入侵报警探测器的工作原理及应用场合

　　入侵探测器用来探测入侵者的入侵行为。需要防范入侵的地方很多，它可以是某些特定的点，如门、窗、柜台和展览厅的展柜；或是条线，如边防线、警戒线和边界线；有时要求防范范围是个面，如仓库、农场的周界围网（铁丝网或其他控制导线组成的网）；有时又要求防范的是个空间，如档案室、资料室和武器库等，它不允许入侵者进人其空间的任何地方。因此设计、安装人员就应该根据防范场所的不同地理特征、外部环境及警戒要求，选用适当的探测器，达到安全防范的目的。
　　入侵报警系统应对下列可能的入侵行为进行准确、实时的探测并产生报警状态：
　　（1）进入警戒或设防区域；
　　（2）打开门、窗、空调百叶窗等；
　　（3）用暴力通过门、窗、天花板、墙及其他建筑结构；
　　（4）破碎玻璃；
　　（5）在建筑物内部移动；
　　（6）接触或接近保险柜或重要物品；
　　（7）紧急报警装置的触发。
　　入侵探测器应有防拆保护、防破坏保护。当入侵探测器受到破坏，拆开外壳或信号传输线短路、断路及并接其他负载时，探测器应能发出报警信号。
　　入侵探测器应有抗小动物干扰的能力。在探测范围内，如有直径30mm，长度为150mm的具有与小动物类似的红外辐射特性的圆筒大小物体，探测器不应产生报替。
　　入侵探测器应有抗外界干扰的能力，探测器对干扰信号，应不产生误报。
　　探测器应有承受常温气流的干扰，不产生误报。
　　探测器应能承受电火花干扰的能力。
　　探测器宜在下列条件下工作：室内，－10℃~55℃，相对湿度≤95%；室外，－20℃~75℃，相对湿度≤95％。
　　在各种入侵报警系统中，主要差别在于探测器的应用，而探测器的选用主要根据是：
　　（1）保护对象的重要程度。例如对于保护对象特别重要的应加多重保护等。
　　（2）保护范围的大小。例如，小范围可采用感应式报警装置或反射式红外线报警装置；要防止人从窗门进入，可采用电磁式探测报警装置；大范围可采用遮断式红外报警器等。
　　（3）防预对象的特点和性质。例如，主要是防人进入某区域的活动，则可采用移动探测防入侵装置，可考虑微波防入侵报警装置或被动式红外线报警装置，或者同时采用两者作用兼有的混合式探测防入侵报警装置（常称双鉴或三鉴器）等。
　　没有入侵行为时发出的报警叫做误报。人侵探测器误报可能由于元件故障或受环境因素的影响而引起。误报所产生的后果是严重的，它大大降低报警器的可信度，增加无效的现场介入。所以，对于风险等级和防护级别较高的场合，报警系统必须采用多种不同探测技术组成人侵探测系统来克服或减小由于某些意外的情况或受环境因素的影响而发生误报警，同时加装音频和视频复核装置，当系统报警时，启动音频和视频复核装置工作，对报警防区进行声音和视频图像的复核。
　　根据所要防范的场所和区域，选择不同的报警探测器。一般来说，门窗可以安装门磁开关，卧室、客厅安装红外微波探测器和紧急按钮，窗户安装玻璃破碎传感器，厨房安装烟雾报警器，报警控制主机安装在房间隐蔽的地方以便布防和撤防。报警主机可以进行编程，对报警单元的常开、常闭输出信号进行判别，确认相应区域是否有报警发生。
入侵报警探测器用来探测入侵者的入侵行为,并产生相应的电信号送往报警控制器，输出报警信号。入侵报警探测器可分为以下几种类型。
　　（1）点型报警探测器
　　点型报警探测器是所有报警装置中最简单，发展最早的一种报警装置。由于它简单，也许有人怀疑它的效果。事实上，这种装置与其他形式的装置具有同样的效果，且因简单，所以它就更可靠。这种入侵探测器的报警范围仅是一个点，例如门、窗、柜台、保险柜等。当这些警戒部位的状态被破坏时，即能发出报警信号，其原理相当于闭合（或断开）一个无源触点开关。紧急按钮、微动开关、门磁开关等是常见的点型探测器（见图1）
　　
　　　　　　　　　　　　　　图1　常见点型探测器

　　1）紧急按钮
　　紧急按钮是金融柜台常用的在紧急情况下报警的装置。它们安装在柜台隐蔽处，当出现异常情况时，由柜台操作人员人工报警。紧急按钮有常闭式和常开式两种，一般为无源开关。有的开关带有按下锁紧装置，当开关被按下后，只有用专用钥匙才能使其复位。
　　2）微动开关
　　微动开关与报警电路接在一起，在压力作用下开关接通，无压力作用时，开关为断开状态，从而发出（或不发出）报警信号。此类开关通常用在某些点入侵探测器中，以监视门、窗、柜台等特殊部位。把微动开关或金属弹簧片组成的接触开关分别安在窗框上和门窗扇上，当门窗关闭时，开关被压下，触点接上，报警器不发出报警信号；当门窗被打开时，开关弹簧弹开，触点被断开，报警器发出报警信号。
　　3）门磁开关
　　门磁开关主要利用磁簧开关、霍尔开关等磁性探测器件作为探测体。在磁场范围内，门磁开关保持吸合状态，当离开磁场时则断开，从而触发报警输出。门磁开关是一种广泛使用，成本低，安装方便，而且不需要调整和维修的探测器。门磁开关分为可移动部件和输出部件。可移动部件安装在活动的门窗上；输出部件安装在相应的门窗上，两者安装距离不超过10毫米。门磁开关可分为常开式和常闭式两种。常开式门磁开关正常时处于开路状态，当有情况（如门、窗被推开）时，开关就闭合，使电路导通启动报警。这种方式平时开关不耗电，但如果电线被剪断或接触不良，将使其失效。常闭式门磁开关则相反，正常时开关处于闭合状态，情况异常时断开，使电路断路而报警。这种方式与常开式相比，在线路被剪断或线路有故障时会启动报警，但如果罪犯在断开回路之前，先选用导线将其短路也会使其失效。一般在门磁探测器中，大多数采用磁簧开关，用常闭方式。
　　其它的一些点型探测器有：拉线开关、活销开关、张力开关、压力开关、水银开关、磁控开关、霍尔效应开关等，这些探测器运用在报警的各种场合，其应用的形式有时要与一些电子线路相配合，总之它只是用来控制一个点的报警，与常见的触点开关类似。

　　（2）直线型报警探测器

　　直线型入侵探测器也称周界入侵探测器。直线型报警探测器的警戒范围是一条线、两条线或更多条线，都是线状的控制形式。当在这条警戒线上的警戒状态被破坏时，发出报警信号。最常用的直线型入侵探测器为对射型微波入侵探测器，主动红外入侵探测器，激光入侵探测器，双技术周界入侵探测器，电场感应周界入侵探测器等。常见的线型探测器（主动式红外探测器）如图2。
　　

　　　　　(a) 主动式红外探测器外观　 　   (b)拆去外壳后的发射机   (c)拆去外壳后的接收机

　　对一些常见的线型报警探测器简单介绍如下：
　　1）对射型微波入侵探测器
　　此种探测器主要用于室外周界防护，采用场干扰原理。安装时，发射机与接收机是分开相对而立的，其间形成一个稳定的微波场，用来警戒所要防范的场所。一旦有人闯入这个微波建立起来的警戒区，微波场就受到干扰，微波接收机就会探测到一种异常信息。当这个异常信息超过事先设置的阀值时，便会触发报警，
　　2）主、被动红外入侵探测器
　　① 主动红外入侵探测器
　　主动式红外探测器由发射机和接收器两部分组成。常用于室外围墙报警，它总是成对使用：一个发射，一个接收。发射机发射出一束不可见的红外线，由被安装在防护区另一端的接收器所接收，这样就形成一道红外警戒线。当被探测目标入侵警戒线时，红外光束被部分或全部遮挡，接收机接收信号发生变化，经放大处理后发出报警信号，即触发红外探测器产生报警输出。
　　为提高发送的红外线束的抗干扰能力，一般采用信号调制的方式，如脉冲调制和双射束发射，这样可以避免太阳光、小鸟、落叶和小动物等产生的干扰。双射束采用不同的调制频率，可以进一步提高可靠性。此外，红外对射探头还要选择合适的最短遮光时间，时间太短容易引起不必要的干扰，太长又会发生漏报。通常以10m/s的速度来确定最短遮光时间。一般人体的厚度为20cm,则20cm/(10m/s)=20ms ,遮光时间超过20ms则系统报警，少于20ms不报警。主动式红外报警探测器有较远的传输距离，因红外线属于非可见光源，入侵者难以发觉与躲避，防御界线明确，简单可靠，尤其适用于在室内防范。
　　主动红外探测器由于体积小、重量轻、便于隐蔽，采用双光路的主动红外探测器可大大提高其抗噪声误报的能力；而且主动红外探测器寿命长、价格低、易调整，因此，被广泛使用在安全技术防范工程中。
　　② 被动红外探测器
　　被动式红外探测器实际上是空间型报警探测器，被动式红外探测器的基本工作原理是：人体表面温度与周围环境温度存在差别，因而人体的红外辐射强度和环境的红外辐射强度也存在着差异。在人体穿越所设防区时，红外敏感元件检测到一系列的信号变化从而触发报警。
　　被动式红外探测器安装环境中的所有物体都会产生红外线和热辐射，但在正常情况下，它们产生的辐射一般比较稳定。空气的流动和温度的变化等也能产生红外线辐射的微小变化，但一般情况下较人体移动产生的红外线辐射变化要小。为了防止这些变化影响被动式红外探测器的可靠性，现在的被动式红外探测器采用了多种抗干扰技术。
　　被动式红外探测器有其独特的特点：
　　● 由于它是被动的，不主动发射红外线，因此其功耗极小，尤其适用于要求低功耗的场合。
　　● 与微波探测器相比，红外波长不能穿越砖头水泥等一般建筑物，在室内使用时不必担心由于室外的运动目标而造成误报。   
　　● 在较大面积的室内安装多个被动红外报警探测器时，因为它是被动的，所以不会产生系统互扰问题。
　　● 工作不受噪声的影响，声音不会使它产生误报。
　　实际应用中，把探测器放在所要防范的区域内。当背景辐射发生微小信号变化，被探测器接收后转换成背景信号，这些信号是噪声。噪声不发生报警信号。只有当稳定不变的热辐射被破坏，产生一个变化的新的热辐射时才发出报警信号。
　　3）激光入侵探测器
　　激光探测器和主动式红外探测器一样，都是由发射机和接收机组成的，都属于距离遮挡型探测器。发射机发射一束近红外激光光束，由接收机接收，在收发机之间构成一条看不见的激光光束警戒线。当有目标入侵警戒线时，激光光束被遮挡，接收机接收到的光信号发生突变。光电传感器提取这一变化信号，经放大并作适当处理后，发出报警信号。激光探测器采用半导体激光器的波长，属于红外线波长，处于不可见范围，便于隐蔽，不易被犯罪分子所发现。激光探测器采用脉冲调制，抗干扰能力较强，稳定性好，一般不会因机器本身的问题产生误报警。如果采用双光路系统，可靠性会更高。
　　激光具有亮度高、方向性强的特点，所以激光探测器十分适合于远距离的线控报警检测。由于能量集中，可以在光路上加反射镜。通过反射镜光，围成光墙，从而用一套激光探测器封锁一个场地的周围，或封锁几个主要通道路口。
　　4）电场感应周界入侵探测器
电场感应周界探测器并不是带高电压的钢丝网或围栏。周界金属线上带的是很低的安全电压，因此，人碰触时不会遭受电击和受伤，但人接近时却会触发报警。
　　5）磁震动电缆传感器
　　这是一种用于周界安全防范、埋设于地下的电缆式探测装置，又称传感电缆。它能感应入侵者的压力及入侵者所携带的铁磁体，如匕首、枪支以及钳子、起子等作案工具。一旦有入侵者进入其防范区，就会触发报警。
　　6）泄漏电缆入侵探测器
　　泄漏电缆原来主要应用于坑道通信，近年来泄漏电缆在周界入侵探测方面的应用逐渐增加。泄漏电缆是掩埋在地下使用的，因而它不受外界影响，基本上可以说是全天候的。尽管它的价格较贵，仍然适合用户的需要。
实际应用中，泄漏电缆周界报警系统有两线组成的，也有三线组成的。双线组成时，一根电缆发射能量，另一根电缆接收能量，两者之间形成一个电场。当有人进入此电场时，干扰了这个耦合场，此时在感应电缆里便产生电量的变化，此变化的电量达到预定值时，便触发报警。三线组成时，中间的一根电缆发射的能量，两边的两根电缆接收能量，中间的一根和其两边的两根电缆之间都各自形成一个稳定的电场；当有人进入此场时，就会产生干扰信号，在其中的一根或两根感应电缆中产生变化的电量；此量达到预定值时，便触发报警。
　　7）驻极体电缆入侵探测器
　　驻极体电缆探测器也称张力敏感电缆或麦克风式电缆探测器。
　　这种驻极体电缆探测器，在电缆中心的内导体上敷以低损耗电介质材料。此材料经处理后，带有一种永久性的静电荷。金属编织的屏蔽套封闭着电介质（填充物），外面再包一层塑料。这种探测器主要用于周界报警系统。应用时将此电缆设法固定在围栏上，使其处于整个围栏高度的中心处。当电缆因入侵者爬越围栏而受压变形时，电缆便产生模拟信号报警，信号的大小正比于压力的大小。
　　8）警戒缆

　　（3）面型报警探测器
　　面型报警探测器的警戒范围是一个面。当警戒面上出现入侵时，发出报警信号。面型入侵探测器常用的有平行线电场畸变探测器和带孔同轴电缆电场畸变探测器两种。
　　1）平行线电场畸变探测器平行线电场畸变探测器由传感器、支撑杆、中间支柱、跨接件和传感器电子线路组成。 如图3所示。
　　
　　　　　　图3 平行线电场畸变探测器

　　传感器电子线互相平行，一般有10条线左右，其线间距大约为25cm。
　　支撑杆的介质是不锈钢棍，在外面再套上绝缘管。传感器电子线路组件安装在中间支柱上，给传感器线传输正弦交变电流。
　　平行线电场畸变探测器适用于户外周界报警，具有高安全性能和超低误报率。
　　2）带孔同轴电缆电场畸变探测器
　　带孔同轴电缆电场畸变探测器由两根平行的带孔同轴电缆和电子装置组成，如图4所示。其中Tx为发射电缆，Rx为接收电缆,D为探测区。
　　发射机通过Tx向外发送探测信号，这些信号通过漏孔向外传播，在两根电缆之间形成一稳定交变电场。部分能量传入Rx接收电缆，经放大处理后，存入接收机存储器。当有人进入探测区时，对电场产生干扰，Rx接收到变化的电场，与原存储信号进行比较，发生差异时发出报警信号。

    　　带孔同轴电缆探测器探测率高，抗干扰能力强。入侵者无论采用什么方式，移动速度快或慢，都能被探测到，不会漏报或误报。
　　
　　　图4　带孔同轴电缆电场畸变探测器

　　（4）空间型报警探测器

　　空间型报警探测器的警戒范围是一个空间，当被探测目标侵入所防范的空间时，即发出报警信号。
　　

　　常见的空间型报警探测器有被动式红外探测器，如图2.2.6所示，其它有声控入侵探测器、声发射探测器、次声波探测器、超声波探测器、微波多普勒空间探测器、视频报警器、双技术与双功能探测器。总而言之，这些探测器能够探测在一个空间中产生的报警信号，监测整个防范空间。

　　（5）震动型报警探测器
　　当入侵者进入设防区域，引起地面、门窗的震动，或入侵者撞击门、窗、保险柜面引起震动，发出报警信号的探测器称为震动入侵探测器。
　　震动型探测器用于点控、面控和线控（周界）。用于周界防范时需经一定的组合，方能生效，因而主要是用于面控。
　　震动型探测器常用的有电动式震动型探测器和压电式震动型探测器两种。

　　常见的玻璃破碎探测器如6，玻璃破碎探测器是探测敲击玻璃时的振动和玻璃破裂时发出的声音的探测装置，主要用于防护玻璃门、玻璃窗、玻璃展柜等使用玻璃的保护场所。玻璃破碎探测器一般采用压电材料作为传感器件，当玻璃破碎时，对其产生的特有的高频声波和低频振动进行分析、判断，产生报警输出。玻璃破碎探测器采用的分析技术和传感器件不一样，它的安装探测要求也不相同。使用中应按说明书的要求进行安装，这样才能达到较好的探测效果。
　　
　　　　　　　　图6 玻璃破碎探测器

　　（6）双技术与双功能探测器
　　双技术探测器和双功能探测器一样，是将两种不同探测原理的技术组装在一起的探测器。

　　常见的双技术探测器有被动红外／微波探测器（如图7所示），被动红外/微波探测器又称为双鉴探测器，只有检测到红外与微波都产生触发信号时才产生报警信号输出。微波探测器主要对运动物体敏感，而被动红外探测器主要对具有一定温度的物体敏感。对于一个既运动又有热辐射的人体目标，这种双鉴探测器能很好地把人体活动目标区分出来，而对树木、灌木丛的扰动有很大的抑制，使误报的可能性大大减小，有效地提高了抗干扰能力，即具有“双重鉴别”能力。
　　　　　　
　　图7　被动红外／微波探测器

　　双功能探测器与双技术探测器不同之点，是其中的两种技术执行着各自的任务，即监视着各自的目标；不像双技术探测器中的两种技术同时监视着同一个目标。例如有一款双功能探测器，它采用吸顶式，其内部装有感知移动人体辐射红外线的传感元件和感知敲击玻璃或打碎玻璃时发出的低高频声音的传感元件。当有人进入防范区活动时，它就作为被动红外探测器进行探测；当有人在防范区打碎玻璃时，它就作为玻璃破碎探测器进行探测。就相当于两个探测器装在一个机壳里一样。
　　双功能探测器很有使用价值，买一个探测器两用，既经济又实惠。同时对安装施工也带来许多方便，可以节省一个探测器所用的传输线路和安装费用。这种探测器非常适用于装有大玻璃的建筑物内，例如商店、展厅、饭店、办公楼等场合。
　　因为双功能探测器是实际应用中很实用的产品，随着技术防范的设计和实践更好地相互结合，在不久的未来，双功、三功或更多功能的探测器将会充实市场，可以预示，多功能探测器是今后研究和生产探测器的一个方向。
　　（7）视频移动探测器
　　视频移动探测器的工作原理非常简单，如果在摄像机视野范围内有物体运动，必然会引起视频信号对比度的改变，探测器利用类比数字转换器，把对比度的变化转换成数字信号存在存储器中，然后对有一定时间间隔的两个图像进行比较，如果有很大的差异，则说明有物体移动，从而检测出在这段时间内是否有警情发生。
　　1）外置式视频移动探测原理
　　外置式视频移动探测器实际上由贴于监视器屏幕上的光敏元件硫化镉来检测视频图像的变化。值得一提的是，此种移动检测方式并非直接对视频信号进行检测，而是对视频信号形成的图像（亮度）进行检测，因而从某种意义上来说，该装置最终是实现了视频移动检测器的功能。
　　2）内置式视频移动探测原理
　　内置式视频移动探测器直接对视频信号进行取样并与常态数据进行比较，当比较结果出现异常时自动启动报警装置。
　　5、入侵报警探测器的选型
　　对于居民小区边界的入侵报警系统，可以使用主动红外入侵探测器。