红外探测器

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　　主动红外探测器由红外发射机、红外接收机和报警控制器组成。分别置于收、发端的光学系统一般采用的是光学透镜，起到将红外光束聚焦成较细的平行光束的作用，以使红外光的能量能够集中传送。红外光在人眼看不见的光谱范围，有人经过这条无形的封锁线，必然全部或部分遮挡红外光束。接收端输出的电信号的强度会因此产生变化，从而启动报警控制器发出报警信号。主动式红外探测器遇到小动物、树叶、沙尘、雨、雪、雾遮挡则不应报警，人或相当体积的物品遮挡将发生报警。由于光束较窄，收发端安装要牢固可靠，不应受地面震动影响，而发生位移引起误报，光学系统要保持清洁，注意维护保养。因此主动式探测器所探测的是点到点，而不是一个面的范围。其特点是探测可靠性非常高。但若对一个空间进行布防，则需有多个主动式探测器，价格昂贵。主动式探测器常用于博物馆中单体贵重文物展品的布防以及工厂仓库的门窗封锁、购物中心的通道封锁、停车场的出口封锁、家居的阳台封锁等等。

　　主动式红外探测器有单光束、双光束、四光束之分。

　　以发射机与接收机设置的位置不同分为对向型安装方式和反射式安装方式，反射型安装方式的接收机不是直接接收发射机发出的红外光束，而是接收由反射镜或适当的反射物(如石灰墙、门板表面光滑的油漆层)反射回的红外光束。当反射面的位置与方向发生变化或红外发射光束和反射光束之一被阻挡而使接收机无法接收到红外反射光束时发出报警信号。

　　被动式红外探测器采用被动红外方式，已达到安保报警功能的探测器。被动式红外探测器主要由光学系统、热传感器(或称为红外传感器)及报警控制器等部分组成。探测器本身不发射任何能量而只被动接收、探测来自环境的红外辐射。一旦有人体红外线辐射进来，经光学系统聚焦就使热释电器件产生突变电信号，而发出警报。

原理及误报解决方法

　　一、被动红外探测器原理

　　在自然界，任何高于温度(-273度)的物体都将产生红外光谱，在被动红外的警戒区内，当无物体移动时，热释电红外传感器感应到的只是背景温度，当移动物体进入警戒区，通过菲涅尔透镜，热释电红外传感器感应到的是移动物体温度与背景温度的差异，将红外信号变化转变为电信号后发出的报警信号。被动红外探测器它本身没有红外光谱的发射。

　　二、设备故障引起的误报警

　　1、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、假焊等)造成。

　　2、漂移性故障。是指元器件的参数和电源电压的漂移过大所造成的故障。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。

　　三、环境变化引起的误报警

　　1、红外探测器安装不牢固经常移动引起误报警;

　　2、对着空调和换气扇温度变化引起误报警;

　　3、室内外温差较大时，风吹动布帘引起误报警;

　　4、多个探测器同时发射信号，可造成漏报或干扰(仅指无线型);

　　5、报警系统对码误对其它无线红外探测器引起误报警。时设备表现为时好时坏(仅指无线型)。

　　四、解决方法

　　1、按照说明书的安装要求安装红外探测器;

　　2、避开温差和空气对流较强的区域;

　　3、将门窗封闭或束缚窗帘;

　　4、减少防范区域交叉探测范围，避免同时发射报警信号;

　　5、对码时快速准确，防止误录信息。

　　五、低误报的保障

　　1、“0”误报产品的误导。要相信凡是以PIR作为探测传感器的产品，目前还没有的“0”误报产品的，只能靠不断的技术优化来降低误报频率和次数。原因是红外探测器只是对特定环境和特定条件按探测器微处理器内事先设置好的程式进行判别。探测的灵敏度是受环境和条件变化改变的，控制环境的变化是减少误报的关键。

　　2、多技术组合判别提高探测器的可靠性，现行的产品有：被动红外探测器，微波+被动红外双鉴探测器、声控+振动玻璃破碎双鉴探测器、超声波+被动红外双鉴探测器等。

　　3、特殊情况。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逻辑判别能力，能在一定程度上判断是入侵者还是环境噪扰引起的报警。

工作原理

　　波长为2.0~1000微米的部分称为热红外线。我们周围的物体只有当它们的温度高达1000℃以上时，才能够发出可见光。相比之下，我们周围所有温度在零度（-273℃）以上的物体，都会不停地发出热红外线。所以，热红外线（或称热辐射）是自然界中存在最为广泛的辐射。

　　热辐射除存在的普遍性之外，还有另外两个重要的特性。

　　1．物体的热辐射能量的大小，直接和物体表面的温度相关。热辐射的这个特点使人们可以利用它来对物体进行无接触温度测量和热状态分析，从而为工业生产，节约能源，保护环境等等方面提供了一个重要的检测手段和诊断工具。

　　2．大气、烟云等吸收可见光和近红外线，但是对3~5微米和8~14微米的热红外线却是透明的。因此，这两个波段被称为热红外线的“大气窗口” 。利用这两个窗口，可以使人们在完全无光的夜晚，或是在烟云密布的战场，清晰地观察到前方的情况。正是由于这个特点，热红外成像技术军事上提供了先进的夜视装备并为飞机、舰艇和坦克装上了全天候前视系统。这些系统在海湾战争中发挥了非常重要的作用。

　　现代的热成像装置工作在中红外区域（波长3~5um）或远红外区域（波长8~12um）。通过探测物体发出的红外辐射，热成像仪产生一个实时的图像，从而提供一种景物的热图像。并将不可见的辐射图像转变为人眼可见的、清晰的图像。热成像仪非常灵敏，能探测到小于0.1℃的温差。

　　工作时，热成像仪利用光学器件将场景中的物体发出的红外能量聚焦在红外探测器上，然后来自与每个探测器元件的红外数据转换成标准的视频格式，可以在标准的视频监视器上显示出来，或记录在录像带上。由于热成像系统探测的是热而不是光，所以可全天候使用；又因为它完全是被动式的装置，没有光辐射或射频能量，所以不会暴露使用者的位置。

　　红外探测器分为两类：光子探测器和热探测器。光子探测器在吸收红外能量后，直接产生电效应；热探测器在吸收红外能量后，产生温度变化，从而产生电效应。温度变化引起的电效应与材料特性有关。 光子探测器非常灵敏，其灵敏度依赖于本身温度。要保持高灵敏度，就必须将光子探测器冷却至较低的温度。通常采用的冷却剂为斯太林（Stirling）或液氮。

　　红外探测器一般没有光子探测器那么高的灵敏度但在室温下也有足够好的性能，因此不需要低温冷却红外热像仪是通过非接触探测红外热量，并将其转换生成热图像和温度值，进而显示在显示器上，并可以对温度值进行计算的一种检测设备。红外热像仪能够将探测到的热量精确量化，能够对发热的故障区域进行准确识别和严格分析。

　　照相机成像得到照片，电视摄像机成像得到电视图像，都是可见光成像。自然界中，一切物体都可以辐射红外线，因此利用探测仪测定目标的本身和背景之间的红外线差并可以得到不同的红外图像，热红外线形成的图像称为热图。

　　目标的热图像和目标的可见光图像不同，它不是人眼所能看到的目标可见光图像，而是目标表面温度分布图像，换一句话说，红外热成像使人眼不能直接看到目标的表面温度分布，变成人眼可以看到的代表目标表面温度分布的热图像。

发展简史

　　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打两种效应。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，即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。

　　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。