2023年7月8日发(作者：)

入侵探测与报警技术

第一节 入侵探测与报警技术概述

一、入侵探测与报警技术的基本概念

二、入侵探测报警系统的基本组成

一个完善而有效的技术防范配合人力防范的入侵探测与报警技术系统的组成通常如图1-1所示。

图1-1 技防配合人防的入侵探测报警系统的基本组成

该系统主要是由报警探测器、报警控制器、传输系统、通信系统及保安警卫力量所组成。入侵探测报警系统的最基本组成如图1-2所示。

图1—2 入侵探测报警系统的基本组成 三、入侵探测报警系统的基本电性能要求

(一) 功能

(二) 灵敏度和探测范围

(三) 误报率要低

(四) 漏报率要低

(五) 防破坏保护

防拆保护

传输线路短路和断路的保护

(六) 电源适用范围

(七) 电源功耗

(八) 备用电源

(九) 稳定性要求

(十) 耐久性要求

(十一) 抗干扰要求

(十二) 可靠性要求

四、入侵探测报警系统在安全技术防范工作中的作用

入侵探测报警系统则是技术防范系统中极其重要的一个组成部分，它在技术防范工作中起到了举足轻重的作用，是打击和预防犯罪(特别是盗窃犯罪)的有力武器。

(一) 入侵探测报警系统的应用范围十分广泛;

(二) 入侵探测报警系统具有快速反应能力，可及时发现案情，提高破案率;

(三) 入侵探测报警系统具有威慑作用，犯罪分子不敢轻易作案，减少了发案率;

(四) 入侵探测报警系统协助人防担任警戒和报警任务，可节省人力、物力和财力;

(五) 入侵探测报警系统可以在维护社会应用治安方面之外推广应用。

第二节 入侵探测器 一、入侵探测器概述

(一)入侵探测器的作用

(二) 入侵探测器的种类

1．按用途或使用的场所不同来分

可分为户内型入侵探测器、户外型入侵探测器、周界入侵探测器、重点物体防盗探测器等等。

2．按探测器的探测原理不同或应用的传感器不同来分

可分为雷达式微波探测器、微波墙式探测器、主动式红外探测器、被动式红外探测器、开关式探测器、超声波探测器、声控探测器、振动探测器、玻璃破碎探测器、电场感应式探测器、电容变化探测器、视频探测器、微波—被动红外双技术探测器、超声波—被动红外双技术探测器等等。

3．按探测器的警戒范围来分

可分为点控制型探测器、线控制型探测器、面控制型探测器及空间控制型探测器。

请参看表1-1。

表1-1 按探测器的警戒范围分类

4．按探测器的工作方式来分 可分为主动式探测器与被动式探测器。

5．按探测器输出的开关信号不同来分。

可分为常开型探测器和常闭型探测器以及常开/常闭型探测器。参看图1-3(a)和图1-3(b)。

图1-3 常开型探测器与常闭型探测器

当需要将几个探测器同时接在一个防区时，可采用以下的方式连接。参看图1-4。只要其中有一个探测器发出短路或开路报警信号，报警控制器就可发出声光报警信号。

图1-4 几个探测器同时接在一个防区的情况

6．按探测器与报警控制器各防区的连接方式不同来分

基本上可分为三种方式，这就是四线制、两线制和无线制三种。

（1） 四线制：参看图1-5。

图1-5 四线制

一般常规需要供电的探测器，如红外探测器、双鉴探测器、玻璃破碎探测器等均采用的是四线制。

如某种被动红外器的接线端子板上的标注如图1-6所示。

图1-6 某种被动红外探测器的接线端子板

又如某种微波—被动红外双鉴探测器的接线端子板上的标注如图1-7所示。

图1-7 某种微波－被动红外双鉴探测器的接线端子板

图1-7与图1-6的不同点在于多了防拆开关的两个接线端子。

又如某种玻璃破碎探测器的接线端子板上的标注如图1-8所示。 图1-8 某种玻璃破碎探测器的接线端子板

图1-8与图1-6的不同点在于不仅多了防拆开关的两个接线端子，而且该种探测器还属于常开／常闭型探测器，既有常闭(NC)输出端，又有常开(NO)输出端。使用时可根据需要将NC和C端或NO和C端接至报警控制器的某一防区输入。

（2）两线制：又可分为三种情况。

①探测器本身不需要供电。

如某种紧急报警按钮的接线端子板上的标注如图1-9所示。

图1-9 某种紧急报警按钮的接线端子板

使用时可根据需要将NC和C端或NO和C端接至报警控制器的某一防区输入即可。

②探测器需要供电。

③两总线制。

参看图1-10

图1-10 两总线制

（3）无线制。

无线制系统需要采用专用的无线探测器和无线报警接收机。参看图1-11。

图1-11 无线制

(三) 入侵探测器的主要技术性能指标

在选购、安装、使用人侵探测器时，必须对各种类型探测器的技术性能指标有所了解，否则必然会给使用带来很大的盲目性，以至达不到有效的安全防范的目的。 1．漏报率 2．探测率 3．误报率 4．探测范围

通常有以下几种表示方法：

探测距离

探测视场角

探测面积(或体积)

例如，某一被动红外探测器的探测范围为一立体扇形空间区域。表示成：探测距离≥15m；水平视场角120°；垂直视场角43°；某一微波探测器的探测面积≥100m²；某一主动红外探测器的探测距离为150m。

5．报警传送方式，最大传输距离

传送方式是指有线或无线传送方式。最大传输距离是指在探测器发挥正常警戒功能的条件下，从探测器到报警控制器之间的最大有线或无线的传输距离。

6．探测灵敏度

是指能使探测器发出报警信号的最低门限信号或最小输入探测信号。该指标反映了探测器对入侵目标产生报警的反应能力。

7．功耗

探测器在工作时间的功率消耗。分为静态(非报警状态)功耗及动态(报警状态)功耗。

8．工作电压

探测器工作时的电源电压(交流或直流)。一般用伏特(V)来表示。

9．工作电流 10．工作时间 11．环境温度

室内应用：—10℃—55℃相对湿度≤95％； 室外应用：—20℃—75℃相对湿度≤95％；

第三讲:微波探测器与红外探测器

二、微波探测器

(一) 微波的主要特点

1．微波是一种波长很短的电磁波

其波长是从lmm到ldm，频率是从300MHz到300GHz。

2．直线传播，很容易被反射 3．波段宽，可利用的频率多

微波波段的频宽为299700MHz(300MHz一300GHz)，

4．微波设备比较小

由于微波的波长很短，因此就可以用尺寸较小的天线(如喇叭天线和抛物面天线)，把电磁波集中成为一束，像探照灯的光束那样作定向传送。如图1-12所示。所以，微波设备(包括收、发信机等)比长、中、短波等的设备要小。

图1-12 微波的定向传送

5．低频电路理论已不再适用于微波电路

6．微波对一些非金属材料(如木材、玻璃、墙、塑料等) 有一定的穿透能力而金属物体对微波有良好的反射特性。

(二) 微波探测器的种类

两种类型：

第一种，雷达式微波探测器。

第二种，微波墙式探测器。

(三) 雷达式微波探测器

雷达式微波探测器是利用无线电波的多普勒效应，实现对运动目标的探测。

1．多普勒效应

所谓多普勒效应就是指当发射源(声源或电磁波源)与接收者之间有相对径向运动时，接收到的信号频率将发生变化。

2．雷达式微波探测器的组成及基本工作原理

其组成如方框图1-13所示，各部分的信号频谱图如图1-14所示。 图1-14 信号频谱图

图1-13 雷达式微波探测器的基本组成 如果微波探测器发射信号的频率

为10GHz；，光速C为3×

m/s，则对应人体的不同运动速度V所产生的多普勒频率如表1-2所示。

表1-2 对应人体不同运动速度所产生的多普勒频率

从表中看出，人体在不同运动速度下产生的多普勒频率是处于音频频段的低端，只要能检出这一较低的多普勒频率，就能区分出是运动目标还是固定目标，完成检测人体运动的传感报警功能。

由上分析看出，由于雷达式微波探测器的基本原理与多普勒雷达相同，因而才有雷达式之称。

3．雷达式微波探测器的主要特点及安装使用要点

(1)雷达式微波探测器对警戒区域内活动目标的探测是有一定范围的。

其警戒范围为一个立体防范空间，其控制范围比较大，可以覆盖60°～95°的水平辐射角，控制面积可达几十～几百平方米。其探测区域图形如图1-15所示。

图1-15 雷达式微波探测器的探测区域

(2)微波探测器的发射能图与所采用的天线结构有关。

如图1-16所示。 图1-16 微波场形成的控制范围能图

雷达式微波探测器的发射天线与接收天线通常是采用收、发共用的形式。

(2)微波对非金属物质的穿透性既有好的一面，也有坏的一面。

通常是将报警探测器悬挂在高处(距地面1.5～2m左右)，探头稍向下俯视，使其方向性指向地面，并把探测器的探测覆盖区限定在所要保护的区域之内。这样可使因其穿透性能造成的不良影响减至最小。如图1-17所示。

图1-17 微波探测器的安装

图中实线所示的覆盖区显然比虚线所示的覆盖区要更可靠些。

(3)微波探测器的探头不应对准可能会活动的物体。

(4)在监控区域内不应有过大、过厚的物体，特别是金属物体。

(5)微波探测器不应对着大型金属物体或具有金属镀层的物体(如金属档案柜等)。如图1-18所示。 图1-18 微波探头不应对着大型金属物体

(6)微波探测器不应对准日光灯、水银灯等气体放电灯光源。

(7)雷达式微波探测器属于室内应用型探测器。

(8)当在同一室内需要安装两台以上的微波探测器时，它们之间的微波发射频率应当有所差异(一般相差25MHz左右)。而且不要相对放置，以防止交叉干扰，产生误报警。

(四) 微波墙式探测器 1．微波墙式探测器的组成及基本工作原理

微波墙式探测器是一种将微波收、发设备分置的利用场干扰原理或波束阻断式原理的微波探测器。其基本组成如图1-19所示。

图1-19 微波墙式报警器的基本组成

2．微波墙式探测器的主要特点及安装使用要点 (1)由于在微波接收机与发射机之间形成一道无形的“墙”，因此是一种很好的周界防范报警设备。它很适用于露天仓库、施工现场、飞机场、监狱、劳改场或博物馆等大楼墙外的室外周界场所的警戒防范工作。也可以用它来警戒展览馆、机要大楼等室内的狭长走廊，以防坏人进入重要场所。

(2)微波墙式探测器一般采用脉冲调制的微波发射信号，有几个优点：

① 电源耗电少，便于使用备用电源，也可延长备用电池的使用寿命。

② 放大器相对频带窄、机内噪声小。

③ 抗干扰性较强。

(3)工作可靠性较好，只要安装得当，误报漏报率较低。

(4)当防范区具有比较开阔、平坦和直线性较好的外周界线时，根据微波射束的直线性传播特性，适宜采用两个相对方向发射的微波射束组成一个警戒墙。

(5)当防护区的外周界线平直度较差、曲折过多或地面高低起伏不平时，则不宜采用微波墙。

(6)使用中，通常采用L型托架将微波收、发机安装在墙上或桩柱上，收、发机之间要有清晰的视线。如图1-20所示。

图1-20 微波墙式探测器的安装

(7)户外使用时，可根据防范区域外周界的形状，合理布局几组对向放置的收、发机，并注意各设备之间的间隔。如图1-21所示。图中T(TRANSMITTER)代表发射机，R(RE- CEIVER)代表接收机。 图1-21 微波墙式探测器的布局

三、红外探测器

利用红外线的基本理论和特点制成的探测器称为红外探测器。

(一) 红外线在电磁波谱中的位置

红外线是电磁波谱中的一个波段，它处于微波波段与可见光波段之间。凡波长长于0.78μm，直至100μm的电磁波都属于红外波段。由于其波长比可见光中的红光波长要长，是处于可见光红色光谱外侧的位置，故有红外线之称。参看图1-22。

图1-22 电磁波波谱图

一般可把电磁波谱的不同波段划分为三个区。

无线电区——包括微波和其他无线电波。波长是从lmm至

m。

射线区——包括X射线、γ射线和宇宙射线。波长是从

μm至

μm。

光学区——包括红外线、可见光和紫外线这三个波段。波长是从

μm至lmm。

根据红外线的波长不同，又可将红外波段分为近红外、中红外、远红外、远远红外这样几个分波段。

红外探测器依据工作原理的不同，可分为主动式红外探测器与被动式红外探测器两种类型。

(二) 主动式红外探测器 1．主动式红外探测器的组成及基本工作原理

主动式红外探测器是由发射和接收装置两部分所组成。如图1-23所示。

图1-23 主动式红外探测器的基本组成

分别置于收、发端的光学系统一般采用的是光学透镜。它起到将红外光聚焦成较细的平行光束的作用，以使红外光的能量能集中传送。红外发光管是置于发端光学透镜的焦点上，而光敏晶体管是置于收端光学透镜的焦点上。如图1-24所示。 图1-24 利用光学透镜将红外光聚集成束

采用调制的红外光源具有以下几个优点。

其一，可以降低电源的功耗。

其二，使红外探测器具有较强的抗干扰能力，提高了工作的稳定性。

2．主动式红外探测器的防范布局方式

主动式红外探测器可根据防范要求、防范区的大小和形状的不同，分别构成警戒线、警戒网、多层警戒等不同的防范布局方式。

根据红外发射机及红外接收机设置的位置不同，主动式红外探测器又可分为对向型安装方式及反射型安装方式两种。

(1)对向型安装方式。

红外发射机与红外接收机对向设置。如图1-25(a)所示。

可采用多组红外发射机与红外接收机对向放置的方式。这样可以用多道红外光束形成红外警戒网(或称光墙)，如图1-25(b)所示。也可采用如图1-26所示的其他多种形式的多光束组成警戒网。 图1-25 对向型安装方式

图1-26 其他类型的多光束组合而成的警戒网

根据警戒区域的形状不同，只要将多组红外发射机和红外接收机合理配置，就可以构成不同形状的红外线周界封锁线。如图1-27所示。

图1-27 四组红外收、发机构成的周界警戒线 当需要警戒的直线距离较长时，也可采用几组收、发设备接力的形式，如图1-28所示。

图1-28 用接力方式加长探测距离

目前使用较多的双光束主动式红外探测器的防范布局方式如图1-29所示，在多组红外发射机与接收机一起使用时，应注意消除射束的交叉误射(如图中虚线所示)。

图1-29 双光束主动式红外探测器的防范布局方式

(2)反射型安装方式。

如图1-30所示。 图1-30 反射型安装方式

采用这种方式，一方面可缩短红外发射机与接收机之间的直线距离，便于就近安装、管理；另一方面也可通过反射镜的多次反射，将红外光束的警戒线扩展成红外警戒面或警戒网，如图1-31所示。

图1-31 利用反射型安装方式所形成的红外警戒网

要注意的是：采用反射型安装方式时的累计探测距离将小于采用对向型安装方式时的直线探测距离，因此，实际安装时应留有充分的余地。

3．主动式红外探测器的主要特点及安装使用要点

(1)属于线控制型探测器，其控制范围为一线状分布的狭长的空间。

(2)主动式红外探测器的监控距离较远，可长达百米以上。

(3)探测器还具有体积小、重量轻、耗电省、操作安装简便、价格低廉等优点。 (4)主动式红外探测器用于室内警戒时，工作可靠性较高。但用于室外警戒时，受环境气候影响较大。

(5)由于光学系统的透镜表面是裸露在空气之中，极易被尘埃等杂物所污染。

(6)由主动式红外探测器所构成的警戒线或警戒网可因环境不同随意配置，使用起来灵活方便。

(三) 被动式红外探测器

被动式红外探测器不需要附加红外辐射光源，本身不向外界发射任何能量，而是由探测器直接探测来自移动目标的红外辐射，因此才有被动式之称。

1．自然界物体的红外辐射特性

自然界中的任何物体都可以看作是一个红外辐射源。人体辐射的红外峰值波长约在10μm处。

物体表面的温度越高，其辐射的红外线波长越短。也就是说，物体表面的绝对温度决定了其红外辐射的峰值波长。如表1-3所示。

表1—3 不同温度下物体的红外辐射峰值波长

2．被动式红外探测器的组成及基本工作原理

(1) 基本工作原理。

被动式红外探测器主要是由光学系统、热传感器(或称红外传感器)及报警控制器等部分所组成，如图1-33所示。 图1-33 被动式红外报警器的基本组成

红外传感器的探测波长范围是8～14μm，由于人体的红外辐射波长正好在此探测波长范围之内，因此能较好地探测到活动的人体。

(2) 红外传感器。

红外传感器又称为热传感器，它是被动式红外探测器中实现热电转换的关键器件。热释电传感器。

分类：单波束型被动红外探测器及多波束型被动红外探测器两种。

3．单波束型被动红外探测器

单波束型被动红外探测器采用反射聚焦式光学系统。它是利用曲面反射镜将来自目标的红外辐射汇聚在红外传感器上。如图1-35所示。

图1-35 采用反射式光学系统的被动红外报警器

这种方式的探测器警戒视场角较窄，一般仅在5°以下。但作用距离较远，可长达百米。因此，又可称为是直线远距离控制型被动红外探测器，如图1-36所示。它适合用来保卫狭长的走廊和通道以及封锁门窗和围墙等。 图1-36 单波束型被动红外探测器的探测范围

4．多波束型被动红外探测器

多波束型被动红外探测器采用透镜聚焦式光学系统。它是利用特殊结构的透镜装置，将来自广阔视场范围的红外辐射经透射、折射、聚焦后汇集在红外传感器上。

目前，多采用性能优良的红外塑料透镜——多层光束结构的菲涅耳透镜。某种三层结构的多视场菲涅耳透镜组的结构如图1-37所示。

图1-37 多视场菲涅耳透镜组

有一般的广角镜头式，也有形成垂直整体形幕帘式以及小角度长距离视场与大角度近距离视场的组合式等等。如图1-40所示为其中的几种。

图1-40 不同规格的红外透镜镜头

多波束型被动式红外探测器的警戒视场角比单波束型被动式红外探测器的警戒视场角要大得多。水平视场角可大于90°，垂直视场角最大也可达90°。但其作用距离较近，一般只有几米到十几米。一般来说，视场角增大时，作用距离将减小。因此多波束被动式红外探测器又可称为是大视角短距离控制型被动式红外探测器。

5．防止被动红外探测器(PIR)产生误报的几项技术措施

(1)温度补偿电路。

第一种方案：常规的温度补偿特性是呈线性递增形式(如图1-41所示)。

图1-41 线性补偿特性 图1-42 抛物线补偿特性

由图中看出，电路的增益随环境温度的上升而上升，当接近人体温度时，增益也上升到较高值，确实可以起到灵敏度补偿的作用。但在环境温度上升到人体温度之上时，随着温差的逐渐增大，补偿仍然继续增加，这就会使当环境温度与人体温差较大时灵敏度增加得太高而容易产生误报。

第二种方案：温度补偿特性呈抛物线形式(如图1-42所示)。

由图中看出，电路的增益随环境温度的上升呈抛物线规律变化，这就可以做到在温度发生不同变化时，探测器的灵敏度基本可以维持稳定而达到一个最佳状态。采用了这种温度补偿特性的探测器可以在环境温度从—10℃到+50℃～+55℃范围内变化，或是环境温升速率在一分钟内变化0.56℃时也不会产生误报。还有的探测器甚至可以容许环境温度在－10℃到+65℃范围内变化。

(2)采用多元红外光敏元件，并采用“脉冲计数”方式工作。 ①采用双元红外光敏元件。

如图1-43所示。

图1-43 一般常规的脉冲计数方式

②采用四元红外光敏元件。

参看图1-45。这种设计方式又进一步提高了被动红外探测器的防小动物、宠物引起误报的能力。

图1-45 采用四元被动红外可防止小动物引起的误报

(3)防射频干扰的措施。

采用表面贴片技术。 (4)防白光干扰的措施。

在菲涅耳透镜的镜片上采取滤白光的措施。

(5)防小动物误报所采取的措施。

①采用四元红外光敏元件。

②在被动红外探测器中内置微处理器。

③采用防宠物的菲涅耳透镜。

6．被动式红外探测器的主要特点及安装使用要点

(1)被动式红外探测器属于空间控制型探测器。

(2)由于红外线的穿透性能较差，在监控区域内不应有障碍物，否则会造成探测“盲区”。

(3)为了防止误报警，不应将被动式红外探测器探头对准任何温度会快速改变的物体，特别是发热体。

(4)被动式红外探测器亦称其为红外线移动探测器。应使探测器具有最大的警戒范围，使可能的入侵者都能处于红外警戒的光束范围之内。并使入侵者的活动有利于横向穿越光束带区，这样可以提高探测的灵敏度。

(5)被动式红外探测器的产品多数都是壁挂式的，需安装在离地面约2～3m的墙壁上。

(6)在同一室内安装数个被动式红外探测器时，也不会产生相互之间的干扰。

(7)注意保护菲涅耳透镜。

(8)基于上述原因，被动式红外探测器基本上属于室内应用型探测器。

第四讲：开关式探测器、超声波及其声控探测器

四、开关式探测器 开关式探测器是一种结构比较简单，使用也比较方便、经济的探测器。它是通过各种类型开关的闭合或断开来控制电路产生通、断，从而触发报警的。

(一) 开关式探测器的基本工作原理

开关式探测器的基本工作原理如图1-47所示。

图1-47 开关式探测器的基本工作原理

常用的开关式传感器：磁控开关、微动开关、紧急报警开关、压力垫或用金属丝、金属条、金属箔等来代用的多种类型的开关。它们可以将压力或磁场力或位移等物理量的变化转换为电压或电流的变化。

启动报警控制器发出报警信号的方式有两种：一种是开路报警方式；另一种是短路报警方式。

开关式探测器通常属于点控制型探测器。

以下介绍几种常用的开关式探测器。

(二) 磁控开关(又称磁控管开关或磁簧开关)

1．磁控开关的组成及基本工作原理

磁控开关是由永久磁铁块及干簧管(又称磁簧管或磁控管)两部分组成的。

干簧管是一个内部充有惰性气体(如氮气)的玻璃管，其内装有两个金属簧片，形成触点A和B，如图1-48所示。 图1-48 磁控开关的工作原理

当需要用磁控开关去警戒多个门、窗时，可采用如图1-49所示的方式。

图1-49 磁控开关的串联使用

2．磁控开关的主要性能指标

(1) 缝距(毫米)。

参看图1-50。缝距从几毫米～几十毫米不等。

图1-50 磁控开关的缝距

(2) 开关形式：单刀单掷(闭路)、单刀单掷(开路)和单刀双掷型。

(3) 额定电流(安培)。

(4) 开关件尺寸(毫米)。

对于外观为圆柱形的开关件，有直径和长度的尺寸之分。

对于外观为长方形的开关件，有长度、宽度和高度的尺寸之分。

(5) 磁石件尺寸(毫米)。

对于外观为圆柱形的磁石件，有直径和长度的尺寸之分。

对于外观为长方形的磁石件，有长度、宽度和高度的尺寸之分。

(6) 安装方式：分为表面型安装方式(S)和隐藏型安装方式(R)。

3．磁控开关的主要特点及安装使用要点

(1)一个好的磁控开关其磁控管的金属簧片要有较好的弹性且易于吸合，同时磁铁的磁性必须要有足够的强度和寿命，以易于安装且减少误报。

(2)要经常注意检查永久磁铁的磁性是否减弱，否则会导致开关失灵。

(3) 一般普通的磁控开关不宜在钢、铁物体上直接安装，这样会使磁性削弱，缩短磁铁的使用寿命。

(4) 磁控开关的有明装式(表面安装式)和暗装式(隐藏安装式)，应根据防范部位的特点和要求选择。

(5)磁控开关的触点工作的可靠性和寿命，一般其可靠通断的次数可达

次以上。 (6)由于磁控开关的体积小、耗电少、使用方便、价格便宜，动作灵敏(接点的释放与吸合时间约在lms左右)，抗腐蚀性能又好，比其他机械触点的开关寿命要长，因此得以广泛应用。

(三) 微动开关

这种开关做成一个整体部件，需要靠外部的作用力通过传动部件带动，将内部簧片的接点接通或断开。

最简单的一种是如图1-51(a)所示的两个接点的按钮开关。只要按钮被压下，A、B两点间即可接通，压力去除，A、B两点间断开。

图1-51微动开关

还有如图1-51(b)所示的三个接点的揿键开关。A、B两点间为常闭接触；A、C两点间为常开。

微动开关的优点是：结构简单、安装方便、价格便宜、防震性能好、触点可承受较大的电流，而且可以安装在金属物体上。

缺点是抗腐蚀性及动作灵敏程度不如前述的磁控开关。

(四) 紧急报警开关

当在银行、家庭、机关、工厂等各种场合出现人室抢劫、盗窃等险情或其他异常情况时，往往需要采用人工操作来实现紧急报警。这时，就可采用紧急报警按钮开关和脚挑式或脚踏式开关。

(五) 带有开关的防抢钱夹

从外表上看，它就是一个很平常的可以夹钞票的钱夹子，如图1-52所示。 图1-52 带有开关的防抢钱夹

(六) 用金属丝、金属条导电性薄膜等导电体的断裂来代替开关

(七) 压力垫

压力垫是由两条平行放置的具有弹性的金属带构成，中间有几处用很薄的绝缘材料(如泡沫塑料)将两块金属条支撑着绝缘隔开，如图1-53所示。两块金属条分别接到报警电路中，相当于一个接点断开的开关。

图1-53 压力垫

压力垫通常放在窗户、楼梯和保险柜周围的地毯下面。当入侵者踏上地毯时，人体的压力会使两根金属带相通，使终端电阻被短路，从而触发报警，如图1-54所示。

图1-54 利用压力垫报警 开关式探测器结构简单、稳定可靠、抗干扰性强、易于安装维修、价格低廉，从而获得广泛的应用。

五、超声波探测器

声波是一种机械振动波，其频率范围是很宽的。除包括频率从20～20000Hz范围内能引起人耳听觉的可闻声波外，还包括有频率高于20000Hz的超声波和频率低于20Hz的次声波。利用人耳听不到的超声波段的机械振动波来作为探测源的探测器就称为超声波探测器。它是专门用来探测移动物体的空间型探测器。

超声波探测器根据其结构和安装方法的不同可分为两种类型。一种是将两个超声波换能器安装在同一壳体内，即收、发合置型。其工作原理是基于声波的多普勒效应，故通常又称为多普勒型超声波探测器。另一种是将两个超声波换能器分别放置在不同的位置，即收、发分置型。其工作原理不同于一般的多普勒效应，通常称为声场型超声波探测器。

我们先来介绍超声波换能器，而后再分别介绍上述两类超声波探测器的基本工作原理。

(一) 超声波换能器

超声波换能器是超声波探测器中的关键器件，亦可称为超声波传感器。常用的有两种：一种是压电晶体传感器，另一种是磁致伸缩传感器。前一种应用得更为广泛。利用它们可以实现将电能转变为声能或将声能转变为电能的能量转换。

正压电效应。

逆压电效应。

超声波发射装置的换能器是利用压电晶体的逆压电效应而制成的。

超声波接收装置的换能器是利用压电晶体的正压电效应而制成的。

(二) 多普勒型超声波探测器 超声波探测器主要是由发射机、接收机和信号处理电路几部分所组成。将发射机与接收机合置的多普勒型超声波探测器的基本组成如图1-55所示。

图1-55 多普勒型超声波报警器的基本组成

声波与电磁波的多普勒效应的原理完全相同。在微波探测器一节中我们已做过介绍，在此不再重复。

超声波收、发机通常装在天花板或墙上，其发射的超声波能场的分布是有一定方向性的，一般是面向防范区呈椭园形的能场分布，控制面积可达几十平方米。如图1-56所示。

图1-56 超声波能场的分布图

为了减少探测盲区，在较大的防范区也可安装多个超声波收、发机，并使各个收、发机的能场相互重叠以减小盲区。如图1-57所示是安装两个超声波收、发机的情况。

图1-57 安装两个超声波收、 图1-58 声场型超声发机的能场分布图

(三) 声场型超声波探测器

声场型超声波探测器是将超声波收、发机分开放置，如图1-58所示。其工作原理与前述的多普勒超声波探测器有所不同。

收、发机分置的超声波探测器其控制空间可达几百立方米。由于可以采用数对以至十几对收、发机并联使用的方式，故还可以警戒更大范围的空间，如图1-59所示。也可根据房间的大小分别采用一发、一收、一控；三发、三收、一控和六发、三收、一控等多种不同的布局系统。

图1-59 声场型超声波探测器的布局

声场型超声波探测器由于不是以多普勒效应为原理的，故其探测灵敏度与移动人体的运动方向无关。而多普勒型超声波探测器的探测灵敏度则与移动人体的运动方向有关。即当入侵者向着或背着超声波收、发机的方向行走时，因可使超声波产生较大的多普勒频移，故探测灵敏度也就较高。

(四)超声波探测器的主要特点及安装使用要点 1．超声波探测器属于空间控制型探测器 2．室内的密封性应较好 3．房间的隔音性能要好 4．超声波对物体没有穿透性能 5．安装位置 6．环境介质的影响 六、声控探测器

利用由声电传感器做成的监听头对监控现场进行立体式空间警戒的探测系统通常称为声控探测器。

(一)声控探测器的组成及基本工作原理

声控探测器是用来探测人侵者在防范区域室内的走动或进行盗窃和破坏活动(如撬锁、开启门窗、搬运、拆卸东西等)时所发出的声响。并以探测声音的声强来作为报警的依据。这种探测 系统比较简单，只需在防护区域内安装一定数量的声控头，把接收到的声音信号转换为电信号，并经电路处理后送到报警控制器，当声音的强度超过一定电平时，就可触发电路发出声、光等报警信号。其基本组成如图1-60所示。

图1-60 声控报警器的组成

由图中看出，声控报警系统主要是由声控头和报警监听控制器两个部分所组成。声控头置于监控现场，控制器置于值班中心。

(三) 声控探测器的主要特点及安装使用要点 1．声控探测器属于空间控制型探测器 2．声控探测器与其他类型的探测器一样，一般也设置有报警灵敏度调节装置 3．采用选频式声控报警电路可进一步解决在特定环境中使用声控报警器误报问题

第五讲：振动探测器与双技术探测器

七、振动探测器 振动探测器是以探测入侵者的走动或进行各种破坏活动时所产生的振动信号来作为报警的依据，例如，入侵者在进行凿墙、钻洞、破坏门、窗、撬保险柜等破坏活动时，都会引起这些物体的振动，以这些振动信号来触发报警的探测器就称为振动探测器。

(一) 振动探测器的基本工作原理

振动探测器的基本工作原理如图1-62所示。

图1-62 振动探测器的基本工作原理

振动传感器是振动探测器的核心组成部件。

(二) 常用的几种振动探测器

机械式振动探测器、惯性棒电子式振动探测器、电动式振动探测器、压电晶体振动探测器、电子式全面型振动探测器等多种类型。

1．机械式振动探测器

机械式振动探测器可以看作是一种振动型的机械开关。类型有多种，图1-63(a)中示出的是其中的一种。A、B、C是三根固定垂直放置的金属杆，D是一个圆球，A’、B’、C’为三块镶箝在球体上的金属片。平时圆球表面与三个金属杆的顶端接点A、B、C相接触。其接线如图1-63(b)所示。将上述组件封装在同一壳体内，即可形成一种特殊结构的触点常闭的开关——振动传感器。 图1-63 机械式振动传感器的结构及与报警电路连接的示意图

另外，还有一种结构极为简单的机械式振动传感器。在一块金属板上有一个圆孔，在圆孔中心悬有一根细圆金属棒，棒与板孔之间留有少许的空隙。参看图1-64。

图1-64 另一种形式的机械式振动传感器

2．惯性棒电子式振动探测器

惯性棒振动探测器的结构如图1-65所示。它适用于各种环境。

图1-65 惯性棒振动探测器的结构

惯性棒振动探测器在安装时要注意使探测器上标明的D或N方向垂直向下。D方向的交叉金属架呈60°，灵敏度较低；N方向的交叉金属架呈90°，灵敏度较高。请参看图1-66的探测器剖面示意图。

(a)N方向向下，灵敏度较高 (b)D方向向下，灵敏度较低

图1-66 N与D安装的方向不同，灵敏度不同

3．电子式全面型振动探测器

所谓全面型振动探测器是指该探测器可以探测到由各种入侵方式，如爆炸、焊枪、锤击、电钻、电锯、水压工具等所引发的振动信号，但对在防范区内人员的正常走动则不会引起误报。它包含了对振动频率、振动周期和振动幅度三者的分析，三组感应器感应三种不同的振动方式，从而有效地探测出非法入侵所产生的振动，但却抑制了环境的干扰因素。其信号分析原理如图1-67所示。 图1-67 电子式全面型三合一振动探测器的信号分析原理图

4．电动式振动探测器

电动式振动探测器的结构组成如图1-68所示。

图1-68 电动式振动探测器

当外壳受到振动时，就会使永久磁铁和线圈之间产生相对运动。由于线圈中的磁通不断地发生变化，根据电磁感应定律，在线圈两端就会产生感应电动势，此电动势的大小与线圈中磁通的变化率成正比。即

(

中为线圈中的磁通，N为线圈的匝数)

将线圈与报警电路相连，当感应电动势的幅度大小与持续时间满足报警要求时，即可发出报警信号。

电动式振动探测器对磁铁在线圈中的垂直加速位移尤为敏感。因此，当安装在周界的钢丝网面上时，对强行爬越钢丝网的入侵者有极高的探测率。

5．压电晶体振动探测器

在超声波探测器一节中，我们已经介绍过压电晶体的压电效应。压电晶体是一种特殊的晶体，它可以将施加于其上的机械作用力转变为相应大小的电压，即模拟的电信号。此电信号的频率及幅度与机械振动的频率及幅度成正比。利用压电晶体的压电效应就可做成压电晶体振动探测器，其适用的范围也很广。

(三) 振动探测器的主要特点及安装使用要点 1．振动探测器基本上属于面控制型探测器 2．振动式探测器安装要牢固 3．振动探测器安装的位置应远离振动源(如旋转的电机) 4．电动式振动探测器主要用于室外掩埋式周界报警系统中

八、双技术探测器、三鉴器、四鉴器

双技术探测器又称为双鉴器或复合式探测器。它是将两种探测技术结合在一起，以“相与”的关系来触发报警，即只有当两种探测器同时或者相继在短暂的时间内都探测到目标时，才可发出报警信号。

(一) 由单技术探测器向双技术探测器的发展

误报情况请参看表1—4“环境因素表”。在某些情况下，误报率甚至相当高。

为了解决误报的问题，一方面应该更加合理地选用、安装和使用各种类型的探测器，另一方面就是要不断提高探测器的质量，生产出性能稳定、可靠性较高的产品。近几年已经有了很大的进展。但就目前情况来看，仅从提高某一种单技术探测器的可靠性方面来努力是不容易达到要求的，只有采用双技术复合探测器才可较好地解决这一问题。 1973年日本首先提出双技术探测器的设想，直到80年代初才生产出第一台微波—被动红外双技术探测器。

(二) 双技术探测器的种类

人们对几种不同的探测技术进行了多种不同组合方式的试验，如超声波—微波双技术探测器、双被动红外双技术探测器、微波—被动红外双技术探测器、超声波—被动红外双技术探测器、玻璃破碎声响—振动双技术探测器等，并对几种双技术探测器的误报率进行了比较，如表1—5所示。

由表中看出，其中以微波—被动红外双技术探测器的误报率为最低，比其他几种类型的双技术探测器的误报率可降低约270倍，比采用各种单技术探测器的误报率可降低约421倍。实践证明，把微波与被动红外两种探测技术加以组合，是最为理想的一种组合方式。因此，获得了广泛的应用。

此外，玻璃破碎双技术探测器也是应用较多的一种双鉴器。

(三) 微波—被动红外双技术探测器

1．微波—被动红外双技术探测器实际上是将这两种探测技术的探测器封装在一个壳体内，并将两个探测器的输出信号共同送到“与门”电路去触发报警。“与门”电路的特点是：当两个输入端同时为“1” (高电平)时，其输出才为“r (高电平)。换句话说，只有当两种探测技术的传感器都探测到移动的人体时，才可触发报警。其基本组成如图1-69所示。

表1-4 环境因素表 表1-5 几种探测器误报率的比较

图1-69 微波—被动红外双技术探测器的基本组成

2．进一步提高微波—被动红外双鉴器工作可靠性所采取的技术措施。

(1)采用IFT技术。

IFT技术称为双边独立浮动阀值技术。如图1-70(b)所示。

图1-70 1FT技术——双边独立浮动阀值技术

(2)设置微波监控功能，同时采用IFT技术，组成四鉴探测器。

微波监控功能是专门用来监控微波探测器的工作是否正常。

(3)采用微处理器智能分析技术，组成三鉴探测器。

该种三鉴探测器的基本原理方框图如图1-71所示。 图1-71 三鉴探测器的基本原理方框图

(4)设置几种微波工作频率供选择。

(5)采用K—波段微波技术。

图1-72 X—波段微波与K—波段微波的比较

采用K—波段微波技术主要有以下的优点：

① K—波段微波信号的波长短，可将微波信号局限在室内。

这无疑可以进一步减少潜在的误报因素。参看表1—6。

表1—6 微波信号受到墙壁和窗户阻挡后的典型衰减值 ②可以实现微波视区成型技术——当调整K—波段微波的探测灵敏度时，微波视区形状始终保持不变。

通常在安装双鉴器时，为获得准确的探测性能及良好的抗误报能力，一般都需要将微波探测器的灵敏度调小一些(因一般出厂缺省设置是在最大处)，以使微波信号不致于到达室外。图1-73中以一个11米长的房间为例，对在微波探测器灵敏度的调整过程中，采用三种微波天线所形成的微波视区的变化情况进行了比较。图中，细线所示为红外探测视区，粗线所示为微波探测视区。

图1-73 三种微波天线所形成的微波视区的变化情况

(6)采用双电子温度补偿措施。

(7) 采用白片菲涅耳透镜片。

(8)使用电子滤波器。

(9)增加俯视区反射镜式光路系统。

(10)进一步提高双鉴器的抗射频干扰的能力。

3．微波—被动红外双技术探测器的主要特点及安装使用要点。

(1)双技术探测器比单技术探测器的价格要贵些，价格正日趋降低。但其可靠性要远高于单技术探测器。

(2)安装时，要使两种探测器的灵敏度都达到最佳状态是比较难做到的。

(3)单技术的微波探测器对物体的振动(如门、窗的抖动等)往往会发生误报警，而被动红外探测器对防范区域内任何快速的温度变化，或温度较高的热对流等也往往会发生误报警。而双鉴器可集两者的优点于一体，取长补短，对环境干扰因素有较强的抑制作用，因而对安装环境的要求不十分严格，通常只要按照使用说明书的要求进行安装即可满足防范要求。安装和使用都更为方便。

(四) 超声波—被动红外双技术探测器

采用与微波—被动红外双鉴器相同的原理，将超声波与被动红外两种探测技术组合在一起，并将两个探测器的输出信号共同送到“与门”电路去触发报警，就构成了超声波—被动红外双技术探测器。

为了降低误报率，安装时同样应着重考虑避开同时能引起两种探测器误报警的环境因素。例如，超声波—被动红外双鉴器就不适于安装在通风好、空气流动大的位置。因为这一环境因素不仅会使室内超声波的能量分布发生变化而导致超声波探测器的误报警，同时也会因空气流动所引起的背景物体的温度发生变化，而引起红外探测器的误报警。 不过，因超声波不会穿过墙壁或窗门探测，所以对室外的一切移动物体不会造成误报警。在这一点上优于前一种双技术探测器。

(五) 一体式(组合式)和分体式(分离式)双技术探测器的区别

如前所述，将两种探测器装在同一壳体内，并通过“与门”电路处理后实现报警的双技术探测器就构成了一体式双鉴器。

如果将两种探测器分别安装在两个壳体内，并放置在室内的不同位置，而最终再将两个探测器的输出信号送到与门电路处理后再实现报警。这样的双技术探测器就构成了分体式双鉴器。

采用分体式双鉴器虽然在安装上增加了麻烦，但优点是可以进一步提高双鉴器的探测率。因为无论是超声波多普勒型探测器还是微波多普勒型探测器均对面向或背向探测器的径向移动有着最大的探测灵敏度，而被动红外探测器则对横向穿越光束控制区的移动人体有着最大的探测灵敏度。如果在安装时将这两种探测器的径向安排成相互垂直的状态，如图1-74所示，则对移动人体的探测灵敏度将会提高。

图1-74 分体式双鉴器的最佳安装位置

第六讲：玻璃探测器、视频探测器及其他探测器

九、玻璃破碎探测器

玻璃破碎探测器是专门用来探测玻璃破碎功能的一种探测器。当入侵者打碎玻璃试图作案时，即可发出报警信号。