主动式红外入侵探测器是由发射装置和接收装置两部份组成。（）

A.被动红外入侵探测器

B. 主动红外入侵探测器

C. 振动入侵探测探测器

D. 磁开关入侵探测器

A.被动红外入侵探测器

B.主动红外入侵探测器

C.振动入侵探测探测器

D.磁开关入侵探测器

光电红外报警系统的制作

光电红外报警系统是一种重要的安全防范系统。目前其种类已经日益增多。有对飞机、导弹等军事目标入侵进行的报警系统，也有对机场、重要设施或危禁区域防范进行报警的系统。且目前普遍应用在企事业单位、住宅小区与家庭的安全防范系统中。本实验就是自己动手制作主动式红外探测报警系统。

实验目的

(1)自拟制作光电红外报警系统及调试；

(2)通过这一实验，培养训练学生设计制作的综合能力，实际动手能力，分析思考与解决问题的能力等。

实验内容

(1)用砷化镓发光管组成发射系统，在发射和接收系统之间有红外光束警戒线。当警戒线被阻断时，接收系统发出报警信号。要求系统在给定器件的条件下，使作用距离尽可能远。

(2)用硅光电探测器件组成接收系统，对影响光电探测性能的各种参数进行探讨，以求最大限度地发挥系统的探测能力。

实验设备及器材

(1)直流稳压电源

(2)示波器

(3)万用表

(4)HG412A型砷化镓发光二极管

(5)2CU2D型硅光电二极管

(6)LF353型双运算放大器及报警用红光LED

(7)NE555定时器、晶体二极管及阻容元件等

实验基本原理

随着现代社会经济的高速发展，人民生活水平也大幅度提高，因而对安全提出了要求，其首选的安全防范装置就是防盗探测器。但防盗报警探测器有各种各样，如被动和主动式红外探测器、微波探测器、振动探测器、玻璃破碎探测器、还有机电、光电、超声波与感应触发式防盗报警探测器等等。但其中，企事业单位室内与家用以被动式红外探测器的应用最多。

由于对安全的要求越来越高，家庭的安全防范也从室内扩展到室外的周界防范。目前使用较多的周界防范产品有：主动式红外对射探测器、电子围栏、张力铁线防越探测网、静电探测网、微波探测器、振动探测器、光纤防越栅栏、视频运动探测与跟踪系统等等。但其中，由于主动式红外探测器具有隐蔽性好、实时警戒报警、抗干扰强、可靠性高、安装简便、价格便宜等特点，因而在企事业单位、住宅小区与高级别墅的应用最多。

1．主动式红外探测器的工作原理

所谓主动红外探测器，是能主动发射红外光，即当被探测目标侵入所防范的警戒线时，遮挡了红外发射机与接收机之间的红外光束，我们把这种能响应被遮挡红外光束，并进入报警状态的电子装置称为主动红外探测器。

主动式红外探测器的工作原理方框如下图所示。

由图可知，主动红外探测器的发射机发出一束经调制的红外光束，被红外接收机接收，从而形成一条红外光束组成的警戒线。当被探测目标侵入该警戒线时，红外光束被部分或全部遮挡，此时接收机接收的信号就会发生变化，它经放大与信号处理后，即控制发出报警信号。

主动红外的发射光源，通常用红外发光二极管，其特点是体积小、重量轻、寿命长、功耗小，交直流供电都能工作，晶体管、集成电路都能直接驱动等。还有一些半导体激光器，如砷镓铝双异质结半导体激光器等，也工作在红外波段，因而也是一种主动红外探测器。主动红外探测器的光源通常采用脉冲调制的脉冲波形，其发射机采用自激多谐振荡器作为调制电源，使它产生很高占空比的脉冲波形，去调制红外二极管发光，以发射出红外脉冲调制光谱。这样，就大大降低了电源的功耗，提高了灵敏度，又增加了系统抗杂散光的干扰能力。

对光束遮挡型的探测器，要适当选取有效的报警最短遮光时间。因为遮光时间选得太短，会引起不必要的噪声干扰，如小鸟飞过、小动物穿过都会引起报警；而遮光时间选得太长，又可能导致漏报。因此，通常以10m/s的速度通过镜头的遮光时间，来定最短遮光时间。如人的最小宽度为20cm，则最短遮断时间为20cm/(10m/s)=20ms。所以，最短遮光时间大于20ms，系统报警；遮光时间小于20ms，则不报警。

主动红外探测器多采用双光路，可大大提高其抗干扰、防误报的能力。这种主动红外探测器寿命长、价格低、易调整，因此被广泛使用在电视监控报警系统工程中。

当主动红外探测器用在室外自然环境时，比如无星光和月亮的夜晚，以及夏日中午太阳光的背景辐射的强度比可超过100dB时，这就使接收机的光电传感器工作环境相差太大。通常采用截止滤光片，滤去背景光中的极大部分能量(主要滤去可见光的能量)，使接收机的光电传感器在各种户外光照条件下的使用条件基本相似。

此外，室外的大雾还会引起传输中红外光的散射，这就大大缩短了主动红外探测器的有效探测距离。如实测某红外探测器：在无雾时有效探测距离7km；浅雾时有效探测距离2.5km；轻雾时有效探测距离1km；中雾时有效探测距离0.6km；重雾时有效探测距离0.3km。因此，这也是作安防工程时需考虑的。

激光与一般光源相比，有方向性好、亮度高、单色性好、相干性好等特点，所以当要求距离远时，可采用红外半导体激光器来代替红外发光二极管作红外光源。通常，使激光器产生脉冲式激光，经光学系统向外发射激光光束，由激光接收机接收，以形成一条激光束组成的警戒线。当被探测的目标侵入防范警戒线时，激光束被遮挡，接收机接收到光信号发生变化，其变化的信号经放大、处理后就发生报警信号。

激光探测器的作用距离为

(30-1)

式中，P₁为激光功率；Q_T为光束发散角；m为调制光束调制度；S_R为接收面积；P_R为接收到的功率。

由此可见，要提高探测器的作用距离，有以下两种方法：

①增大激光源的发射功率，增加光学系统的透过率，减小发射装置的发散角。

②采用高灵敏度的光电传感器，可降低报警所需接收的最小功率，也可有效加大作用距离。此外，接收机的光电传感器的峰值灵敏度波长，应与探测器光源的波长尽可能一致。

激光具有高亮度、高方向性，所以激光探测器十分适合于远距离的线控报警装置。由于能量集中，可以在光路上加反射镜，反射激光，围成光墙。从而用一套激光探测器可以封锁一个场地的四周，或封锁几个主要的通道路口。

由于激光光源采用脉冲调制，抗干扰能力强，其稳定性能好，一般不会有因机器本身产生的误报警，如果采用双光路系统，可靠性更会大大提高。

主动式红外接收探测器就是用半导体硅作成的硅光电池、硅光电二极管或硅光电三极管，它们同硅CCD一样，能接收400～1100nm的可见光与近红外光。

2．被动式红外探测器的工作原理

任何高于绝对零度的物体都会释放出红外线，温度越高，红外辐射的峰值波长就越短。通常，人体可辐射出中心波长为9μm～10μm的红外线，而热释电探测器的波长在0.2～20μm范围内几乎是不变的，所以我们在芯片表面贴上截止波长为8～12μm的滤光片，于是就可得到只对人体敏感的热释电红外探测器。

热释电探测器用于防盗报警系统的电路构成方框图如下图所示。这是由菲涅尔透镜、热释电传感器、放大器、滤波器、电平比较器、驱动电路、继电器和稳压电源等组成。菲涅尔透镜的构造如第二个图所示。它是由聚乙烯材料注压而成的薄片，在薄片上压制有三种不同宽度的分格竖条，单个竖条平面实际上是一些同心的螺旋线。它的作用是聚集红外线能量，当人体在菲涅尔透镜前面通过时，它具有将连续的红外辐射分割成断续红外辐射的能力，从而可形成红外脉冲。

由于热释电是交流器件，它只能探测入侵的移动人体。因此，在实际使用中，把探测器放置在所要防范的区域里，那些固定的景物如厂房、展厅、柜台展品就成为不动的背景。背景辐射的微小信号变化，就是背景噪声。

如不考虑背景噪声，而只考虑红外传感器本身的噪声，在探测距离内，被动红外探测器的作用距离方程为：

(30-2)

式中，D_o为光学系统通光口径；NA=D_o/2f为光学系统数值孔径；η为光学系统的传输效率；I_e为目标的辐射强度；τ为大气透过率；D^*为传感器的光谱探测度；ω为视场角；△f为等效噪声带宽；U_s/U_n为探测器确定的信噪比。

由(30-2)式可见，要提高作用距离R值，必须：

①增大通光口径D。，增强光学系统的η；

②增大探测器传感器的探测度D^*；

③减小视场角；

④减小等效噪声带宽。

热释电红外探测器有双源、四源等种类，红外源几何形状有方形和交迭形，有模拟式或数字式自动脉冲数调节等。

一般，普通的被动红外探测器虽然有功耗小、隐蔽好、无辐射、价格低等优点，但在有些情况下表现有探测能力低和发生误报的缺点。随着现代光电等科学技术的发展，目前新型的被动红外探测器，基本上解决了过去普通被动红外探测器的缺点。

实验制作的红外报警系统

要求实验制作的红外报警系统为主动式，它可由下图所示的五个部分组成。调制电源提供GaAs发光管确定规律变化的调制电压，使发光管发出红外调制光，在一定距离以外用光电二极管接收调制光。转换后的信号经放大，检波后控制报警器，全部实验电路自拟。

A．发射端

B．电子围栏系统控制

C．光束强度指示灯

D．接收端