1 入侵報(bào)警探測(cè)器
入侵報(bào)警探測(cè)器用來探測(cè)入侵者的入侵行為。需要防范入侵的地方可以是某些特定的部位，如門、窗、柜臺(tái)、展覽廳的展柜；或是條線，如邊防線、警戒線、邊界線；有時(shí)要求防范范圍是個(gè)面，如倉(cāng)庫(kù)、重要建筑物的周界圍網(wǎng)（鐵絲網(wǎng)或圍本墻）；有時(shí)又要求防范的是個(gè)空間，如檔案室、資料室、武器室、珍貴物品的展廳等，它不允許入侵者進(jìn)入其空間的任何地方。因此入侵報(bào)警系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)就應(yīng)根據(jù)被防范場(chǎng)所的不同地理特征、外部環(huán)境及警戒要求選用合適的探測(cè)器以達(dá)到安全防范的目的。
入侵探測(cè)器應(yīng)有防拆、防破壞等保護(hù)功能。當(dāng)入侵者企圖拆開外殼或信號(hào)傳輸線斷路、短路或接其它負(fù)載時(shí)，探測(cè)器應(yīng)能發(fā)出報(bào)警信號(hào)。
入侵探測(cè)器還要有較強(qiáng)的抗干擾能力。在探測(cè)范圍內(nèi)，任何小動(dòng)物或長(zhǎng)150mm、直徑為30 mm具有與小動(dòng)物類似的紅外幅射特性的圓筒大小物體都不應(yīng)使探測(cè)器產(chǎn)生報(bào)警；探測(cè)器對(duì)于與射束軸線成15°或更大一點(diǎn)的任何界外光源的幅射干擾信號(hào)應(yīng)不產(chǎn)生誤報(bào)；探測(cè)器應(yīng)能承受常溫氣流和電鈴的干擾；應(yīng)能承受電火花的干擾。
2.傳感器
傳感器是入侵探測(cè)器的核心，它是一種物理量轉(zhuǎn)換器件，可以將入侵時(shí)所產(chǎn)生的力、壓力、位移、振動(dòng)、溫度、聲音、光強(qiáng)等物理量轉(zhuǎn)化為易于處理的電信號(hào)和電參量，如電壓、電流、電阻、電容等。這種轉(zhuǎn)換是按照一定的規(guī)律進(jìn)行的。被探測(cè)的信號(hào)我們稱之為輸入信號(hào)x，轉(zhuǎn)換后的電信號(hào)稱之為輸出信號(hào)y，那么有y=f（x），f稱之為轉(zhuǎn)換函數(shù)。轉(zhuǎn)換函數(shù)則反映了一定的轉(zhuǎn)換規(guī)律。對(duì)傳感器來說輸入信號(hào)除了被探測(cè)的入侵行為所產(chǎn)生的物理信號(hào)外，還包括有干擾所產(chǎn)生的氣壓、溫度、振動(dòng)、噪聲等干擾信號(hào)，因此實(shí)際上轉(zhuǎn)換函數(shù)應(yīng)是一多元函數(shù)，但好的傳感器會(huì)使干擾對(duì)輸出的影響被忽略。
傳感器的輸出電信號(hào)有兩種，一種是連續(xù)變化的信號(hào)，我們稱之為模擬量。如光電二極管輸出的電流隨光照強(qiáng)度大小而變化就是一種連續(xù)變化的物理量。但報(bào)警控制器通常只接收入侵行為是否發(fā)生的有無信號(hào)來決定相應(yīng)的防范措施。這就需要將連續(xù)變化的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成只有“有”和“無”兩種狀態(tài)的數(shù)字量，通常用“1”表示“有”，用“0”表示“無”。這種轉(zhuǎn)換可以在探測(cè)器中完成，也可以在報(bào)警控制器中完成。通常是將傳感器探測(cè)到的模擬信號(hào)與一予先確定的基準(zhǔn)信號(hào)相比較，小于基準(zhǔn)信號(hào)可認(rèn)為該信號(hào)為干擾引入而非入侵信號(hào)，判定為“0”，超過基準(zhǔn)值時(shí)的信號(hào)則只能在入侵行為發(fā)生時(shí)產(chǎn)生，判定為“1”。
也有少數(shù)的傳感器產(chǎn)生并輸出的信號(hào)只有兩種狀態(tài)，如干簧繼電器的“通”與“斷”，已經(jīng)是數(shù)字信號(hào)而不需轉(zhuǎn)換和比較，可直接被控制器接收。
1．開關(guān)傳感器
開關(guān)傳感器是一種簡(jiǎn)單、可靠的傳感器，也是一種zui廉價(jià)的傳感器，廣泛應(yīng)用于安防技術(shù)中。它可以將壓力、磁場(chǎng)或位移等在入侵行為發(fā)生時(shí)所產(chǎn)生的物理量轉(zhuǎn)化為傳感器內(nèi)部電路的“開”和“關(guān)”兩種電信號(hào)。
（1） 微動(dòng)開關(guān)、簧片型接觸開關(guān)
開關(guān)在壓力的作用下接通，從而發(fā)出報(bào)警信號(hào)；在無壓力作用時(shí)是斷開的；或者反過來工作。此類開關(guān)通常用在某些點(diǎn)探測(cè)器中，用以監(jiān)視門、窗、柜臺(tái)等特殊部位。
（2） 舌簧繼電器
舌簧繼電器又稱干簧繼電器，是一種將磁場(chǎng)力轉(zhuǎn)化為電信號(hào)的傳感器，其結(jié)構(gòu)如圖2-2。
圖2-2 干簧繼電器的構(gòu)造
干簧管的干簧觸點(diǎn)常做成常開、常閉或轉(zhuǎn)換三種不同形式。開關(guān)簧片通常燒結(jié)在與簧片熱膨脹系數(shù)相近的玻璃管上，管內(nèi)充有氮?dú)饣蚨栊詺怏w以避免觸點(diǎn)被氧化和腐蝕，還可以有效防止空氣中塵埃與水氣污染。
干簧管中的簧片是用鐵鎳合金制成，具有很好的導(dǎo)磁性能，與線圈或磁塊配合，構(gòu)成了干簧繼電器狀態(tài)的變換控制器，簧片上的觸點(diǎn)鍍金、銀、銠等貴金屬，以保證通斷能力。常開舌簧繼電器的兩個(gè)簧片在外磁場(chǎng)作用下其自由端產(chǎn)生的磁極極性正好相反，二觸點(diǎn)相互吸合，外磁場(chǎng)不作用時(shí)觸點(diǎn)是斷開的，故稱常開式舌簧繼電器。常閉舌簧管的結(jié)構(gòu)正好與常開式相反，是無磁場(chǎng)作用時(shí)吸合，有磁場(chǎng)作用時(shí)斷開。轉(zhuǎn)換式舌簧繼電器有常開、常閉兩對(duì)觸點(diǎn)，在外磁場(chǎng)作用下狀態(tài)發(fā)生轉(zhuǎn)換。
使用時(shí)通常把磁鐵安裝在被防范物體（如門、窗等）的活動(dòng)部位（門扇、窗扇），干簧管安裝在固定部位（門框、窗框），如圖2-3所示。
圖2-3 安裝在門窗上的磁控開關(guān)
磁鐵與舌簧管的位置要調(diào)整適當(dāng)，以保征門窗關(guān)閉時(shí)磁鐵與干簧管接近而干簧管觸點(diǎn)動(dòng)作，當(dāng)門窗打開時(shí)干簧管觸點(diǎn)復(fù)位而產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)。
（3） 易斷金屬導(dǎo)線
易斷金屬線是一種用導(dǎo)電性能好的金屬材料制成的機(jī)械強(qiáng)度不高、容易斷裂的導(dǎo)線，用它作為傳感器時(shí)，可將其捆繞在門、窗把手或被保護(hù)的物體上，當(dāng)門、窗被強(qiáng)行打開或物體被意外移動(dòng)時(shí)金屬線斷裂，使與其連通的電路斷路而發(fā)出報(bào)警信號(hào)。易斷金屬導(dǎo)線可以是0.1mm～0.5mm的漆包線,也可以采用一種導(dǎo)電膠粘帶。易斷金屬導(dǎo)線具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉的優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是不便于偽裝且沒有自恢復(fù)功能。
（4） 壓力墊
壓力墊也可以作為開關(guān)報(bào)警探測(cè)器的一種傳感器。壓力墊通常放在防范區(qū)域的地毯下面，如圖2-4所示。將兩長(zhǎng)條形金屬帶平行相對(duì)地分別放在地毯背面和地板之間，兩條金屬帶之間有幾個(gè)位置使用絕緣材料支撐，使兩條金屬帶互不接觸，此時(shí)相當(dāng)與傳感器開關(guān)斷開，當(dāng)入侵者進(jìn)入防范區(qū)域時(shí)，踩踏地毯而使相應(yīng)部位受力凹陷，兩條金屬帶接觸，此時(shí)相當(dāng)于傳感器開關(guān)閉合而發(fā)出報(bào)警信號(hào)。
圖2-4 壓力墊使用示意圖
2．壓力傳感器
壓力傳感器把傳感器上受到的壓力變化轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電量變化，經(jīng)過放大成為電信號(hào)。某些晶體材料，當(dāng)某方向受到外力作用時(shí)，其內(nèi)部就會(huì)產(chǎn)生極化現(xiàn)象，在某方向兩個(gè)表面上產(chǎn)生正負(fù)電荷，當(dāng)作用力改變時(shí)，電荷的大小和極性隨之改變，晶體所產(chǎn)生的電荷量大小和極性隨之改變，晶體所產(chǎn)生的電荷量大小與外力的大小成正比，這種現(xiàn)象稱正壓電效應(yīng)。反之某些晶體加一交變電場(chǎng)，晶體將產(chǎn)生機(jī)械變形，這種現(xiàn)象稱逆壓電效應(yīng)。圖2-5為壓電效應(yīng)原理示意圖。
圖2-5 壓電效應(yīng)原理示意圖
具有壓電效應(yīng)的晶體材料我們稱之為壓電材料。壓力傳感器就是利用壓電材料的正壓電效應(yīng)制成。
現(xiàn)在常用的壓電材料是人工合成的。天然的壓電單晶也有，但效率低，利用難度較大，用的較少，只有在高溫或低溫等特殊狀態(tài)下，才利用單晶石英晶體。
壓電陶瓷是人工燒結(jié)的一種常用多晶壓電材料，壓電陶瓷燒結(jié)方便，容易成形，強(qiáng)度高，而且壓/電轉(zhuǎn)換的系數(shù)大，為天然單晶石英晶體的幾十倍，而制造成本只有石英單晶的百分之一，因此壓電陶瓷廣泛被用做壓力傳感器材料。
常用的壓電陶瓷材料有鈦酸鋇、鈮鎂酸鉛，鉛鈦酸鉛等。
壓電陶瓷材料燒結(jié)后，zui初并不具有壓力特性。這種陶瓷材料內(nèi)部有許多無序排列的“電疇”，這些“電疇”在一定外界溫度下，接受一強(qiáng)化電場(chǎng)的作用，使其按外電場(chǎng)的方向整齊排列，這就是極化過程。極化后的陶瓷材料在撤去外電場(chǎng)后，其內(nèi)部電疇的排列不變，具有很強(qiáng)的極化排列，這時(shí)陶瓷材料才具有壓電性。
壓電陶瓷材料通常做成長(zhǎng)方體。當(dāng)某一方向上的對(duì)應(yīng)兩面受到外力作用時(shí)，在壓電陶瓷的這兩面上就會(huì)出現(xiàn)電荷堆積，電量的大小與受力的大小成正比。此時(shí)壓電陶瓷相當(dāng)于一個(gè)靜電發(fā)生器，或是一個(gè)以壓電材料為介質(zhì)的電容器，電容量的大小為
C=ε?ε0?A/δ
式中，
ε0 —— 真空介電常數(shù)（8.85×10-12 F/m）;
ε —— 壓電材料相對(duì)介電常數(shù)；
A —— 受力極板面積；
δ —— 壓電材料厚度。
而電容兩端的開路電壓U=Q/C，Q為極板上電荷量的大小，與所受外力成正比，一般電量Q很小，因此感應(yīng)出的U也很小。為了能檢測(cè)出U的變化，要求壓電陶瓷本身有相應(yīng)的阻抗，同時(shí)前端放大器也應(yīng)有*的輸入阻抗，通常探測(cè)器的前端放大器用場(chǎng)效應(yīng)管來擔(dān)當(dāng)。由于輸入阻抗過高，很容易竄入干擾信號(hào)，為此前端放大器應(yīng)直接接在傳感器的輸出端，信號(hào)經(jīng)放大后輸出一個(gè)高電平、低阻抗的探測(cè)電信號(hào)。
有機(jī)壓電材料是新近研究開發(fā)出來的新型壓電材料，如聚氯乙烯、聚二氟乙烯等，它具有柔軟、不易破碎的特點(diǎn)。
半導(dǎo)體壓力傳感器是利用硅結(jié)晶的壓電電阻效應(yīng)以及二極管、晶體管的電流、電壓特性制成的元件。當(dāng)硅半導(dǎo)體材料受到外力作用時(shí)，晶體處于扭曲狀態(tài)，由于載流子遷移率的變化而導(dǎo)致晶體阻抗變化的現(xiàn)象稱之為壓電電阻效應(yīng)。用ΔR表示晶體阻抗的變化,它的變化率為：
ΔR/R = （Δρ/ρ）?τ?σ=G?σ
式中，
τ——壓電電阻系數(shù)
ρ——電阻率
σ——應(yīng)力
G ——比例因子
半導(dǎo)體壓力傳感器的比例因子G高達(dá)200，G越高，靈敏度越高。
圖2-6所示為半導(dǎo)體壓力傳感器結(jié)構(gòu)。當(dāng)硅膜片受壓時(shí)，擴(kuò)散電阻值發(fā)生變化，將R1、R2、R3、R4接成橋路，如圖2-7所示。
圖2-6 半導(dǎo)體壓力傳感器結(jié)構(gòu)
圖2-7 壓力傳感器輸入輸出橋
圖2-8為半導(dǎo)體壓力傳感器的壓電傳輸特性，可以看出輸出電壓隨壓力的變化而變化，且線性度較好。
圖2-8 壓電傳輸特性
用來檢測(cè)壓力的傳感器還有靜電容式壓力傳感器和硅振動(dòng)式壓力傳感器。靜電容式壓力傳感器是將壓力膜微小的位置變化轉(zhuǎn)換成靜電容變化的傳感器。硅振動(dòng)式壓力傳感器是用微加工方法將膜片加工成長(zhǎng)50?m、寬20?m～30?m、厚5?m的硅振子膜片，當(dāng)膜片受到壓力時(shí)，則把壓力轉(zhuǎn)換為張力，使膜片產(chǎn)生振動(dòng)。但為使振子不直接與測(cè)量膜片接觸，防止振子的污染和劣化，而將其全部封在真空室內(nèi)，故硅振動(dòng)式壓力傳感器的工作條件要求*，在這里就不詳述了。
3．聲傳感器
入侵事件發(fā)生時(shí)，總會(huì)有說話、走動(dòng)、擊碎玻璃、鋸鋼筋等聲音發(fā)生，能夠把這些聲音信號(hào)轉(zhuǎn)換成一定電量的傳感器都稱為聲傳感器。
聲音為一種機(jī)械波，聲音的傳播是機(jī)械波在媒質(zhì)中傳播的過程。當(dāng)聲波頻率在20Hz～20kHz時(shí)人耳能接收到，稱為可聞聲波。當(dāng)頻率低于20Hz時(shí)稱為次聲波，高于20kHz時(shí)稱為超聲波，次聲波和超聲波人耳均聽不到。
（1） 駐極體傳感器
駐極體是一種*性帶電的介電材料，它能把聲能或機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能，或者將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能或聲能。
駐極體傳感器的核心是駐極體箔。它由一張絕緣薄膜組成，薄膜上帶電荷，通常由聚四氟乙烯等碳鹵聚合物制成，具有*的絕緣電阻。通過外電場(chǎng)對(duì)絕緣薄膜兩側(cè)充電，則膜上的電荷能長(zhǎng)時(shí)間保存。若在常溫和相對(duì)干燥的環(huán)境下保存，聚四氟乙烯上的電荷能保存近百年；在常溫和相對(duì)濕度為95%的潮濕環(huán)境下，電荷的衰減時(shí)間也能達(dá)到近10年。
通常把一片駐極體膜緊貼在一塊金屬板上，另一片駐極體膜相對(duì)安放，中間為10?m的薄空氣層，構(gòu)成一個(gè)駐極體傳感器。二片相對(duì)而立的駐極體膜形成一個(gè)電容器，根據(jù)靜電感應(yīng)原理，與駐極體相對(duì)應(yīng)的金屬板上會(huì)感應(yīng)出大小相等、方向相反的電荷。駐極體上的電極在空隙中形成靜電場(chǎng)，在聲波作用下，駐極體箔會(huì)有一個(gè)位移d。在駐極體膜開路的條件下，膜片兩端感應(yīng)的靜電場(chǎng)
U=E?d =σd1d/ε0 （d1 +εd2 ）
式中，E —— 膜片間隙中電場(chǎng)強(qiáng)度
σ—— 駐極體表面電荷密度
d1—— 駐極體箔的厚度
d2—— 膜間空氣厚度
εO—— 自由空間介電常數(shù)
ε—— 駐極體材料的相對(duì)介電常數(shù)
駐極體箔的相對(duì)位移d與所加聲強(qiáng)成正比，因此傳感器輸出的電壓僅與聲強(qiáng)有關(guān)，而與頻率無關(guān)。駐極體傳感器能保證在聲頻范圍內(nèi)具有恒定的靈敏度，這是極大的優(yōu)點(diǎn)。
（2） 磁電傳感器
磁電式傳感器俗稱“動(dòng)圈式傳感器”，它是由一個(gè)固定磁場(chǎng)和在這磁場(chǎng)中可作垂直軸向運(yùn)動(dòng)的線圈組成，線圈安裝在一個(gè)振動(dòng)膜上，振動(dòng)膜在聲強(qiáng)的作用下運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)線圈在固定的磁場(chǎng)中作切割磁力線的運(yùn)動(dòng)，此時(shí)在線圈兩端的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E的大小為：
E=BLv，
式中，
B——磁感應(yīng)強(qiáng)度
L——線圈的長(zhǎng)度
v——線圈的運(yùn)動(dòng)速度
線圈的運(yùn)動(dòng)速度v與聲強(qiáng)的大小有關(guān)，故而線圈的輸出電壓也取決于聲強(qiáng)的大小。
4．光電傳感器
光電傳感器是指能夠?qū)⒖梢姽廪D(zhuǎn)換成某種電量的傳感器。光敏二極管是zui常見的光傳感器。光敏二極管的外型與一般二極管一樣，只是它的管殼上開有一個(gè)嵌著玻璃的窗口，以便于光線射入，為增加受光面積，PN結(jié)的面積做得較大，光敏二極管工作在反向偏置的工作狀態(tài)下，并與負(fù)載電阻相串聯(lián)，當(dāng)無光照時(shí)，它與普通二極管一樣，反向電流很?。ǎ?A），稱為光敏二極管的暗電流；當(dāng)有光照時(shí)，載流子被激發(fā)，產(chǎn)生電子-空穴，稱為光電載流子。在外電場(chǎng)的作用下，光電載流子參于導(dǎo)電，形成比暗電流大得多的反向電流，該反向電流稱為光電流。光電流的大小與光照強(qiáng)度成正比，于是在負(fù)載電阻上就能得到隨光照強(qiáng)度變化而變化的電信號(hào)。
光敏三極管除了具有光敏二極管能將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的功能外，還有對(duì)電信號(hào)放大的功能。光敏三級(jí)管的外型與一般三極管相差不大，一般光敏三極管只引出兩個(gè)極——發(fā)射極和集電極，基極不引出，管殼同樣開窗口，以便光線射入。為增大光照，基區(qū)面積做得很大，發(fā)射區(qū)較小，入射光主要被基區(qū)吸收。工作時(shí)集電結(jié)反偏，發(fā)射結(jié)正偏。在無光照時(shí)管子流過的電流為暗電流Iceo=（1+β）Icbo（很?。纫话闳龢O管的穿透電流還??；當(dāng)有光照時(shí)，激發(fā)大量的電子-空穴對(duì)，使得基極產(chǎn)生的電流Ib增大，此刻流過管子的電流稱為光電流，集電極電流Ic=（1+β）Ib，可見光電三極管要比光電二極管具有更高的靈敏度。
5．熱電傳感器
熱電傳感器是一種將熱量變化轉(zhuǎn)換為電量變化的一種能量轉(zhuǎn)換器件。熱釋電紅外線元件是一種典型的熱量傳感器。
可見光的波長(zhǎng)通常在1?m以上，而1?m以下的光人眼是看不到的。0.8?m以下的紅外光具有很高的放射能量（W/m2），差不多等于800K（500℃）以上高溫物體釋放的能量，因此常用紅外光發(fā)射能量來檢測(cè)入侵者的入侵及其活動(dòng)。
一般的熱釋電材料為L(zhǎng)iTaO3, 當(dāng)受到紅外線照射時(shí)，熱釋電材料的溫度發(fā)生變化，同時(shí)其表面電荷也會(huì)發(fā)生變化。當(dāng)以LiTaO3為代表的熱釋電材料處于自極化狀態(tài)時(shí)，吸收紅外線入射波后，結(jié)晶的表面溫度改變，自極化也發(fā)生改變，結(jié)晶表面的電荷變得不平衡，把這種不平衡電荷的電壓變化取出來，便可測(cè)出紅外線。熱釋電材料只有在溫度變化時(shí)才產(chǎn)生電壓，如果紅外線一直照射，則沒有不平衡電壓，一旦無紅外線照射時(shí)，結(jié)晶表面電荷就處于不平衡狀態(tài)，從而輸出電壓。
熱釋電紅外線傳感器因紅外光線的照射與遮擋得到或失去熱量，從而產(chǎn)生電壓輸出。從原理上講應(yīng)與波長(zhǎng)無關(guān)，但由熱釋電材料做成的傳感器有一個(gè)透光窗，而透光窗的選材與波長(zhǎng)有關(guān)系。如以SiO2為窗材的傳感器，它與1?m以上波長(zhǎng)的紅外線無關(guān)，而有的窗材只能通過4?m附近波長(zhǎng)的光，有的能透過6.1?m波長(zhǎng)的光，有的能透過8?m ~14?m波長(zhǎng)的光，所以使用不同的窗材就可確認(rèn)是哪個(gè)波長(zhǎng)的光產(chǎn)生的熱。
熱釋電元件組成的紅外探測(cè)器只與窗材的波長(zhǎng)有關(guān)，而量子型的紅外光探測(cè)器與紅外光的波長(zhǎng)有關(guān)，它的特點(diǎn)是靈敏度高，響應(yīng)速度快，響應(yīng)的靈敏度與紅外線波長(zhǎng)有關(guān)。每個(gè)入射光子產(chǎn)生的能量
E=hc/λ=1124λ
式中，h——普朗克常數(shù)，h=4.14×10-15（ev?s）=6.625×10-34（J?S）
c——光速，c=3×1010cm/s
1?m紅外光的能量為1.24eV，10 ?m紅外光的能量為0.12eV，與可見光相比，紅外線光的能量較小。量子型的紅外傳感器又分為光導(dǎo)電型和光電動(dòng)勢(shì)型兩種。光導(dǎo)電型的元件材料有PbS、PbSe、Hg、Cd、Te等，它是利用紅外線照射時(shí)阻抗減少的特點(diǎn)來獲取檢測(cè)信號(hào)的；而光電動(dòng)勢(shì)型是在Ge、IrSb等半導(dǎo)體基片上形成PN結(jié)，當(dāng)紅外線照射時(shí)產(chǎn)生光電動(dòng)勢(shì)，Ge的禁帶寬度為0.6ev，Ge二極管對(duì)0.6?m和1.9?m的紅外光較敏感，當(dāng)入射紅外光的波長(zhǎng)在0.6?m~1.9 ?m時(shí)，在PN結(jié)上形成的電動(dòng)勢(shì)隨入射光量的增大而增大，從而經(jīng)放大可輸出探測(cè)電信號(hào)。
6．電磁感應(yīng)傳感器
電磁場(chǎng)也是物質(zhì)存在的一種形式。電磁場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律由麥克斯韋方程組來表示，根據(jù)麥克斯韋理論，當(dāng)入侵者入侵防范區(qū)域，使原先防范區(qū)域內(nèi)電磁場(chǎng)的分布發(fā)生變化，這種變化可能引起空間電場(chǎng)的變化，電場(chǎng)畸變傳感器就是利用此特性。同時(shí)，入侵者的入侵也可能使空間電容發(fā)生變化，電容變化傳感器就是利用此特性。
2.2.2 入侵探測(cè)器
入侵探測(cè)器是由傳感器和信號(hào)處理器組成的用來探測(cè)入侵者入侵行為的電子和機(jī)械部件組成的裝置。入侵探測(cè)器的分類可按其所用傳感器的特點(diǎn)分為開關(guān)型入侵探測(cè)器、震動(dòng)型入侵探測(cè)器、聲音探測(cè)器、超聲波入侵探測(cè)器、次聲入侵探測(cè)器、主動(dòng)與被動(dòng)紅外入侵探測(cè)器、微波入侵探測(cè)器、激光入侵探測(cè)器、視頻運(yùn)動(dòng)入侵探測(cè)器和多種技術(shù)復(fù)合入侵探測(cè)器。也可按防范警戒區(qū)域分為點(diǎn)形入侵探測(cè)器、直線型入侵探測(cè)器、面型入侵探測(cè)器和空間型入侵探測(cè)器。
1．點(diǎn)型入侵探測(cè)器
對(duì)于門窗、柜臺(tái)、展櫥、保險(xiǎn)柜等防范范圍僅是某一特定部位使用的入侵探測(cè)器為點(diǎn)型入侵探測(cè)器，點(diǎn)型入侵探測(cè)驗(yàn)器通常有開關(guān)型和振動(dòng)型兩種。
（1） 開關(guān)入侵探測(cè)器
開關(guān)入侵探測(cè)器是采用開關(guān)型傳感器構(gòu)成的?？梢允俏?dòng)開關(guān)、干簧繼電器、易斷金屬導(dǎo)線或壓力墊等構(gòu)成。不論是常開型或是常閉型，當(dāng)其狀態(tài)改變時(shí)均可直接向報(bào)警控制器發(fā)出報(bào)警信號(hào)，由報(bào)警控制器發(fā)出聲光警報(bào)信號(hào)。
（2） 震動(dòng)入侵探測(cè)器
當(dāng)入侵者進(jìn)入防范區(qū)域?qū)嵤?時(shí)，總會(huì)引起地面、墻壁、門窗、保險(xiǎn)柜等發(fā)生震動(dòng)，我們可以采用壓電式傳感器、電磁感應(yīng)傳感器或其它可感受振動(dòng)信號(hào)的傳感器來感受入侵時(shí)發(fā)生的振動(dòng)信號(hào)，這種探測(cè)器我們稱之為振動(dòng)入侵探測(cè)器。
墻震動(dòng)探測(cè)器及玻璃破碎探測(cè)器是典型的震動(dòng)入侵探測(cè)器，這種探測(cè)器常使用壓電式傳感器或?qū)щ娀善_關(guān)傳感器。
壓電傳感器是利用壓電材料的壓電效應(yīng)制成的，當(dāng)壓電材料受到某方向的壓力時(shí)，在一特定方向兩個(gè)相對(duì)電極上分別感應(yīng)出電荷，電荷量的大小與壓力成正比。我們把壓電傳感器貼在玻璃上，當(dāng)玻璃受到震動(dòng)時(shí)，傳感器相應(yīng)的兩電極上感應(yīng)出電荷，形成一微弱的電位差，可以采用高放大倍數(shù)高輸入阻抗的集成放大電路進(jìn)行放大產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)。采用半導(dǎo)體壓力傳感器的壓電電阻效應(yīng)制成的壓電式震動(dòng)入侵探測(cè)器，當(dāng)半導(dǎo)體材料硅片受外力作用時(shí)，晶體處于扭曲狀態(tài)，載流子的遷移率隨之發(fā)生變化，從而發(fā)生結(jié)晶電阻的阻抗發(fā)生變化，引起輸出電壓的變化，此輸出電壓加到燒結(jié)在同一硅片上的集成放大電路而產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)。
導(dǎo)電簧片開關(guān)型玻璃破碎探測(cè)器結(jié)構(gòu)如圖2-9所示，上簧片橫向略呈彎曲的形狀，它對(duì)噪聲頻率有吸收作用。絕緣體、定位螺絲將上下金屬導(dǎo)電簧片絕緣固定在底座上，而右端觸頭處可靠接觸。
圖2-9 導(dǎo)電簧片開關(guān)型玻璃破碎探測(cè)器結(jié)構(gòu)圖
玻璃破碎探測(cè)器的外殼粘附在需防范的玻璃的內(nèi)側(cè)。環(huán)境溫度和濕度的變化及輕微震動(dòng)產(chǎn)生的低頻振動(dòng)，甚至敲擊玻璃所產(chǎn)生的振動(dòng)都能被上簧片的彎曲部分吸收，不改變上下電極的接觸狀態(tài)，只有當(dāng)探測(cè)器探測(cè)到玻璃破碎或足以使玻璃破碎的強(qiáng)沖擊力時(shí)產(chǎn)生的特殊頻率范圍的振動(dòng)才能使上下簧片振動(dòng)，處于不斷開閉狀態(tài)，觸發(fā)控制電路產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)。
近年來隨著數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的發(fā)展，一種采用微處理器的新型聲音分析式玻璃破碎探測(cè)器已經(jīng)出現(xiàn)，它是利用微處理器的聲音分析技術(shù)來分析與破碎相關(guān)的特定聲音頻率后進(jìn)行準(zhǔn)確的報(bào)警。傳感器接收防范范圍內(nèi)的各種聲頻信號(hào)送給微處理器，微處理器對(duì)其進(jìn)行分析和處理以識(shí)別出玻璃破碎的入侵信號(hào)，這種探測(cè)器的誤報(bào)率極低。
為減少誤報(bào)率，人們還采用一種超低頻檢測(cè)和音頻識(shí)別技術(shù)的雙技術(shù)探測(cè)器。如果超低頻探測(cè)技術(shù)探測(cè)到玻璃被敲擊時(shí)所發(fā)出的超低頻波，而在隨后的一段特定時(shí)間間隔內(nèi)，音頻識(shí)別技術(shù)也捕捉到玻璃被擊碎后發(fā)出的高頻聲波，那么雙技術(shù)探測(cè)器就會(huì)確認(rèn)發(fā)生玻璃破碎，并觸發(fā)報(bào)警。
電動(dòng)式振動(dòng)入侵探測(cè)器是利用電磁感應(yīng)傳感器將振動(dòng)轉(zhuǎn)換成線圈兩端的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)輸出。將電動(dòng)式振動(dòng)入侵傳感器與保險(xiǎn)柜、貴重物體固定在一起，當(dāng)入侵者搬動(dòng)或觸動(dòng)保險(xiǎn)柜等物體產(chǎn)生振動(dòng)，電動(dòng)傳感器隨之振動(dòng)，線圈與電動(dòng)傳感器是固定在一起的，而磁鐵是通過彈簧與殼體連接在一起，殼體振動(dòng)后，磁鐵隨之運(yùn)動(dòng)，在線圈上感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)，其大小E=nBLv，B為磁感應(yīng)強(qiáng)度，L為每匝線圈的長(zhǎng)度，n為繞組匝數(shù)，v為物體的振動(dòng)速度。輸出電壓E正比于振動(dòng)速度，電動(dòng)傳感器具有較高的靈敏度，輸出電動(dòng)勢(shì)較高，不需要高增益的放大器，而且電動(dòng)傳感器輸出阻抗低，噪聲干擾小。
2．直線型入侵探測(cè)器
直線型入侵探測(cè)器是指警戒范圍為一條線束的探測(cè)器，當(dāng)在這條警戒線上的警戒狀態(tài)被破壞時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。zui常見的直線型報(bào)警探測(cè)器為紅外入侵探測(cè)器、激光入侵探測(cè)器。探測(cè)器的發(fā)射機(jī)發(fā)射出一束紅外光或激光，經(jīng)反射或直接射到接收器上，如光束被遮斷，則發(fā)出報(bào)警信號(hào)。
（1） 紅外入侵探測(cè)器
物理學(xué)告訴我們，電磁場(chǎng)是物質(zhì)存在的一種形式，電磁場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律是由麥克斯韋方程組來描述的，根據(jù)麥克斯韋的電磁場(chǎng)理論，如果在空間的某區(qū)域內(nèi)有變化的電場(chǎng)（或磁場(chǎng)），那么在鄰近區(qū)域內(nèi)將引起變化的磁場(chǎng)（或電場(chǎng)），而這變化的磁場(chǎng)或電場(chǎng)又在更遠(yuǎn)的區(qū)域引起新的變化電場(chǎng)或磁場(chǎng)。這種由近到遠(yuǎn)，以有限的速度在空間內(nèi)傳播的過程稱電磁波。我們平時(shí)所熟悉的光波，無線電波都是不同波長(zhǎng)的電磁波。表2-1列出了不同電磁波的波長(zhǎng)范圍。
表2-1 電磁波的波長(zhǎng)劃分表
| 名 稱 | 波長(zhǎng)范圍（μm） | 頻率范圍（MHz） |
| 無線電波 | >1×103 | <3×105 |
| 紅外光 | 0.78～1×103 | 3×105～3.84×108 |
| 可見光 | 0.39～0.78 | 3.84×108～7.7×108 |
| 紫外光 | 0.01～0.39 | 7.7×108～3×1010 |
| X射線 | 10-5～10-2 | 3×1010～3×1013 |
紅外光是電磁波，它同樣具有向外輻射的能力，它的波長(zhǎng)介于無線電波的微波和可見光之間。
物理學(xué)告訴我們，凡是溫度高于零度的物體都能產(chǎn)生熱輻射，而溫度低于1725℃的物體產(chǎn)生的熱輻射光譜集中在紅外光區(qū)域，因而自然界的物體都能向外輻射紅外光。對(duì)某種物體來說，由于其本身的物理和化學(xué)性質(zhì)不同，物體本身溫度不同，所產(chǎn)生的紅外輻射的波長(zhǎng)和距離也不同，通常分為三個(gè)波段。
近紅外：波長(zhǎng)范圍0.75?m~3?m
中紅外：波長(zhǎng)范圍3?m~25?m
遠(yuǎn)紅外：波長(zhǎng)范圍25?m~1000?m
紅外光在大氣中輻射時(shí)會(huì)產(chǎn)生衰減現(xiàn)象，主要是由于大氣中各種氣體對(duì)輻射的吸收（如水氣、二氧化碳）和大氣中懸浮微粒（如雨、霧、云、塵埃等微粒）對(duì)紅外光造成的散射。
大氣中紅外輻射的衰減是隨著波長(zhǎng)不同而變化的，對(duì)某些波長(zhǎng)的紅外輻射衰減較少，這些波長(zhǎng)區(qū)稱為紅外的“大氣窗口”。能通過大氣的紅外輻射基本上分為三個(gè)波段，1?m ~2.5?m；3?m ~5?m；8?m ~14?m，這三個(gè)紅外大氣窗口為我們使用提供了方便。
紅外探測(cè)器分為被動(dòng)紅外探測(cè)器和主動(dòng)紅外探測(cè)器兩種形式。
所謂被動(dòng)紅外探測(cè)器只有紅外線接收器。當(dāng)被防范范圍內(nèi)有目標(biāo)入侵并移動(dòng)時(shí)，將引起該區(qū)域內(nèi)紅外輻射的變化，而紅外探測(cè)器能探測(cè)出這種紅外輻射的變化并發(fā)出報(bào)警信號(hào)。實(shí)際上除入侵物體發(fā)出紅外輻射外，被探測(cè)范圍內(nèi)的其它物體如室外的建筑物、地形、樹木、山和室內(nèi)的墻壁、課桌、家俱等都會(huì)發(fā)生熱輻射，但因這些物體是固定不變的，其熱輻射也是穩(wěn)定的，當(dāng)入侵物體進(jìn)入被監(jiān)控區(qū)域后，穩(wěn)定不變的熱輻射被破壞，產(chǎn)生了一個(gè)變化的熱輻射，而紅外探測(cè)器中的紅外傳感器就能收到這變化的輻射，經(jīng)放大處理后報(bào)警。在使用中，把探測(cè)器放置在所要防范的區(qū)域里，那些固定的景物就成為不動(dòng)的背景，背景輻射的微小信號(hào)變化為噪聲信號(hào)，由于探測(cè)器的抗噪能力較強(qiáng)，噪聲信號(hào)不會(huì)引起誤報(bào)，紅外探測(cè)器一般用在背景不動(dòng)或防范區(qū)域內(nèi)無活動(dòng)物體的場(chǎng)合。
如只考慮紅外傳感器本身的噪聲，在探測(cè)距離內(nèi)，被動(dòng)紅外探測(cè)器的作用距離為：
式中，
D0——光學(xué)系統(tǒng)通光口徑
η——光學(xué)系統(tǒng)的傳輸效率
NA——光學(xué)系統(tǒng)數(shù)值孔徑，NA= D0 /2f
ω——目標(biāo)的輻射強(qiáng)度
τ——大氣透過率
D*——傳感器的光譜探測(cè)度
w——視場(chǎng)角
△f——等效噪聲帶寬
Vs/Vn——探測(cè)器確定的信噪比。
可見要提高作用距離R，應(yīng)增大通光口徑D。、傳輸效率η和光譜探測(cè)度D*，減少視場(chǎng)角w和等效噪聲帶寬Δf。
為了提高被動(dòng)紅外入侵探測(cè)器的報(bào)警精度以及減少誤報(bào)率，現(xiàn)在實(shí)際應(yīng)用的被動(dòng)紅外探測(cè)器，多數(shù)做成把幾個(gè)紅外接收單元集成在一個(gè)探測(cè)器中，稱為多元被動(dòng)紅外探測(cè)器。這樣的探測(cè)器由于具有幾個(gè)接收單元，則不僅能檢測(cè)出其防范區(qū)域有入侵者時(shí)的紅外變化，還可以因各單元安裝方向的不同而接收信號(hào)的大小不同，檢測(cè)出入侵者走動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的單元信號(hào)差值的變化，從而達(dá)到雙重檢測(cè)的目的，大大提高了報(bào)警精度，減少了誤報(bào)率。
主動(dòng)紅外探測(cè)器是由紅外光發(fā)射器和接收器兩個(gè)部件構(gòu)成。
主動(dòng)紅外發(fā)射器發(fā)出一束經(jīng)調(diào)制的紅外光束，投向紅外接收器，形成一條警戒線。當(dāng)目標(biāo)侵入該警戒線時(shí)，紅外光束被部分或全部遮擋，接收機(jī)接收信號(hào)發(fā)生變化而報(bào)警。
主動(dòng)紅外探測(cè)器的發(fā)射光源通常為紅外發(fā)光二極管。其特點(diǎn)是體積小、重量輕、壽命長(zhǎng)、功耗小，交、直流供電都能工作，晶體管、集成電路都能直接推動(dòng)。而砷鎵鋁雙異質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體激光器也工作在紅外波段，故也是一種主動(dòng)紅外探測(cè)器。主動(dòng)紅外探測(cè)器的光源通常為脈沖調(diào)制的脈沖波形，發(fā)射機(jī)采用自激多諧振蕩器作為調(diào)制電源，產(chǎn)生很高占空比的脈沖波形，去調(diào)制紅外發(fā)光二極管發(fā)光，發(fā)射出紅外脈沖調(diào)制光譜。這樣大大降低了電源的功耗，又增加了系統(tǒng)抗雜散光干擾的能力。
對(duì)光束遮擋型的探測(cè)器，要適當(dāng)選取有效的報(bào)警zui短遮光時(shí)間。遮光時(shí)間選得太短，會(huì)引起不必要的噪聲干擾，如小鳥飛過、小動(dòng)物穿過都會(huì)引起報(bào)警；而遮光時(shí)間太長(zhǎng)，則可能導(dǎo)致漏報(bào)。通常以10m/s的速度通過鏡頭的遮光時(shí)間，來定zui短遮光時(shí)間。若人的寬度為20cm，則zui短遮光時(shí)間為20cm/（10m/s）=20ms。大于20ms，系統(tǒng)報(bào)警；小于20ms則不報(bào)警。
主動(dòng)紅外探測(cè)器體積小、重量輕、便于隱蔽，采用雙光路甚至四光路的主動(dòng)紅外探測(cè)器可大大提高其抗噪防誤報(bào)的能力以及加大防范的垂直面，另外主動(dòng)紅外探測(cè)器壽命長(zhǎng)、價(jià)格低、易調(diào)整，因此被廣泛使用在安全防范工程中。
然而當(dāng)主動(dòng)紅外探測(cè)器用在室外自然環(huán)境時(shí)，比如無星光和月亮的夜晚，以及夏日中午太陽光背景輻射的強(qiáng)度比超過100dB時(shí)，會(huì)使接收機(jī)的光電傳感器工作環(huán)境相差太大。通常采用截止濾光片，濾去背景光中的極大部分能量（主要為可見光的能量），使接收機(jī)的光電傳感器在各種戶外光照條件下的使用條件基本相似。
另外室外的大霧會(huì)引起傳輸中紅外光的散射，大大縮短主動(dòng)紅外探測(cè)器的有效探測(cè)距離。雖然大部份應(yīng)用在室外的主動(dòng)紅外探測(cè)器在出廠時(shí)，已考慮到了上述因素，但在使用中還是應(yīng)該充分注意到大霧天造成的影響。某些經(jīng)常有大霧的地區(qū)，甚至不適合采用室外安裝這種探測(cè)器。
（2） 激光入侵探測(cè)器
激光與一般光源相比有如下特點(diǎn)：
a．方向性好，亮度高。一束激光的發(fā)散角可做到小于10-3～10-5弧度，即使在幾公里以外激光光束的直徑也僅擴(kuò)展到幾毫米或幾厘米。由于激光光束發(fā)散角小，幾乎是一束平行光束，光束能聚集在一個(gè)很小的平面上，產(chǎn)生很大的光功率密度，其亮度很高。
激光光源和其它光源的亮度比較：
光源 亮度（w/Sr?cm2）
蠟燭 0.5
電燈 470
太陽表面 0.165M
氦-氖激光 15M
紅寶石激光 10億兆～37億兆
b．激光的單色性和相干性好。
激光是單一頻率的單色光，如氦氖激光器的波長(zhǎng)為6328?，在其頻率范圍內(nèi)譜線寬度ΔU=10-1Hz，而其他一般光的ΔU = 107-109 Hz。光的相干性取決于其單色性。
光的相干長(zhǎng)度δm與譜線寬度的關(guān)系是：
δm=c/ΔU，其中c為光速。
一般光源的相干長(zhǎng)度為幾個(gè)毫米。單色光源氦-86燈，λ=6057?，相干長(zhǎng)度δm=38.6cm；而氦氖激光器λ= 6328?，δm=40km。
按激光器的工作物質(zhì)來分，激光器可分為如下幾種：
固體激光器：它的工作物質(zhì)為固體，如釹玻璃、紅寶石等。
液體染料激光器：它的工作物質(zhì)為液體染料，如若丹明香豆素等。
氣體激光器：它的工作物質(zhì)是二氧化碳、氦-氖、氮分子等。
半導(dǎo)體激光器：它的工作物質(zhì)是半導(dǎo)體材料，如砷化鎵。
激光探測(cè)器與主動(dòng)紅外式探測(cè)器有些相似，也是由發(fā)射器與接收器兩部分構(gòu)成。發(fā)射器發(fā)射激光束照射在接收器上，當(dāng)有入侵目標(biāo)出現(xiàn)在警戒線上，激光束被遮擋，接收機(jī)接收狀態(tài)發(fā)生變化，從而產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)。
激光探測(cè)器的作用距離：
式中
P1——激光功率；
QT——光束發(fā)散角；
M—— 調(diào)制光速調(diào)制度；
SR——接收面積；
PR——接收到的功率。
由上式可以看出，要提高探測(cè)器的作用距離，應(yīng)增大激光源的發(fā)射光率，增加光學(xué)系統(tǒng)的透過率，減少發(fā)射裝置的發(fā)散角，也可采用高靈敏的光電傳感器。
激光具有高亮度，高方向性，所以激光探測(cè)器十分適用于遠(yuǎn)距離的線控報(bào)警裝置。由于能量集中，可以在光路上加裝反射鏡，圍繞成光墻，從而可以用一套激光器來封鎖場(chǎng)地的四周，或封鎖幾個(gè)主要通道路口。
激光探測(cè)器采用半導(dǎo)體激光器的波長(zhǎng)在紅外線波段時(shí)，處于不可見范圍，便于隱蔽，不易被*分子所發(fā)現(xiàn)。激光探測(cè)器采用脈沖調(diào)制，抗干擾能力較強(qiáng)，其穩(wěn)定性能好，一般不會(huì)因機(jī)器本身而產(chǎn)生誤報(bào)，如果采用雙光路系統(tǒng)，可靠性更會(huì)大大提高。
3．面型入侵探測(cè)器
面型入侵探測(cè)器的警戒范圍為一個(gè)面。當(dāng)警戒面上出現(xiàn)入侵目標(biāo)時(shí)即能發(fā)出報(bào)警信號(hào)。振動(dòng)式或感應(yīng)式報(bào)警探測(cè)器常被用做面報(bào)警探測(cè)器，例如把用做點(diǎn)報(bào)警探測(cè)器的振動(dòng)探測(cè)器安裝在墻面或玻璃上，或安裝在某一要求保護(hù)的鐵絲網(wǎng)或隔離網(wǎng)上，當(dāng)入侵者觸及時(shí)網(wǎng)發(fā)生振動(dòng)，探測(cè)器即能發(fā)生報(bào)警信號(hào)。
面型入侵探測(cè)器更多的是使用電磁感應(yīng)探測(cè)器。電場(chǎng)畸變探測(cè)器是一種電磁感應(yīng)探測(cè)器，當(dāng)目標(biāo)侵入防范區(qū)域時(shí)，引起傳感器線路周圍電磁場(chǎng)分布的變化，我們把能響應(yīng)這畸變并進(jìn)入報(bào)警狀態(tài)的裝置稱為電場(chǎng)畸變探測(cè)器。這種電場(chǎng)畸變探測(cè)器有平行線電場(chǎng)畸變探測(cè)器、泄漏電纜電場(chǎng)畸變探測(cè)器。
（1） 平行線電場(chǎng)畸變?nèi)肭痔綔y(cè)器
平行線電場(chǎng)畸變?nèi)肭痔綔y(cè)器是由傳感器線支撐桿、跨接件和傳感器電場(chǎng)信號(hào)發(fā)生接收裝置構(gòu)成，如圖2-10所示。傳感器是一些平行線（2條～10條）構(gòu)成，在這些導(dǎo)線中一部分是場(chǎng)線，它們與振蕩頻率為1kHz～40kHz的信號(hào)發(fā)生器相連接，工作時(shí)場(chǎng)線向周圍空間輻射電磁場(chǎng)能量。另一部分線為感應(yīng)線，場(chǎng)線輻射的電磁場(chǎng)在感應(yīng)線上產(chǎn)生感應(yīng)電流。當(dāng)入侵者靠近或穿越平行導(dǎo)線時(shí)，就會(huì)改變周圍電磁場(chǎng)的分布狀態(tài)，相應(yīng)地使感應(yīng)線中的感應(yīng)電流發(fā)生變化，由接收信號(hào)處理器分析后發(fā)出報(bào)警信號(hào)。
傳感器線通過跨接件固定在支撐桿上?？缃蛹嫌刑胤N鋼彈簧片，一方面可以拉緊傳感器線，另一方面可使探測(cè)區(qū)內(nèi)有連接的電磁場(chǎng)，沒有盲區(qū)。信號(hào)發(fā)生、接收器安裝在中間支撐桿上。
平行線電場(chǎng)畸變?nèi)肭痔綔y(cè)器主要用于戶外周界報(bào)警。通常沿著防范周界安裝數(shù)套電場(chǎng)探測(cè)器，組成周界防范系統(tǒng)。信號(hào)分析處理器常采用微處理器，信號(hào)分析處理程序可以分析出入侵者和小動(dòng)物引起的場(chǎng)變化的不同，從而將誤報(bào)率降到了zui低。
（2） 泄漏電纜電場(chǎng)畸變?nèi)肭痔綔y(cè)器
所謂泄露電纜是一種特制的同軸電纜，見圖2-11，其中心是銅導(dǎo)線，外面包圍著絕緣材料（如聚乙烯），絕緣材料外面用兩條金屬散層以螺旋方式交叉纏繞并留有孔隙。電纜zui外面為聚乙烯保護(hù)層。當(dāng)電纜傳輸電磁能量時(shí)，屏蔽層的空隙處便將部分電磁能量向外輻射。為了使電纜在一定長(zhǎng)度范圍內(nèi)能夠均勻地向空間泄漏能量，電纜空隙的尺寸大小是沿電纜變化的。
圖2-10 平行線電場(chǎng)畸變探測(cè)器
圖2-11 泄漏電纜結(jié)構(gòu)示意圖
把平行安裝的兩根泄漏電纜分別接到高強(qiáng)信號(hào)發(fā)生器和接收器上就組成了泄漏電纜入侵探測(cè)器。當(dāng)發(fā)生器產(chǎn)生的脈沖電磁能量沿發(fā)射電纜傳輸并通過泄漏孔向空間輻射時(shí)，在電纜周圍形成空間電磁場(chǎng)，同時(shí)與發(fā)射電纜平行的接收電纜通過泄漏孔接收空間電磁能量并沿電纜送入接收器，泄漏電纜可埋入地下，如圖示2-12所示。當(dāng)入侵者進(jìn)入探測(cè)區(qū)時(shí)，使空間電磁場(chǎng)的分布狀態(tài)發(fā)生變化，因而接收電纜收到的電磁能量發(fā)生變化，這個(gè)變化量就是入侵信號(hào)，經(jīng)過分析處理后可使報(bào)警器動(dòng)作。
泄漏電纜探測(cè)器可全天候工作，抗干擾能力強(qiáng)，誤報(bào)漏報(bào)率都較低，適用于高保安，長(zhǎng)周界的安全防范場(chǎng)所。
（3） 振動(dòng)傳感電纜型入侵探測(cè)器
這種入侵探測(cè)器是在一根塑料護(hù)套內(nèi)裝有三芯導(dǎo)線的電纜兩端，分別接上發(fā)送裝置與接收裝置，并將電纜波浪狀或呈其它曲折形狀固定在網(wǎng)狀的圍墻上（如圖2-13所示）。用這樣有一定長(zhǎng)度的的電纜構(gòu)成一個(gè)防區(qū)。每?jī)蓚€(gè)或四個(gè)、六個(gè)防區(qū)共用一個(gè)控制器（稱為多通道控制器），由控制器將各防區(qū)的報(bào)警信號(hào)傳送至控制中心。當(dāng)有入侵者觸動(dòng)網(wǎng)狀圍墻，破壞網(wǎng)狀圍墻等行為使其震動(dòng)并達(dá)到一定強(qiáng)度時(shí)（安裝時(shí)強(qiáng)度可調(diào)，以確定其報(bào)警靈敏度），就會(huì)產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)。這種入侵探測(cè)器精度*，漏報(bào)率為零，誤報(bào)率幾乎為零。且可全天候使用（不受氣候的影響）。它特別適合圍網(wǎng)狀的周界圍墻（即采用鐵網(wǎng)構(gòu)成的圍墻）使用。
圖2-12 泄漏電纜產(chǎn)生空間場(chǎng)示意圖
圖2-13 振動(dòng)傳感電纜型入侵探測(cè)器示意圖
（4） 電子圍欄式入侵探測(cè)器
電子圍欄式入侵探測(cè)器也是一種用于周界防范的探測(cè)器。它由三大部分組成，即脈沖電壓發(fā)生器、報(bào)警信號(hào)檢測(cè)器以及前端的電圍欄，其系統(tǒng)原理框圖如圖2-14所示。
當(dāng)有入侵者入侵時(shí)，觸碰到前端的電子圍欄或試圖剪斷前端的電子圍欄，都會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。
這種探測(cè)器的電子圍欄上的裸露導(dǎo)線，接通由脈沖電壓發(fā)生器發(fā)出的高達(dá)1萬伏的脈沖電壓（但能量很小，一般在4焦耳以下，對(duì)人體不會(huì)構(gòu)成生命危害），所以即使入侵者戴上絕緣手套，也會(huì)產(chǎn)生脈沖感應(yīng)信號(hào)，使其報(bào)警。這種電子圍欄如果使用在市區(qū)或來往人群多的場(chǎng)合時(shí)，安裝前應(yīng)事先征得當(dāng)?shù)?等部門的同意。
（5） 微波墻式入侵探測(cè)器
圖2-14 電子圍欄式入侵探測(cè)器
微波墻式入侵探測(cè)器，主要也是用于周界防范。它類似主動(dòng)紅外對(duì)射式入侵探測(cè)器的工作方式，不同的是用于探測(cè)的波束是微波而不是紅外線。另外，這種探測(cè)器的波束更寬、呈扁平狀、象一面墻壁的形狀，所以防范的面積更大。其安裝后構(gòu)成的原理框圖如圖2-15所示。
圖2-15 微波墻式入侵探測(cè)器原理圖
這種探測(cè)器在使用時(shí)，應(yīng)注意使墻式微波波束控制在防范區(qū)域內(nèi)，不向外擴(kuò)展，以免引起誤報(bào)。另外，在防范區(qū)域（波束）內(nèi)，不應(yīng)有花草樹木等物體，以免當(dāng)有風(fēng)吹動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生誤報(bào)。
4．空間入侵探測(cè)器
空間入侵探測(cè)器是指警戒范圍是一個(gè)空間的報(bào)警器。當(dāng)這個(gè)警戒空間任意處的警戒狀態(tài)被破壞，即發(fā)生報(bào)警信號(hào)。聲入侵探測(cè)器和微波入侵探測(cè)器以及被動(dòng)紅外探測(cè)器等都屬于空間入侵探測(cè)器。
（1） 聲入侵探測(cè)器
聲入侵探測(cè)器是常用的空間防范探測(cè)器。通常將探測(cè)說話、走路等聲響的裝置稱聲控探測(cè)器。當(dāng)探測(cè)物體被破壞（如打碎玻璃、鑿墻、鋸鋼筋）時(shí)，發(fā)生固有聲響的裝置稱為聲發(fā)射探測(cè)器。
① 聲控入侵探測(cè)器
聲控探測(cè)器是用聲傳感器把聲音信號(hào)變成電信號(hào)，經(jīng)前置放大送報(bào)警控制器處理后發(fā)出報(bào)警處理信號(hào)，也可將報(bào)警信號(hào)經(jīng)放大推動(dòng)喇叭和錄音機(jī)，以便監(jiān)聽和錄音。
駐極體傳感器被廣泛地應(yīng)用在聲控探測(cè)器中。在聲控探測(cè)器中使用的駐極體送話器由一個(gè)金屬極板蒙上機(jī)械張緊的駐極體箔（約10?M），駐極體箔與金屬板之間構(gòu)成一只電容。根據(jù)靜電感應(yīng)的原理，與駐極體相對(duì)著的金屬板上就會(huì)感應(yīng)出大小相等、方向相反的電荷。駐極體電荷在空隙中形成靜電場(chǎng)。在聲波作用下，駐極體箔發(fā)生運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生位移，在電容極板上感應(yīng)出電壓。
駐極體送話器的頻率響應(yīng)范圍主要取決于送話器的結(jié)構(gòu)。在此頻率范圍內(nèi)，駐極體箔的位移與所加的聲強(qiáng)成正比，送話器的輸出電壓僅與聲強(qiáng)有關(guān)，而與頻率無關(guān)，音頻駐極體送話器在20Hz～15000Hz的頻率范圍內(nèi)有恒定的靈敏度。
② 聲發(fā)射入侵探測(cè)器
聲發(fā)射探測(cè)器是監(jiān)控某一頻帶的聲音發(fā)出報(bào)警信號(hào)，而對(duì)其它頻帶的聲音信號(hào)不予響應(yīng)。主要監(jiān)控玻璃破碎聲、鑿墻、鋸鋼筋聲等入侵時(shí)的破壞行為所發(fā)出的聲音，玻璃破碎聲發(fā)射探測(cè)器通常也用駐極體傳話器作聲電傳感器。當(dāng)玻璃破碎時(shí)，發(fā)出的破碎聲由多種頻率的聲響構(gòu)成。據(jù)測(cè)定，主要頻率為10kHz～15kHz高頻聲響信號(hào)。當(dāng)錘子打擊墻壁、天花板的磚、混凝土?xí)r會(huì)產(chǎn)生一個(gè)頻率為1kHz左右的衰減信號(hào)，大約持續(xù)5ms；據(jù)鋼筋時(shí)產(chǎn)生頻率約3.5kHz、持續(xù)時(shí)間約15ms的聲音信號(hào)。采用帶通濾波器濾去高于或低于探測(cè)聲信號(hào)的干擾信號(hào)，經(jīng)放大后產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)。
③ 次聲入侵探測(cè)器
次聲為頻率很低的音頻信號(hào)。探測(cè)器的工作原理與聲發(fā)射探測(cè)器相同，不過采用低通濾波器濾去高頻和中頻音頻信號(hào)，而放大次低頻信號(hào)報(bào)警。
房屋通常由墻天花板、門、窗、地板同外界隔離。由于房屋里外環(huán)境不同，強(qiáng)度、氣壓等均有一定差異，一個(gè)人想闖入就要破壞這空間屏障，如打開門窗、打碎玻璃、鑿墻開洞等，由于室內(nèi)外的氣壓差，在缺口處產(chǎn)生氣流擾動(dòng)，發(fā)出一個(gè)次聲；另外由于開門、碎窗、破墻產(chǎn)生加速度，則內(nèi)表面空氣被壓縮產(chǎn)生另一次聲，而這二次聲頻率大約為1Hz左右。兩種次聲波在室內(nèi)向四周擴(kuò)散，先后傳入次聲探測(cè)器，只有當(dāng)這二次聲強(qiáng)度達(dá)到一定閾值后才能報(bào)警，所以只要外部屏障不被破壞，在覆蓋區(qū)域內(nèi)部開關(guān)門窗，移動(dòng)家俱，人員走動(dòng)，都低于閾值，不會(huì)報(bào)警。但是這種特定環(huán)境下如果采用其它超聲、微波或紅外探測(cè)器都會(huì)導(dǎo)致誤報(bào)。
④ 超聲波入侵探測(cè)器
所謂超聲波是指頻率在20kHz以上的音頻信號(hào)，這種音頻信號(hào)人的耳朵是聽不到的。超聲波探測(cè)器是利用超聲波技術(shù)構(gòu)造的探測(cè)器，通常分為多普勒式超聲波探測(cè)和超聲波聲場(chǎng)型探測(cè)器兩種。
多普勒式超聲波探測(cè)器是利用超聲對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)產(chǎn)生的多普勒效應(yīng)構(gòu)成的報(bào)警裝置。通常，多普勒式超聲波探測(cè)器是將超聲波發(fā)射器與接收器裝在一個(gè)裝置內(nèi)。所謂多普勒效應(yīng)是指在輻射源（超聲波發(fā)生器）與探測(cè)目標(biāo)之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，接收的回波信號(hào)頻率會(huì)發(fā)生變化。如圖2-16所示，設(shè)超聲波發(fā)射接收器發(fā)射的信號(hào)為：
U = Um Sin（ωot+jo）
式中，ωo為發(fā)射超聲波的角頻率，ωo=2πfo，jo為發(fā)射信號(hào)的初始相位。那么當(dāng)發(fā)射接收器與目標(biāo)間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，經(jīng)目標(biāo)反射后超聲波發(fā)射接收器接收到的回波信號(hào)為：
Ur= Um Sin[ωo（t-tr）+jo]
=Um Sinjj
式中，tr為超聲波往返于超聲波發(fā)射接收器和目標(biāo)之間所需的時(shí)間，設(shè)目標(biāo)與發(fā)射接收器之間的距離為S（t），超聲波的速度為c，則有
tr=2S（t）/c
且S（t）= So-vr?t
式中，So為初始時(shí)刻目標(biāo)與發(fā)射接收器的距離，vr為目標(biāo)與發(fā)射接收器相對(duì)運(yùn)動(dòng)的徑向速度?；夭ǖ慕穷l率為
ωr=dψ/dt=ωo?（1+2vr/c）
也可寫成fr=f0（1+2vr/c）= f0+fd
fd=（2vr/c）?f0
由此可見目標(biāo)以徑向速度vr向發(fā)射接收器運(yùn)動(dòng)，使接收到的信號(hào)頻率不再是發(fā)射頻率fo，而是fo+fd，這種現(xiàn)象稱多譜勒效應(yīng)，fd稱為多譜勒頻率。當(dāng)目標(biāo)背向探測(cè)器運(yùn)動(dòng)時(shí)，νr為負(fù)值，則所接收的回波信號(hào)頻率為fo-fd。
超聲波發(fā)射器發(fā)射25kHz～40kHz的超聲波充滿室內(nèi)空間，超聲波接收器接收從墻壁、天花板、地板及室內(nèi)其它物體反射回來的超聲能量，并不斷的與發(fā)射波的頻率加以比較。當(dāng)室內(nèi)沒有移動(dòng)物體時(shí)，反射波與發(fā)射波的頻率相同，不報(bào)警；當(dāng)入侵者在探測(cè)區(qū)內(nèi)移動(dòng)時(shí)，超聲反射波會(huì)產(chǎn)生大約±100Hz多普勒頻移，接收機(jī)檢測(cè)出發(fā)射波與反射波之間的頻率差異后，即發(fā)出報(bào)警信號(hào)。
圖2-16 多譜勒效應(yīng)示意圖
場(chǎng)型超聲波入侵探測(cè)器是將發(fā)射器和接收器分別安裝在不同位置。超聲波在密閉的房間內(nèi)經(jīng)固定物體（如墻、地板、天花板、家具）多次反射，布滿各個(gè)角落。由于多次反射，室內(nèi)的超聲波形成復(fù)雜的駐波狀態(tài)，有許多波腹點(diǎn)和波節(jié)點(diǎn)。波腹點(diǎn)能量密度大，波節(jié)點(diǎn)能量密度低，造成室內(nèi)超聲波能量分布的不均勻。當(dāng)沒有物體移動(dòng)時(shí)，超聲波能量處于一種穩(wěn)定狀態(tài)；當(dāng)改變室內(nèi)固定物體分布時(shí)，超聲能量的分布將發(fā)生改變。而當(dāng)室內(nèi)有一移動(dòng)物體時(shí)，室內(nèi)超聲能量發(fā)生連續(xù)變化，而接收器接收到這連續(xù)變化的信號(hào)后，就能探測(cè)出移動(dòng)物體的存在，變化信號(hào)的幅度與超聲頻率和物體移動(dòng)的速度成正比。
（2） 微波入侵探測(cè)器
微波是一種頻率很高的無線電波，波長(zhǎng)很短，一般在0.001m～1m之間,由于微波的波長(zhǎng)與一般物體的幾何尺寸相當(dāng),所以很容易被物體所反射。按工作原理微波入侵探測(cè)器可分為移動(dòng)型微波探測(cè)器和阻擋型微波探測(cè)器。
① 移動(dòng)型微波探測(cè)器
移動(dòng)型微波探測(cè)器又稱多普勒式微波入侵探測(cè)器。其工作原理與多譜勒式超聲波探測(cè)器相同，只不過探測(cè)器發(fā)射和接收的是微波而不是超聲波。
微波發(fā)射器通過天線向防范區(qū)域內(nèi)發(fā)射微波信號(hào)，當(dāng)防范區(qū)域內(nèi)無移動(dòng)目標(biāo)時(shí)，接收器接收到的微波信號(hào)頻率與發(fā)射信號(hào)頻率相同，為fo。當(dāng)有移動(dòng)目標(biāo)時(shí)，由于多普勒效應(yīng)，目標(biāo)反射的微波信號(hào)頻率將發(fā)生偏移，偏移的多普勒頻率為fd，接收機(jī)分析fd的大小以產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)。
由于多普勒效應(yīng)告訴我們，偏移的多普勒頻率fd，正比于目標(biāo)徑向的移動(dòng)速度而反比于工作波長(zhǎng)，所以微波探測(cè)器較多普勒超聲探測(cè)器有更高的靈敏度。
多普勒微波探測(cè)器的探測(cè)距離通常用下式表示：
式中，
PI——微波發(fā)射功率；
GI——發(fā)射天線的增益；
λ——微波波長(zhǎng)；
σ——目標(biāo)截面積；
k——卡爾茲曼常數(shù)，k=1.38×10-23J/K；
To——接收機(jī)噪聲溫度；
Bn——接收機(jī)等噪聲帶寬；
Fn——接收機(jī)噪聲系數(shù)；
L——微波系統(tǒng)損耗；
M——檢測(cè)所需要的zui小信噪比。
由上式可以看出，要增加探測(cè)距離，可增加發(fā)射天線增益，提高發(fā)射天線的方向性，將視角變小。而提高發(fā)射功率固然可以增大探測(cè)距離，但不經(jīng)濟(jì)，尤其是大功率的微波幅射還有損健康，所以一般不采用。
② 阻擋型微波探測(cè)器
阻擋型微波探測(cè)器由發(fā)射器、接收器和信號(hào)處理器組成。使用時(shí)將發(fā)射天線和接收天線相對(duì)放置在監(jiān)控場(chǎng)地的兩端，發(fā)射天線發(fā)射的微波束直接送達(dá)接收天線。當(dāng)沒有運(yùn)動(dòng)目標(biāo)遮斷微波束時(shí)，微波能量被接收天線接收，發(fā)出正常工作信號(hào)；當(dāng)有運(yùn)動(dòng)目標(biāo)阻擋微波束時(shí)，天線接收到的微波能量減弱或消失，此時(shí)產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)。
