶寬度的紅外光子在結區及其附近激發電子空穴對。存在的結電場使空穴進入p區，電子進入n區，兩部分出現電位差，外電路就有電壓或電流信號。與光電導探測器比較，光伏探測器背景限探測率大40%，不需要外加偏置電場和負載電阻，不消耗功率，有高的阻抗。
- ⑶光發射-Schottky勢壘探測器:金屬和半導體接觸，形成Schottky勢壘，紅外光子透過Si層被PtSi吸收，使電子獲得能量躍遷至費米能級，留下空穴越過勢壘進入Si襯底，PtSi層的電子被收集，完成紅外探測。
- ⑷量子阱探測器(QWIP):將兩種半導體材料用人工方法薄層交替生長形成超晶格，在其界面有能帶突變，使得電子和空穴被限制在低勢能阱內，從而能量量子化形成量子阱。利用量子阱中能級電子躍遷原理可以做紅外探測器。因入射輻射中只有垂直於超晶格生長面的電極化矢量起作用，光子利用率低;量子阱中基態電子濃度受摻雜限制，量子效率不高;響應光譜區窄;低溫要求苛刻。
應用領域
- 檢測人體運動、非法入侵併報警。它的靈敏度高，誤報率低，外形小巧，美觀，安裝方便
- 由於紅外探測技術有其獨特的優點從而使其在軍事國防和民用領域得到了廣泛的研究和應用，尤其是在軍事需求的牽引和相關技術發展的推動下，作為高新技術的紅外探測技術在未來的應用將更加廣泛，地位更加重要。
- 紅外探測器是將不可見的紅外輻射能轉變成其它易於測量的能量形式的能量轉化器，作為紅外整機系統的核心關鍵部件，紅外探測器的研究始終是紅外物理與技術發展的中心。自1800年Herschel發現太陽光譜中的紅外線時所用的塗黑水銀溫度計為最早的紅外探測器以來，隨着紅外實驗和理論的發展，新器件不斷湧現。紅外探測器製備涉及物理、材料、化學、機械、微電子、計算機等多學科，是一門綜合科學。
發展歷史
- 1800年，F.W.赫歇耳在太陽光譜中發現了紅外輻射的存在。當時，他使用的是水銀溫度計，即最原始的熱敏型紅外探測器。1830年，L.諾比利利用當時新發現的溫差電效應(也稱塞貝克效應)，製成了一種以半金屬鉍和銻為溫差電偶的熱敏型探測器。稱作溫差電型紅外探測器(也稱真空溫差電偶)。其後，又從單個溫差電偶發展成多個電偶串聯的溫差電堆。1880年，S.P.蘭利利用金屬細絲的電阻隨溫度變化的特性製成另一種熱敏型紅外探測器，稱為測輻射熱計。1947年，M.J.E.高萊發明一種利用氣體熱膨脹製成的氣動型紅外探測器(又稱高萊管)。在40年代，又用半導體材料製作溫差電型紅外探測器和測輻射熱計，使這兩種探測器的性能比原來使用半金屬或金屬時得到很大的改進。半導體的測輻射熱計又稱熱敏電阻型紅外探測器。
- 60年代中期，出現了熱釋電型探測器。它也是一種熱敏型探測器，但其工作原理與前三種熱敏型紅外探測器有根本的區別。最早的光電型紅外探測器是利用光電子發射效應即外光電效應製成的。以 Cs-O-Ag為陰極材料的光電管(1943年出現)可以探測到 1.3微米。外光電效應的響應波長難以延伸，因此，它的發展主要是近紅外成像器件，如變像管。
- 利用半導體的內光電效應製成的紅外探測器，對紅外技術的發展起了重要的作用。內光電效應分光電導和光生伏特兩種效應。利用這些效應製成的探測器分別稱為光導型紅外探測器和光伏型紅外探測器(見光子型探測器)。
- 在半導體中引起電導改變或產生電動勢是一個激活過程，需要有一定的能量墹E。因此，入射輻射的光子能量必須大於墹E。也就是光電型探測器有一個最長的響應波長，稱為長波限λ。
- 1917年，T.W.卡斯發明Tl2S光電型紅外探測器，但長波限僅到1.1微米。30年代末期，德國人研究PbS光導型探測器，室溫工作時長波限為3微米，液氮溫度時可到5微米。第二次世界大戰之後，相繼研製成PbTe和PbSe光電型探測器，響應波長延伸到7微米。50年代起，由於半導體物理學的發展，光電型探測器所能探測的波長不斷延伸。對於有重要技術用途的 1~13微米波段和限於實驗室應用的13~1000微米波段，都有適當的光電型探測器可供使用。60年代起，又研究成Hg1-xCdxTe三元半導體紅外探測器，配製不同組分x的材料，可以製得不同響應波長的紅外探測器。
- 整流型紅外探測器也是60年代開始問世的。由於激光的出現，就有可能利用外差技術進行接收。因此，把微波波段用的結型檢波器推廣應用到更高的頻率範圍，即短毫米波和亞毫米波。
安裝方法
- (一)支柱式安裝比較流行的支柱有圓形和方形兩種，早期比較流行的是圓形截面支柱，情況正好反過來了，方形支柱在工程界越來越流行。主要是探測器 安裝在方形支柱上沒有轉動、不易移動。除此以外，有廣泛的不鏽鋼、合金、鋁合金型材可供選擇也是它的優勢之一。在工種上的另外一種做法是選用角鋼作為支 柱，如果不能保證走線有效地穿管暗敷，讓線路裸露在空中，這種方法是不能取的。關鍵點在於支柱的固定必須堅固牢實，沒有移位或搖晃，以利於安裝和設防、減 少誤報。
- (二)能夠提供水平180°全方位轉角,仰俯20°以上轉角的紅外線探測器，如 ALEPH主動紅外線探測器HA、ABT、ABF系列產品，可以支持探頭在建築物外壁或圍牆、柵欄上直接安裝。
- (三)探測器安裝的一般原則設置在通道上的探測器，其主要功能式防備人的非法通行，為了防止寵物、小動物等引起誤報，探頭的位置一般應距離地面50㎝ 以上。遮光時間應調整到較快的位置上，對非法入侵作出快速反應。設置在圍牆上的探測器，其主要功能是防備人為的惡意翻越，頂上安裝和側面安裝兩種均可。 頂上安裝的探測器，探頭的位置應高出柵欄，圍牆頂部25㎝，以減少在牆上活動的小鳥、小貓等引起誤報。四光束探測器的防誤報能力比雙光束強，雙光束又比單 光束強。側面安裝則是將探頭安裝在柵欄，圍牆靠近頂部的側面，一般是作牆壁式安裝，安裝於外側的居多。這種方式能避開小鳥、小貓的活動干擾。每一種方式都 又他們自己的優點或缺陷，工程商對每一種安裝方式都又他們自己的偏愛。用戶應根據自己建築物的特點和防盜要求加以選用。
- (四)特別提醒:線路絕對不能明敷，必須穿管暗設，這是探測器工作安全性的最起碼的要求。
- 安裝在圍牆上的探測器，其射線距牆沿的最遠水平距離不能大於30㎝，這一點在 圍牆以弧形拐彎的地方需特別注意。配線接好後，請用萬用表的電阻檔測試探頭的電源端①、②端子，確定沒有短路故障後方可接通電源進行調試。
操作方法
- (一)投光器光軸調整打開探頭的外罩，把眼睛對準瞄準器，觀察瞄準器內影響的情況，探頭的光學鏡片可以直接用手在180°範圍內左右調整，用螺絲刀調 節鏡片下方的上下調整螺絲，鏡片系統有上下12°的調整範圍，反覆調整使瞄準器中對方探測器的影響落入中央位置。在調整過程中注意不要遮住了光軸，以免影 響調整工作。投光器光軸的調整對防區的感度性能影響很大，請一定要按照正確步驟仔細反覆調整。
- (二)受光器光軸調整第一步:按照"投光器光軸調整"一樣的方法對受光器的光軸進行初步調整。此時受光器上紅色警戒指示燈熄滅，綠色指示燈長亮，而且 無閃爍現象，表示套頭光軸重合正常，投光器、受光器功能正常。
- 第二步:受光器上有兩個小孔，上面分別標有"+"和"-"，用於測試受光器所感受的紅外線強 度，其值用電壓來表示，稱為感光電壓。將萬用表的測試表筆(紅"+"、黑"-")插入測量受光器的感光電壓。反覆調整鏡片系統使感光電壓值達到最大值。這 樣探頭的工作狀態達到了最佳狀態。
- 注意事項:四光束探測器有兩組光學系統，需要分別遮住受光器的上、下鏡片，調整至上、下感光電壓值一致為止。較古老的四光束探測器兩組光學系統是分開調 節，由於涉及到發射器和接受器兩個探頭共四個光學系統的相對應關係，調節起來相當困難，需要特別仔細調節，處理不當就會出現誤報或者防護死區。ABF四光 束探測器已把兩個部分整合為一體調節，工程施工容易多了。 (三)遮光時間調整在受光器上設有遮光時間調節鈕，一般探頭的遮光時間在50m/s ~ 500m/s間可調，探頭在出廠時，工廠里將探頭的遮光時間調節到一個標準位置上，在通常情況下，這個位置是一種比較適中的狀態，都考慮了環境情況和探頭 自身的特點，所以沒有特殊的原因，也無須調節遮光時間。如果因設防的原因需要調節遮光時間，以適應環境的變化。一般而言，遮光時間短，探頭敏感性就快，但 對於像飄落的樹葉、飛過的小鳥等的敏感度也強，誤報警的可能性增多。遮光時間長，探頭的敏感性降低，漏報的可能性增多。工程師應根據設防的實際需要調整遮 光的時間。
- (四)與防盜主機的鏈接探頭設定後，將防拆開關接入防區輸入迴路中，聯線完畢，蓋上探頭的外殼，擰緊緊固螺絲。要求在防盜主機上該防區警示燈無閃爍、 不點亮，防區無報警指示輸出。表示整個防區設置正常。否則，要對線路進行檢查，對探頭進行重新調試，重新對防區狀態進行確定。
- (五)防盜性能測試防區工作狀態正常後，應根據設防的要求，用與防範相似的所有可能尺寸，形狀的物體，用不同的速度、不同的方式遮擋探頭的光軸，在報 警現場用無線對講機與控制中心聯繫，檢驗報警情況是否正常，同時要仔細留心報警主機上有沒有閃動或不穩定狀態。以免給報警系統留下隱患。我們口頭上把這個 過程稱為發炮試驗。做發炮試驗的目的就是要測試防區能否具有正常報警的能力，測試防區防護的範圍是否能達到預定的要求，是否存在防護死區。
維護方法
探測器在日常工作中，由於長期工作在室外，因此不可避免地受到大氣中粉塵、微生物以及雪、霜、霧的作用，長久以往，在探測器的外 壁上往往會堆積一層粉塵樣的硬殼，在比較潮濕的地方還會長出一層厚厚的蘚苔，有時候小鳥也會把排泄物拉到探測器上，這些東西會阻礙紅外射線的發射和接受，造成誤報警。