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  • 红外探测器

    红外探测器(Infrared Detector)是将入射的红外辐射信号转变成电信号输出的器件。红外探测器的灵敏度和可靠性是相互影响的。红外辐射是波长介于可见光与微波之间的电磁波,人眼察觉不到。要察觉这种辐射的存在并测量其强弱,必须把它转变成可以察觉和测量的其他物理量。一般来说,红外辐射照射物体所引起的任何效应,只要效果可以测量而且足够灵敏,均可用来度量红外辐射的强弱。红外探测器按工作原理主要可分为微波红外探测器、玻璃破碎红外探测器、振动红外探测器、超声波红外探测器等。

    编辑摘要

    目录

    原理 /红外探测器 编辑

    无线红外探测器是采用国际最先进的数字处理技术开发而成的智能型双元式探测器,它主要采用双元被动红外热释电传感器和特殊的光辑分析判断,带微电脑数字信号处理,完善的温度补偿,独有的防误报算法,低功耗,性能稳定,抗干扰性强,是一种高性价比的无线红外防盗探测器。

    1、将探测器左边的电源开关打到下面,此时探测器电源接通,面壳上的报警指示灯点亮约3秒,同时也发射出无线信号,报警3秒后探测器进入稳定程序,时间大约是50秒,稳定时间到,开始进入下一轮探测监控。

    2、当有人进入探测器的探测范围内时,探测器报警指示灯点亮,同时发射出无线信号。

    3、只要报警后,便要等50秒后才会进入下一轮报警;如探测器一直处于监控状态,则无论何时只要有人进入监控区域,则立刻产生报警。

    在红外线探测器中,热电元件检测人体的存在或移动,并把热电元件的输出信号转换成电压信号。然后,对电压信号进行波形分析。于是,只有当通过波形分析检测到由人体产生的波形时,才输出检测信号。例如,在两个不同的频率范围内放大电压信号,且将被放大的信号用于鉴别由人体引起的信号。于是,误将诸如热电元件的爆米花噪声一类噪声当作为由人体所产生而在准备加以检测乃得以防止。

    该红外线探测器包括红外线发射器、接收器、以及信号处理器,信号处理器的信号输出端经红外线发射电路与红外线发射器连接;信号输入端经红外线接收电路与红外线接收器连接,其反馈信号输出端与外围控制电路连接。

    本技术采用微型单片机作为信号处理器产生编码信号,驱动红外线发射器发出带有编码信号的红外线信号,并实时检测经过放大电路处理后的反射信号,其编码信号能够保证多个相同型号的传感器同时同地工作而不相互干扰。而且工作频率一致、可靠性高、功耗小。

    产品结构 /红外探测器 编辑

    红外探测器红外探测器

    一个红外探测器至少有一个对红外辐射产生敏感效应的物体,称为响

    应元也叫电红外传感器,和可以让红外透过并划分区域的介质也叫菲涅尔透镜。此外,还包括响应元的支架、密封外壳。有时还包括致冷部件、光学部件和电子部件等。

    一种红外线探测器,其特征在于,包括:热电元件;电流-电压变换器,它把来自所述热电元件的电流变换成电压信号;第一放大器,它以具有发送频带中心在第一频率处的第一带通滤波器特征来放大从所述电流-电压变换器接收到的所述电压信号;第二放大器,它以具有发送频带中心在高于第一频率的第二频率处的第二带通滤波器特征来放大从所述电流-电压变换器接收到的所述电压信号;以及爆米花噪声探测器,它把所述第二放大器的输出信号与阈值相比较以输出爆米花检测信号。

    特点 /红外探测器 编辑

    不同种类的物体发射出的红外光波段是有其特定波段的,该波段的红外光处在可见光波段之外。因此人们可以利用这种特定波段的红外光来实现对物体目标的探测与跟踪。将不可见的红外辐射光探测出并将其转换为可测量的信号的技术就是红外探测技术应用的情况来看,红外探测有如下几个优点:环境适应性优于可见光,尤其是在夜间和恶劣天候下的工作能力;隐蔽性好,一般都是被动接收目标的信号,比雷达和激光探测安全且保密性强,不易被干扰;由于是*目标和背景之间的温差和发射率差形成的红外辐射特性进行探测,因而识别伪装目标的能力优于可见光;与雷达系统相比,红外系统的体积小,重量轻,功耗低;探测器的光谱响应从短波扩展到长波;探测器从单元发展到多元、从多元发展到焦平面;发展了种类繁多的探测器和系统;从单波段探测向多波段探测发展;从制冷型探测器发展到室温探测器。

    产品种类 /红外探测器 编辑

    接近探测器

    是一种当入侵者接近它时能触发报警的探测装置。在接近探测器中,通常有一个高频率的LC震荡电路,震荡电路的LC回路通过导线连通到外部的金属部件上。当人体靠近时,通过空间的电磁偶合,会改变LC回路的谐振频率,引起震荡频率改变,探测器的检测电路能够识别这种频率的改变而发出警示信号。

    接近探测器的电路设计,需要注意几个关键的技术要点:①频率的选择,频率太低检测灵敏度低,太高容易产生误报,还要尽量避开电台频率点;②耗电量要小,接近探测器有时被做成一个小巧的便携式报警器,需要使用电池供电,而且使用电池供电也有利于提高电路的抗干扰能力,减少误报;③LC震荡回路的谐振频率,还会受外界环境因素(如温度和湿度)的影响,因此检测震荡频率的缓慢变化没有意义,应该检测震荡频率的突然变化,只有震荡频率的“突变”才与可能的盗情相关。

    接近探测系统的主要优点是多用性和通用性,它几乎可用来保护任何物体,而且不会被几米以外的干扰所激发。一旦有人靠近或接触到珠宝箱、文件柜、门窗准备行窃时,便会触发报警,但在附近的正常业务工作可以照常进行。

    接近探测器比较适用于室内,如对写字台、文件柜、保险柜等一些特殊物件提供保护,也可以用于对门窗的保护。通常被保护的物件是金属的,实际上可以构成保护电路的一部分,因而只要有人试图破坏系统时,就会立即触发报警。

    移动/震动探测器机器

    能够探测固定物体位置被移动的传感器称为移动探测器。其实运动是无处不在的,地球在转动,地球上的任何东西都在“移动”,这里所要探测的其实是相对的移动,比如放置在桌面上的物体被移开了桌面、停放的车辆被开动或搬动了等等。

    探测被警戒的物体发生移动,必须找到移动所能够产生的物理量变化,已经至少有:机械方法、光学方法、电磁方法、震动探测法。

    移动探测器材最适合于如文件柜、保险箱等贵重、机要特殊物件的保护,也适宜于与其他系统结合使用,来防止盗贼破墙而入。移动探测器的有效性与应用的正确与否有很大关系。它常常用来对某些一般情况下有人员在活动的保护区内的特殊物件提供保护。

    主动光入侵探测器

    光以直线传播,因此称为“光线”,如果光的传播路径被阻挡,光线既中断,光不能继续传播。主动光入侵探测器就是利用了光的直线传播特性作入侵探测,由光发射器和光接收器组成,收、发器分置安装,收发器之间形成一道光警戒线,当入侵者跨越该警戒线时,阻挡了光线,接收器失去光照而发出报警信号。

    一般情况下,选择可见光光谱之外的红外辐射光作为发射器的光源,使入侵者不能够察觉警戒光线的存在。为了避免受自然日光照射的干扰,通常采取两种技术措施:

    ①在接收器的受光窗口上加滤色镜,过滤其他的光线;

    ②对发射器光线进行幅度(强度)调制,具体做法是:使用红外线发光二极管作发射器光源的发光器件,并且使用频率为几KHz的调制信号,对发射器光源的供电电源的电压或电流进行调制,使发射器发出的光线强度也按照调制信号的规律变化。在接收器中,采用采用红外接收二极管接收光信号,并通过具有调谐回路的放大器对信号进行选频放大,这样就可以滤除与调制信号频率不同的其他信号的干扰,日光是不受任何调制的的稳定光线,它在接收二极管上产生的信号,自然也就被滤除而不产生响应。

    被动式红外探测器

    利用“黑体辐射”的物理学原理:只要物体的温度高于绝对零度,就会不停地向四周辐射光线,辐射的光线波长与物体的温度相关。人体在正常体温下,能够发射出远红外线,肉眼不能够看到它,但通过红外线传感器就可探测到这种远红外线,因此能够发现入侵者。这种探测器的核心部件是热释电红外探测元件,配置上用透明塑料制成的“菲聂尔”透镜,就能够对一定的空间范围进行监控,安装方便、灵敏度高、不需要辅助光源、耗电少,而且成本还比较低,因此是比较流行的一种电子安防产品部件。

    红外探测器按工作原理主要可分为红外红外探测器、微波红外探测器、被动式红外/微波红外探测器、玻璃破碎红外探测器、振动红外探测器、超声波红外探测器、激光红外探测器、磁控开关红外探测器、开关红外探测器、视频运动检测报警器、声音探测器等许多种类。

    红外探测器红外探测器

    红外探测器按工作方式可分为主动式红外探测器和被动式红外探测器。

    红外探测器按探测范围的不同又可分为点控红外探测器、线控红外探测器、面控红外探测器和空间防范红外探测器。

    除了以上区分以外,还有其他方式的划分。在实际应用中,根据使用情况不同,合理选择不同防范类型的红外探测器,才能满足不同的安全防范要求。

    红外探测器作为传感探测装置,用来探测入侵者的入侵行为及各种异常情况。在各种各样的智能建筑和普通建筑物中需要安全防范的场所很多。这些场所根据实际情况也有各种各样的安全防范目的和要求。因此,就需要各种各样的红外探测器,以满足不同的安全防范要求。

    根据实际现场环境和用户的安全防范要求,合理的选择和安装各种红外探测器,才能较好的达到安全防范的目的。当选择和安装红外探测器不合适时,有可能出现安全防范的漏洞,达不到安全防范的严密性,给入侵者造成可乘之机,从而给安全防范工作带来不应有的损失。

    红外探测器要求具有防拆动、防破坏功能。当红外探测器受到破坏、人为将其传输线短路或断路,以及非法试图打开其防护罩时,均应能产生报警信号输出;另外红外探测器还应具有一定的抗干扰措施,以防止各种误报现象的发生,例如:防宠物和小动物骚扰、抗因环境条件变化而产生的误报干扰等。

    红外探测器的灵敏度和可靠性是相互影响的。合理选择红外探测器的探测灵敏度和采用不同的抗外界干扰的措施,可以提高红外探测器性能。采用不同的抗干扰措施,决定了红外探测器在不同环境下的使用性能。了解各种红外探测器的性能和特点,根据不同使用环境,合理配置不同的红外探测器是防盗报警系统的关键环节。

    热探测器

    热探测器吸收红外辐射后,温度升高,可以使探测材料产生温差电动势、电阻率变化,自发极化强度变化,或者气体体积与压强变化等,测量这些物理性能的变化就可以测定被吸收的红外辐射能量或功率。分别利用上述不同性能可制成多种热探测器:

    ⑴ 液态的水银温度计及气动的高莱池(Golay cell):利用了材料的热胀冷缩效应。

    ⑵热电偶和热电堆:利用了温度梯度可使不同材料间产生温差电动势的温差电效应。

    ⑶ 石英共振器非制冷红外成像列阵:利用共振频率对温度敏感的原理来实现红外探测。

    红外探测器红外探测器

    ⑷测辐射热计:利用材料的电阻或介电常数的热敏效应—辐射引起温升改变

    材料电阻—用以探测热辐射。因半导体电阻有高的温度系数而应用最多,测温辐射热计常称“热敏电阻”。另外,由于高温超导材料出现,利用转变温度附近电阻陡变的超导探测器引起重视。如果室温超导成为现实,将是21世纪最引人注目的一类探测器;

    ⑸ 热释电探测器:有些晶体,如硫酸三甘酞、铌酸锶钡等,当受到红外辐射照射温度升高时,引起自发极化强度变化,结果在垂直于自发极化方向的晶体两个外表面之间产生微小电压,由此能测量红外辐射的功率。

    光子探测器

    光子探测器吸收光子后,本身发生电子状态的改变,从而引起内光电效应和外光电效应等光子效应,从光子效应的大小可以测定被吸收的光子数。

    红外探测器红外探测器

    ⑴光电导探测器:又称光敏电阻。半导体吸收能量足够大的光子后,体内一些载流子从束缚态转变为自由态,从而使半导体电导率增大,这种现象称为光电导效应。利用光电导效应制成的光电导探测器分为

    多晶薄膜型和单晶型两种。

    ⑵光伏探测器:主要利用p-n结的光生伏特效应。能量大于禁带宽度的红外光子在结区及其附近激发电子空穴对。存在的结电场使空穴进入p区,电子进入n区,两部分出现电位差,外电路就有电压或电流信号。与光电导探测器比较,光伏探测器背景限探测率大40%,不需要外加偏置电场和负载电阻,不消耗功率,有高的阻抗。

    红外探测器红外探测器

    ⑶光发射-Schottky势垒探测器:金属和半导体接触,形成Schottky势垒,红外光子透过Si层被PtSi吸收,使电子获得能量跃迁至费米能级,留下空穴越

    过势垒进入Si衬底,PtSi层的电子被收集,完成红外探测。

    ⑷量子阱探测器(QWIP):将两种半导体材料用人工方法薄层交替生长形成超晶格,在其界面有能带突变,使得电子和空穴被限制在低势能阱内,从而能量量子化形成量子阱。利用量子阱中能级电子跃迁原理可以做红外探测器。因入射辐射中只有垂直于超晶格生长面的电极化矢量起作用,光子利用率低;量子阱中基态电子浓度受掺杂限制,量子效率不高;响应光谱区窄;低温要求苛刻。

    用途 /红外探测器 编辑

    由于红外探测技术有其独特的优点从而使其在军事国防和民用领域得到了广泛的研究和应用,尤其是在军事需求的牵引和相关技术发展的推动下,作为高新技术的红外探测技术在未来的应用将更加广泛,地位更加重要。

    红外探测器红外探测器

    红外探测器是将不可见的红外辐射能转变成其它易于测量的能量形式的能量转化器,作为红外整机系统的核心关键部件,红外探测器的研究始终是红外物理与技术发展的中心。自1800年Herschel发现太阳光谱中的红外线时所用的涂黑水银温度计为最早的红外探测器以来,随着红外实验和理论的发展,新器件不断涌现。红外探测器制备涉及物理、材料、化学、机械、微电子、计算机等多学科,是一门综合科学。

    用途:检测人体运动、非法入侵并报警。它的灵敏度高,误报率低,外形小巧,美观,安装方便

    发展历史 /红外探测器 编辑

    红外探测器红外探测器

    1800年,F.W.赫歇耳在太阳光谱中发现了红外辐射的存在。当时,他使用的是水银温度计,即最原始的热敏型红外探测器。1830年,L.诺比利利用当时新发现的温差电效应(也称塞贝克效应),制成了一种以半金属铋和锑为温差电偶的热敏型探测器。称作温差电型红外探测器(也称真空温差电偶)。其后,又从单个温差电偶发展成多

    个电偶串联的温差电堆。1880年,S.P.兰利利用金属细丝的电阻随温度变化的特性制成另一种热敏型红外探测器,称为测辐射热计。1947年,M.J.E.高莱发明一种利用气体热膨胀制成的气动型红外探测器(又称高莱管)。在40年代,又用半导体材料制作温差电型红外探测器和测辐射热计,使这两种探测器的性能比原来使用半金属或金属时得到很大的改进。半导体的测辐射热计又称热敏电阻型红外探测器。

    60年代中期,出现了热释电型探测器。它也是一种热敏型探测器,但其工作原理与前三种热敏型红外探测器有根本的区别。最早的光电型红外探测器是利用光电子发射效应即外光电效应制成的。以 Cs-O-Ag为阴极材料的光电管(1943年出现)可以探测到 1.3微米。外光电效应的响应波长难以延伸,因此,它的发展主要是近红外成像器件,如变像管。

    利用半导体的内光电效应制成的红外探测器,对红外技术的发展起了重要的作用。内光电效应分光电导和光生伏特两种效应。利用这些效应制成的探测器分别称为光导型红外探测器和光伏型红外探测器(见光子型探测器)。

    在半导体中引起电导改变或产生电动势是一个激活过程,需要有一定的能量墹E。因此,入射辐射的光子能量必须大于墹E。也就是光电型探测器有一个最长的响应波长,称为长波限λ。

    1917年,T.W.卡斯发明Tl2S光电型红外探测器,但长波限仅到1.1微米。30年代末期,德国人研究PbS光导型探测器,室温工作时长波限为3微米,液氮温度时可到5微米。第二次世界大战之后,相继研制成PbTe和PbSe光电型探测器,响应波长延伸到7微米。50年代起,由于半导体物理学的发展,光电型探测器所能探测的波长不断延伸。对于有重要技术用途的 1~13微米波段和限于实验室应用的13~1000微米波段,都有适当的光电型探测器可供使用。60年代起,又研究成Hg1-xCdxTe三元半导体红外探测器,配制不同组分x的材料,可以制得不同响应波长的红外探测器。

    红外探测器红外探测器

    整流型红外探测器也是60年代开始问世的。由于激光的出现,

    就有可能利用外差技术进行接收。因此,把微波波段用的结型检波器推广应用到更高的频率范围,即短毫米波和亚毫米波。

    安装方法 /红外探测器 编辑

    (一)支柱式安装比较流行的支柱有圆形和方形两种,早期比较流行的是圆形截面支柱,情况正好反过来了,方形支柱在工程界越来越流行。主要是探测器 安装在方形支柱上没有转动、不易移动。除此以外,有广泛的不锈钢、合金、铝合金型材可供选择也是它的优势之一。在工种上的另外一种做法是选用角钢作为支 柱,如果不能保证走线有效地穿管暗敷,让线路裸露在空中,这种方法是不能取的。关键点在于支柱的固定必须坚固牢实,没有移位或摇晃,以利于安装和设防、减 少误报。

    (二)能够提供水平180°全方位转角,仰俯20°以上转角的红外线探测器,如 ALEPH主动红外线探测器HA、ABT、ABF系列产品,可以支持探头在建筑物外壁或围墙、栅栏上直接安装。

    (三)探测器安装的一般原则设置在通道上的探测器,其主要功能式防备人的非法通行,为了防止宠物、小动物等引起误报,探头的位置一般应距离地面50㎝ 以上。遮光时间应调整到较快的位置上,对非法入侵作出快速反应。设置在围墙上的探测器,其主要功能是防备人为的恶意翻越,顶上安装和侧面安装两种均可。 顶上安装的探测器,探头的位置应高出栅栏,围墙顶部25㎝,以减少在墙上活动的小鸟、小猫等引起误报。四光束探测器的防误报能力比双光束强,双光束又比单 光束强。侧面安装则是将探头安装在栅栏,围墙靠近顶部的侧面,一般是作墙壁式安装,安装于外侧的居多。这种方式能避开小鸟、小猫的活动干扰。每一种方式都 又他们自己的优点或缺陷,工程商对每一种安装方式都又他们自己的偏爱。用户应根据自己建筑物的特点和防盗要求加以选用。

    (四)特别提醒:线路绝对不能明敷,必须穿管暗设,这是探测器工作安全性的最起码的要求。

    安装在围墙上的探测器,其射线距墙沿的最远水平距离不能大于30㎝,这一点在 围墙以弧形拐弯的地方需特别注意。配线接好后,请用万用表的电阻档测试探头的电源端①、②端子,确定没有短路故障后方可接通电源进行调试。

    操作方法 /红外探测器 编辑

    (一)投光器光轴调整打开探头的外罩,把眼睛对准瞄准器,观察瞄准器内影响的情况,探头的光学镜片可以直接用手在180°范围内左右调整,用螺丝刀调 节镜片下方的上下调整螺丝,镜片系统有上下12°的调整范围,反复调整使瞄准器中对方探测器的影响落入中央位置。在调整过程中注意不要遮住了光轴,以免影 响调整工作。投光器光轴的调整对防区的感度性能影响很大,请一定要按照正确步骤仔细反复调整。

    (二)受光器光轴调整第一步:按照"投光器光轴调整"一样的方法对受光器的光轴进行初步调整。此时受光器上红色警戒指示灯熄灭,绿色指示灯长亮,而且 无闪烁现象,表示套头光轴重合正常,投光器、受光器功能正常。

    第二步:受光器上有两个小孔,上面分别标有"+"和"-",用于测试受光器所感受的红外线强 度,其值用电压来表示,称为感光电压。将万用表的测试表笔(红"+"、黑"-")插入测量受光器的感光电压。反复调整镜片系统使感光电压值达到最大值。这 样探头的工作状态达到了最佳状态。

    注意事项:四光束探测器有两组光学系统,需要分别遮住受光器的上、下镜片,调整至上、下感光电压值一致为止。较古老的四光束探测器两组光学系统是分开调 节,由于涉及到发射器和接受器两个探头共四个光学系统的相对应关系,调节起来相当困难,需要特别仔细调节,处理不当就会出现误报或者防护死区。ABF四光 束探测器已把两个部分整合为一体调节,工程施工容易多了。 (三)遮光时间调整在受光器上设有遮光时间调节钮,一般探头的遮光时间在50m/s ~ 500m/s间可调,探头在出厂时,工厂里将探头的遮光时间调节到一个标准位置上,在通常情况下,这个位置是一种比较适中的状态,都考虑了环境情况和探头 自身的特点,所以没有特殊的原因,也无须调节遮光时间。如果因设防的原因需要调节遮光时间,以适应环境的变化。一般而言,遮光时间短,探头敏感性就快,但 对于像飘落的树叶、飞过的小鸟等的敏感度也强,误报警的可能性增多。遮光时间长,探头的敏感性降低,漏报的可能性增多。工程师应根据设防的实际需要调整遮 光的时间。

    (四)与防盗主机的链接探头设定后,将防拆开关接入防区输入回路中,联线完毕,盖上探头的外壳,拧紧紧固螺丝。要求在防盗主机上该防区警示灯无闪烁、 不点亮,防区无报警指示输出。表示整个防区设置正常。否则,要对线路进行检查,对探头进行重新调试,重新对防区状态进行确定。

    (五)防盗性能测试防区工作状态正常后,应根据设防的要求,用与防范相似的所有可能尺寸,形状的物体,用不同的速度、不同的方式遮挡探头的光轴,在报 警现场用无线对讲机与控制中心联系,检验报警情况是否正常,同时要仔细留心报警主机上有没有闪动或不稳定状态。以免给报警系统留下隐患。我们口头上把这个 过程称为发炮试验。做发炮试验的目的就是要测试防区能否具有正常报警的能力,测试防区防护的范围是否能达到预定的要求,是否存在防护死区。

    维护方法 /红外探测器 编辑

    探测器在日常工作中,由于长期工作在室外,因此不可避免地受到大气中粉尘、微生物以及雪、霜、雾的作用,长久以往,在探测器的外 壁上往往会堆积一层粉尘样的硬壳,在比较潮湿的地方还会长出一层厚厚的藓苔,有时候小鸟也会把排泄物拉到探测器上,这些东西会阻碍红外射线的发射和接受,造成误报警。

    主要产品 /红外探测器 编辑

    热探测器

    热探测器吸收红外辐射后,温度升高,可以使探测材料产生温差电动势、电阻率变化,自发极化强度变化,或者气体体积与压强变化等,测量这些物理性能的变化就可以测定被吸收的红外辐射能量或功率。分别利用上述不同性能可制成多种热探测器:

    ⑴ 液态的水银温度计及气动的高莱池(Golay cell):利用了材料的热胀冷缩效应。

    ⑵热电偶和热电堆:利用了温度梯度可使不同材料间产生温差电动势的温差电效应。

    ⑶ 石英共振器非制冷红外成像列阵:利用共振频率对温度敏感的原理来实现红外探测。

    红外探测器红外探测器

    ⑷测辐射热计:利用材料的电阻或介电常数的热敏效应-辐射引起温升改变材料电阻-用以探测热辐射。因半导体电阻有高的温度系数而应用最多,测温辐射热计常称"热敏电阻"。另外,由于高温超导材料出现,利用转变温度附近电阻陡变的超导探测器引起重视。如果室温超导成为现实,将是21世纪最引人注目的一类探测器;

    ⑸ 热释电探测器:有些晶体,如硫酸三甘酞、铌酸锶钡等,当受到红外辐射照射温度升高时,引起自发极化强度变化,结果在垂直于自发极化方向的晶体两个外表面之间产生微小电压,由此能测量红外辐射的功率。

    光子探测器

    光子探测器吸收光子后,本身发生电子状态的改变,从而引起内光电效应和外光电效应等光子效应,从光子效应的大小可以测定被吸收的光子数。

    红外探测器红外探测器

    ⑴光电导探测器:又称光敏电阻。半导体吸收能量足够大的光子后,体内一些载流子从束缚态转变为自由态,从而使半导体电导率增大,这种现象称为光电导效应。利用光电导效应制成的光电导探测器分为

    多晶薄膜型和单晶型两种。

    ⑵光伏探测器:主要利用p-n结的光生伏特效应。能量大于禁带宽度的红外光子在结区及其附近激发电子空穴对。存在的结电场使空穴进入p区,电子进入n区,两部分出现电位差,外电路就有电压或电流信号。与光电导探测器比较,光伏探测器背景限探测率大40%,不需要外加偏置电场和负载电阻,不消耗功率,有高的阻抗。

    红外探测器红外探测器

    ⑶光发射-Schottky势垒探测器:金属和半导体接触,形成Schottky势垒,红外光子透过Si层被PtSi吸收,使电子获得能量跃迁至费米能级,留下空穴越过势垒进入Si衬底,PtSi层的电子被收集,完成红外探测。

    ⑷量子阱探测器(QWIP):将两种半导体材料用人工方法薄层交替生长形成超晶格,在其界面有能带突变,使得电子和空穴被限制在低势能阱内,从而能量量子化形成量子阱。利用量子阱中能级电子跃迁原理可以做红外探测器。因入射辐射中只有垂直于超晶格生长面的电极化矢量起作用,光子利用率低;量子阱中基态电子浓度受掺杂限制,量子效率不高;响应光谱区窄;低温要求苛刻。

    怎样减少被动红外探测器误报漏报

    报警设备故障引起的误报警

    产品在规定的条件下、规定的时间内,不能完成规定的功能,称为故障。故障的类型有损坏性故障和漂移性故障。

    损坏性故障包括性能全部失效和突然失效。这类故障通常是由元器件的损坏或生产工艺不良(如虚焊等)造成。

    漂移性故障是指元器件的参数和电源电压的漂移所造成的故障。例如:温度过高会导致电阻阻值的变化,此时设备表现为时好时坏。事实上,环境温度、元件制造工艺、设备制造工艺、使用时间、储存时间及电源负载等因素都可能导致元器件参数的变化,产生漂移性故障。

    无论是损坏性故障还是漂移性故障都将使系统误报警,要减少由此产生的误报警应从以下方面努力。

    ⑴报警设备的生产企业,必须提高产品的设计水平和工艺水平,在作系统设计的同时,还需作可靠性设计,如冗余设计、电磁兼容设计、三防设计(防潮、防盐雾、防霉菌)、漂移可靠性设计等。在此基础上,提高产品制造过程的可靠性,如对元器件质量的严格筛选;对生产过程进行严格的质量监督管理等,保证产品质量符合有关标准的要求。

    红外探测器红外探测器

    销售报警设备的单位或个人,应进行严格的进货检验,检验内容为:产品质量检验合格证明;生产企业的工业生产许可证书或安全认证证书或生产登记批准书。

    ⑵管理部门应定期或不定期组织安防市场的检查、抽查,发现生产、销售安防产品活动中的违法行为应严格按照《安全技术防范产品管理办法》的规定处理。

    ⑶报警系统建设单位(用户)应在相应的工程文件中明确要求施工单位选用经授权检测机构检验合格的产品;国外设备要选用正规渠道进口的、按国际先进标准检验合格的产品。

    ⑷为了保证报警系统的良好工作状态,必须建立定期检查、维修制度。顺便提一句,最好是变工程承建单位的维修为专业维修公司的维修,这样不仅有利于维修资源(维修人员、维修设备、维修备件等)的利用和维修水平的提高,更重要的是能提高安全防范系统的可靠性。

    报警系统设计、施工不当引起的误报警

    红外探测器红外探测器

    系统设计不当引起的误报警

    设备选择是系统设计的关键,而报警器材种类繁多,又各有自己的特点、适用范围和局限性,选用不当就会引起误报警。例如,靠近震源(飞机场、铁路旁)选用震动探测器就很容易引起系统的误报警;在蝙蝠经常出没的地方选用超声波探测器亦使系统误报警,这是因为蝙蝠发出超声波的缘故;电铃声、金属撞击声等高频声均可引起单技术玻璃破碎探测器的误报警……,因此,要减少由于器材选择不当引起的误报警,系统设计人员要十分熟悉各种报警器材的原理、特点、适用范围和局限性。同时还必须掌握现场环境情况、气候情况、电磁场强度以及照度变化等,以便因地制宜选择报警器材。

    除设备器材选择之外,系统设计不当还表现在设备器材安装位置、安装角度、防护措施以及系统布线等方面。例如:将被动红外入侵探测器对着空调、换气扇安装时,将会引起系统的误报警;室外用主动红外探测器如果不作适当的遮阳防护(有遮阳罩的最好也作防护),势必会引起系统的误报警;报警线路与动力线、照明线等强电线路间距小于1.5m时,而未加防电磁干扰措施,系统亦将产生误报警……。

    施工不当引起的误报警

    这部分问题主要表现在以下方面:

    ⑴没有严格按设计要求施工。

    ⑵设备安装不牢固或倾角不合适。

    ⑶焊点有虚焊、毛刺现象,或是屏蔽措施不得当。

    ⑷设备的灵敏度调整不佳。

    ⑸施工用检测设备不符合计量要求。

    解决上述问题的办法是加强施工过程的监督与管理,尽快实行安防工程监理制,这很有利于提高工程质量,减少由于施工环节造成的误报警。

    环境噪扰引起的误报警

    由于环境噪扰引起的误报警是指报警系统在正常工作状态下产生的,从原理上讲是不可避免的,而事实又是不需要的,属于误报警。例如:热气流引起被动红外入侵探测器的误报警;高频声响引起单技术玻璃破碎探测器的误报警;超声源引起超声波探测器的误报警等。减少此类误报警较为有效的措施就是采用双鉴探测器(两种不同原理的探测器同时探测到"目标",报警器才发出报警信号)。现行的产品有:微波-被动红外双鉴器、声控-振动玻璃破碎双鉴器、超声波-被动红外双鉴器等。但是有些环境噪扰双鉴探测器却无能为力,例如:老鼠在防范区出没;宠物在居室内走动等。为此,科技人员又将微处理技术引进报警系统,使其具备一定的鉴别和思考能力,能在一定程度上判断是入侵者还是环境噪扰引起的报警。综上所述,误报与防盗报警器、探测器本身的因素外,还与安装施工布线,及周围的环境有很大的关系,而环境的变化,如噪音,稳定,气流等往往无法解决,因此选择一款具有抗干扰的产品才是关键。

    图书 /红外探测器 编辑

    基本信息

    封面封面

    书名:《红外探测器(原书第2版)》

    原书名:INFRARED DETECTORS

    ISBN:9787111451976

    作者:(波兰)Antoni Rogalski 着

    译者:周海宪 等译

    出版社:机械工业出版社

    出版日期:2014年4月

    定价:268.00元

    页数:820

    内容简介

    本书有三个鲜明特点:第一,内容十分丰富,该书由四部分23章组成,概述了红外探测器的发展史,详细介绍了各种红外探测器的当前状况,同时根据相关理论预测了其性能极限;第二,内容非常系统,不仅介绍了红外探测技术的基础知识,而且还较为详细地阐述了各种类型的探测器,可使读者对红外探测器有全面了解,又能侧重自己从事的研究项目;第三,内容极具先进性,囊括了各种成熟的红外探测器和研究课题,同时介绍了曾经研究但尚未完全成功应用的一些项目,分析了其中的主要原因,指出未来可能的发展方向。本书参考了大量的会议文献和技术资料,并根据原书作者研究团队的研究成果和经验,分析和列出了目前已经达到的最高性能,无疑给读者提供了一个参考基准,是一部非常有价值的参考书。本书可供光电子领域特别是航空航天方向从事红外光学仪器设计、器件设计及研究的工程师和研究人员使用,也可作为大专院校相关专业师生的参考用书。

    目录

    译者序

    原书前言

    致谢

    作者简介

    第Ⅰ部分 红外探测技术的基础知识

    第1章 辐射度学

    第2章 红外探测器的性质

    第3章 红外探测器的基本性能极限

    第4章外差式探测技术

    第Ⅱ部分 红外热探测器

    第5章 温差电堆

    第6章 测辐射热计

    第7章 热释电探测器

    第8章 新型热探测器

    第Ⅲ部分 红外光子探测器

    第9章 光子探测器理论

    第10章 本征硅和锗探测器

    第11章 非本征硅和锗探测器

    第12章 光电发射探测器

    第13章 Ⅲ V族(元素)探测器

    第14章 碲镉汞(HgCdTe)探测器

    第15章 IV Ⅵ族(元素)探测器

    第16章 量子阱红外光电探测器

    第17章 超晶格红外探测器

    第18章 量子点红外光电探测器

    第Ⅳ部分 焦平面阵列

    第19章 焦平面阵列结构概述

    第20章 热探测器焦平面阵列

    第21章 光子探测器焦平面阵列

    第22章 太赫兹探测器和焦平面阵列

    第23章 第三代红外探测器

    作者简介 /红外探测器 编辑

    作者:(波兰)安东尼·罗格尔斯基(Antoni Rogalski) 译者:周海宪 程云芳

    安东尼·罗格尔斯基(Antoni Rogalski)是波兰华沙军事技术大学应用物理学院教授,红外光电子学领域最主要的研究人员之一。在其科学研究生涯中,对不同类型红外探测器理论、设计和制造技术都做出了开拓性贡献,主要是发明了新型锑铬汞(HgCdTe)三元合金探测器,例如铅盐、InAsSb、HgZnTe和HgMnTe。为了表彰在红外探测器三元合金结构中的研究成就,1997年他获得波兰自然科学基金奖(波兰最有声望的奖项),2004年被推选为波兰科学院院士。

    分类 /红外探测器 编辑

    按所利用的效应,红外探测器可分成三大类。

    热敏(型)红外探测器

    响应元吸收红外辐射而使温度升高,利用温度升高所导致的体积膨胀、电阻的改变、温差电动势的产生或自发电极化的改变等,度量入射辐射的强弱。

    光子(型)(或光电型)红外探测器

    响应元内的电子直接吸收红外辐射的光子能量而发生运动状态的改变,利用这一改变所导致的电导的改变或电动势的产生等,度量入射辐射的强弱。

    整流(型)红外探测器

    红外辐射是频率比无线电波更高的电磁波。与无线电波一样,也可用结型器件(如半导体结、金属-半导体结、金属-金属结、约瑟夫逊结等)作混频器,进行外差接收。不过,这种方法通常用于相干性的远红外辐射(即远红外激光)的探测。

    特性参数 /红外探测器 编辑

    红外探测器是把入射的红外辐射功率转变成输出电压的功率探测器(图1),用特性参数表示其使用规范和特性。对 1~14微米波段的探测器已有国际通用的参数。这些参数对远红外波段探测器也大体适用。

    红外探测器红外探测器
    响应率

    输出信号电压

    与输入的红外辐射功率

    之比,即

    (2)

    测量条件为:①辐射源用500K的黑体辐射,或其波长和功率均为已知的单色辐射;②入射辐射的功率应调制成按正弦变化,即正弦调制,输出电压也将按正弦变化;③输出电压和输入功率都用均方根值;④输出电压必须用开路电压;⑤辐射功率的大小,必须选择在输出电压与入射功率成正比的范围内。

    红外探测器红外探测器
    响应波长范围

    单色响应率与波长的关系(图2),称为分谱响应曲线或响应光谱。热敏型红外探测器的响应率与波长无关(至少在 1~15微米范围内)。光电型红外探测器有峰值波长

    和长波限

    红外探测器红外探测器

    。通常取响应率下降到

    处的一半所在的波长为

    红外探测器红外探测器

    。光电探测只在

    红外探测器红外探测器

    范围内有响应,因而又称为选择性红外探测器。图2的纵轴通常用相对单位表示。

    噪声电压

    如果测量探测器输出的电子系统有足够大的放大倍数,即使没有入射辐射,也可看到有一些毫无规律的、事前无法预测的电压起伏。它的均方根值称为噪声电压

    。此噪声来源于探测器中的某些基本的物理过程,是无法消除的。

    噪声等效功率

    当入射红外辐射所产生的输出电压正好等于探测器本身的噪声电压时,这时的入射辐射功率称为噪声等效功率

    。这是一个可测的量。设入射辐射功率为

    ,测得探测器的噪声电压为

    ,则按照比例关系,

    的辐射功率为

    (3)

    噪声电压与测量放大器的带宽墹

    有关。对于红外探测器。

    红外探测器红外探测器

    。通常用单位带宽时的

    表征探测器探测弱辐射信号的本领。此参数适用于所有的红外波段的探测器。

    红外探测器探测率

    探测器的噪声等效功率值与探测器的面积

    有关,因而不能用它比较两个不同面积的探测器的优劣。通过分析,大多数红外探测器的噪声等效功率

    红外探测器红外探测器

    ,考虑到带宽,则

    红外探测器红外探测器

    。为了比较不同来源的红外探测器,制定了规一化的探测率

    (4)

    这就是当探测器的响应元面积为1厘米 ,放大器带宽为1赫时,单位功率所能给出的信噪比。这个数值越大,探测器就越好。测量

    的条件与测量

    的条件相同。谈到一个探测器的探测率

    时,必须指明源的性质、调制频率和放大器的带宽,规定的写法为

    (辐射源,调制频率,带宽),如

    (500K,800,1)、

    (

    ,800,1)等。在实践中,用单色辐射源测

    比较困难,一般都是测量器件对500K黑体辐射源的探测率和以相对值表示的分谱响应,再转换到单色辐射率。

    响应时间

    当入射辐射突然照射到探测器上时,它的输出需要经过一定时间才能上升到与入射辐射功率相对应的稳定值。当辐射突然撤离时,也需要一定时间才能下降到最初的稳定值。一般说来,上升或下降所需的时间是相等的,称为探测器的响应时间

    其他参数

    探测器的工作温度、工作时的外加电压或电流、响应元的面积、电阻和低温工作的探测器的立体角等,都是设计或使用时所必须考虑的。

    比较 /红外探测器 编辑

    热敏探测器是在室温条件下能探测到15微米以至远红外波段的器件;与入射辐射的波长无关,可以用作辐射功率的绝对值测量;探测率为10 ~10 厘米·赫

    红外探测器红外探测器

    /瓦,响应时间为10 ~10 秒。光子探测器对波长有选择性,探测长波时需要在低温下工作。降低工作温度可提高探测率。探测率为10 ~10 厘米·赫

    红外探测器红外探测器

    /瓦,响应时间为10 ~10 秒。几种常用探测器的分谱探测率见图3。表中列出几种红外辐射探测器的主要参数,所列数据表示一般探测器的大致参数范围,最佳探测器的参数可超出上述范围。

    红外探测器红外探测器

    一切物体都在不断发出红外辐射,因而人们的周围处处都有红外辐射。这些从环境中发射出来的红外辐射称为背景辐射。当使用红外探测器探测特定的信号辐射时,周围环境红外辐射的影响是不可避免的。它们从各个方向投射到探测器上,引起探测器的响应。其总功率通常要比信号辐射功率大得多。如果这一功率恒定不变,就可以从总的输出中减去其分量,从而消除其影响。事实上,背景辐射并不是恒定不变的,其功率或光子数都在一个平均值上下涨落。这个涨落可能最终影响到红外探测器的工作性能。

    探测器的噪声一般来自探测器的探测机理本身,如果探测器的性能好,它本身的噪声电压就很低,以至它的输出能反映出背景辐射的涨落。这时的噪声就是背景辐射噪声。用这一噪声计算所得的探测率称为背景辐射限探测率

    红外探测器红外探测器

    对于光电类红外探测器,背景辐射显然与探测器的长波限

    红外探测器红外探测器

    有关。因为在整个背景辐射中,只有波长

    红外探测器红外探测器

    的辐射能引起探测器的响应。假设响应元对这类辐射的量子效应为1,背景辐射为295K的黑体辐射,探测器的视场角为180°,则从理论上可以计算出背景辐射限探测率与长波限的关系。图3右上角两条虚线分别代表理论计算的光伏型探测器和光导型探测器的背景辐射限探测率,前者是后者的

    红外探测器红外探测器

    倍。对于低温工作的光电型探测器,加适当的冷屏以缩小对背景辐射的视场角,可以提高背景辐射限探测率。例如,用60°的视场角,

    红外探测器红外探测器

    可比图中的理论值高一倍。

    热敏类探测器对各种波长的辐射具有相同的响应率,理论计算所得的295K背景辐射所决定的背景辐射限探测率为

    =1.81×10 (cm·Hz/W)

    红外探测器的4点应用领域 /红外探测器 编辑

    家庭防盗报警系统

    如主动红外探测器,其抗干扰性能强,装在室外,对室内人员活动毫不相干,只要在你房屋的外围出入口装上主动红外探测器,一旦有人

    进入室内,就及时报警,生命安全得到保障,财产更是完好无损。能起到防范早、后果小的目的,在家庭防盗报警系统中占有重要地位。

    周界防范

    周界防范系统在防护区域的四周围墙上规划设计室外红外对射报警探测器,在周边形成一道看不见的红外墙,与报警控制器连接。当有人

    通过这道无形的围墙时,相应的报警探测器能将报警信号送到警卫值班室或控制中心的主机,发出声光报警、显示报警位置。

    智能小区

    如室外用的太阳能充电无线被动红外探测器,防水性好、抗太阳光,是一种专为户外短距离应用而设计的产品。采用了人工智能数字信号

    处理和太阳能供电技术,无需复杂的布线,8级灵敏度选择,足以对付雨、雪、冰雹、太阳光、大风等各种恶劣天气,常应用于智能小区。

    银行报警系统

    在室内自助樱花和室外ATM分别按照广角后红外探测器和吸顶式全方位红外探测器,当红外探测器探测到有人在ATM区域活动时,会触发声

    强探测器进行工作。

    附图

     

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    扩展阅读
    1中安网:红外探测器

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