摘 要： 随着安防行业的迅猛发展，入侵探测器不断普及应用。从安全的角度讲，它为人们的日常活动提供了安全保障，如果在不掌握现场的情况下盲目进入，就有可能触发入侵报警。对该领域目前市场上主流的产品及基本技术、解除原理等做一概述，预期可为探索探测器的盲点和后续的产品开发打下基础。
关键词： 探测器；被动红外；微波
1 市场现状
1.1报警器的类别
目前安防市场上常见的入侵报警探测器有主动红外入侵探测器[1]、被动红外入侵探测器、微波入侵探测器、微波和被动红外双鉴式入侵探测器[2]、超声波入侵探测器、振动入侵探测器等。每一种入侵探测器都拥有在保安区域内探测出人员存在的一定手段，装置中执行这种任务的部件称为探测器或传感器，是入侵报警探测器的核心。各类报警探测器基本都是以微波、红外、声控等技术为基础的。
按探测原理，报警探测器可划分为：
（1）红外型：①被动红外型：探测到人体（或辐射红外物体）运动后报警；②主动红外型：由发射器和接收器组成，发射器向接收器发射不可见红外光束，当相邻的两束红外光束被同时遮断后报警[3]。
（2）微波型：探测到一定的物体移动后报警。
（3）双鉴型：由红外线和微波组成双元探测，可防遮挡和各种辐射干扰。
（4）声音探测型：检测到一定分贝的声音后报警。
（5）光感探测型：检测到一定程度的光线强度变化后报警。
（6）烟雾感应型：检测到一定的烟雾浓度后报警。
（7）气体感应型：检测到空气中一定的可燃气体浓度后报警。
（8）磁控开关型：包含无线门磁和有线门磁，当磁性单元和检测单元分离后报警。
按探测器与主机之间的传输方式，报警探测器可划分为：
（1）无线型：通过无线电波将报警信号发给主机。
（2）有线型：通过电缆将报警信号发给主机。
按探测器的外形，报警探测器可划分为：吸顶式、壁挂式、幕帘式，可具有方向性选择。
1.2 报警主机的类别
按使用场所，报警主机可分为：
（1）单机型（适用于家用）：报警后，主机现场报警。
（2）联网型（适用于大范围区域等）：报警后，主机可通知异地的主人、接警中心等。
按报警方式，报警主机可分为：
（1）现场告警型[4]：报警后，主机自动打开现场的高音量警号，通知在场的主人。
（2）无线告警型：报警后，主机发射无线报警信号给值班室，有一定的距离限制。
（3）电话拨号报警型：如有警情，可按照客户设定的手机或者电话号码拨号报警。
（4）彩信报警器：如有警情，主机可通过GPRS将报警图片传输到接警中心或者相关人员手机上或邮箱里。
市场上的产品一般都有打开本地报警警号、发送无线报警信号到监控室、电话通知和短信通知功能。
1.3 布防、撤防
（1）可在报警主机的键盘和控制面板上直接设置，也可通过遥控器设置。
（2）布防、撤防可采用滚动码和跳码技术。
（3）如果遥控器损坏，可在主机直接复位并重新设置。
1.4 故障报警
（1）当电路线遇到人为损坏或报警主机电压不足等故障时，报警主机会发出故障报警信号。
（2）可内置电池，断电后可维持一段时间。
（3）系统一般有状态记忆功能，当断电后，备用电源耗尽又重新来电时，系统仍保持断电前设置的状态。
2 报警器的基本原理
本文对最常见的双鉴式入侵探测器做重点叙述。它是指将微波探测技术[5]与被动红外探测技术复合使用的探测器，在控制范围内，只有在两种探测技术下都探测到物体时，才输出报警信号。
2.1被动红外探测器的工作原理及响应特性
被动红外探测器[6]是靠探测人体发射的红外线来进行工作的：探测器收集外界的红外辐射，进而由菲涅尔透镜聚集到红外传感器上。热释电元件接收了红外辐射后，温度就会发生变化，进而向外释放电荷，检测处理后产生报警。红外探测原理如图1所示。
（1）菲涅尔透镜有两个作用：一是聚焦作用，即将热释红外信号折射（反射）在热释电红外传感器（PIR）上；二是将探测区域分为若干个明区和暗区，使进入探测区域的移动物体能以温度变化的形式在PIR上产生变化热释红外信号，这样PIR就能产生变化的电信号。
（2）热释电人体红外线传感器由热释电元、阻抗变换器和滤光窗三大部分组成[7]。
①人体都有恒定的体温，一般在37℃，所以会发出特定波长为10 m左右的红外线。PIR能将波长为8~12 m之间的红外信号转化为电信号，并能对自然界中的白光信号具有抑制作用[8]。
②PIR在工艺上将两个特征一致的热释电元反向串联或接成差动平衡电路方式，因而能以非接触式检测出物体放出的红外线能量变化，并将其转换为电信号输出。热释电元由高热电系数的铁钛酸铅汞陶瓷，以及钽酸锂、硫酸三甘铁等配合滤光镜片窗口组成，其极化随温度的变化而变化。
③当无人体移动时，感应到的只是背景温度。环境背景辐射对两个热释电元几乎具有相同的作用，使其产生的释电效应相互抵消，于是探测器无信号输出。一旦入侵者进入探测区域内，人体红外辐射通过部分镜面而聚焦，从而被热释电元接收，但是两片热释电元接收到的热量不同，热释电也不同，不能抵消，经信号处理而报警。因此，红外探测的基本概念就是感应移动物体与背景物体的温度差异。
被动红外探测器的优点在于本身不发任何类型辐射，器件功耗很小，隐蔽性较好，价格低廉。不足之处是：（1）易受各种热源、光源的干扰，环境温度与人体温度接近时，探测和灵敏度明显下降；（2）被动红外穿透力差，人体的红外辐射容易被遮挡，不易被探测器接收；（3）物体对着探头呈垂直状态运动时，灵敏度低；（4）在潮湿的环境下灵敏度下降[9]。
2.2 微波报警器工作原理及响应特性
微波是指频率大于300 MHz的无线电波。报警器微波探测方式的工作原理基于多普勒效应：微波的波长很短，在1 mm～1 000 mm之间，因此很容易被物体反射。微波信号遇到移动物体反射后会产生多普勒效应，即经反射后的微波信号与发射波信号的频率会产生微小的偏移，此时可认为报警产生。其原理如图2所示。
微波探测的不足是易受金属物的影响，由于金属对微波反射较强，在探测区域内有大面积或体积较大的金属物体存在时，在其后的阴影部分会形成探测盲区。
2.2.1 微波红外复合（双鉴）探测器
微波探测技术对物体的正面移动敏感，而被动红外探测技术则对物体从侧面切割探测区域的移动方式敏感。并且，它既能保持微波探测器可靠性强、与热源无关的优点，又集合了被动红外探测器无需照明和亮度要求、可昼夜准备运行的特点，大大降低探测器的误报率[10]。
其局限性体现在：（1）虽然采用了红外报警和微波报警相与的关系，但如果其中之一失效，报警器便不会报警，进而会降低探测能力；（2）微波本身具有一定的穿透能力（如墙壁等），增加了误报率；（3）微波可以被金属屏蔽，在实际应用中增加了探测的局限性。
2.2.2 微波红外复合（双鉴）探测器的关键技术
（1）反伪装技术
现有的被动红外加微波的双鉴技术具有两个致命弱点：①当环境温度接近人体温度时，入侵者所发射的红外线能量与周围环境所发射的相似，因此红外传感器将无法区分人体与周围环境信号的差异，探测灵敏度随之急剧下降。②入侵者用普通的伞或其他可阻挡红外线的物体来遮掩自己身体并缓慢移动时，能轻易地躲过被动红外探测器的探测。
反伪装技术（Anti-Cloak Technology，ACT）Rokonet公司的专利技术。它的突破在于在上述两种条件下，利用创新的模式识别算法对信号进行独特的分析处理，将探测器自动从双鉴转换至单微波触发报警模式[11]。
对于第一个弱点，该技术能够测量环境温度，并在接近人体温度时，自动转换到单微波模式。并且，采用了提高多普勒脉冲触发警情的门限值要求和数量要求的技术，从而降低灵敏度，减少了误报率。
对于第二个弱点，该技术专注于信号的形态和频率，而非信号强度。伪装后的入侵者在移动中的信号虽然很弱，但具有特定的形态和频率特性，信号强度接近声音信号的水平。ACT技术采用复杂的图像识别算法，能够判别出该信号。该算法过滤了在被动红外通道中所有可能产生误报的因素，如射频干扰产生的瞬间信号以及热源发出信号等，从而不会削弱防止误报的性能。
（2）主动红外探测技术
不同于主动红外报警器中发射器与接收器的配对光栅式使用，主动红外探测技术指的是，用砷化镓发光二极管发出0.8~0.9 m左右的红外线遇到遮挡物会被反射回来，报警器自身的接收器接收到后即报警。
以色列的Visonic公司开发了这一技术，即X-Masking[12]。被动红外技术的弱点在于其被动性。为了探测探测器附近的遮挡物，需要给被动红外系统添加一个相对应的主动系统。该系统由砷化镓发光二极管构成，从探测器内部的一个特殊窗口向外散射近红外光信号。如在附近有遮挡物，近红外光脉冲的一部分被反射回探测器，由一个放置在被动红外透镜后面的对近红外光敏感的硅光电二极管来接收，从而报警。
报警器通电启动后，在60 s内探测器尝试学习周边环境，预设置一个表达稳态状况的参考值，即预热。当学习结束后，探测器附近环境的任何变更将改变探测信号的级别。当反射物（增加）或吸收物（减少）被用在遮挡尝试中，级别将改变，因此影响了穿过透镜的能量值。如果信号超过了任何一个预设值，并且干扰持续超过了30 s，将触发一个反遮挡的报警信号。
（3）防遮挡的信号报警
探测器的反遮挡信号输出一般采用的是故障输出端（TRB端），平时常闭，遇遮挡后输出为电压，或开路报警信号。
（4）防宠物与自适应门限处理
自适应宠物门限算法VPT的原理在于测量物体穿越探测区域的频率来选择合适的判别门限。该门限实时自调节，在任何一种穿越频率下，都被设置在高于宠物信号强度，并且低于入侵者信号强度的水平，确保在忽略宠物的同时探测到入侵者。
3 解除响应的原理
（1）利用探测器的自适应性，将遮挡材料缓慢地向探测器遮挡，使周围的环境参数近乎不改变，使探测器探测不到遮挡物的遮挡行为和人体自身的红外线辐射，从而避免报警。同时，实验各材质的反射程度，以期尽可能地达到吸收、散射等效果。
（2）目前主流报警器采取微波和被动红外报警信号相与的方式，即这两种方式同时探测到入侵者才可报警。故考虑破坏方式其中之一，即可达到欺骗报警器的效果。
（3）改变环境，例如升高探测器附近的温度到人体体温，使人体隐藏在环境之中，使报警器无法将人体从环境之中区分开来，从而避免报警。
4 结束语
微波和被动红外双鉴式入侵探测器目前应用最为广泛。另外，在实际应用中，无防遮挡功能的种类占大多数，但未来防遮挡、防伪装等功能的应用必将更加普及。
参考文献
[1] 主动红外入侵探测器认证测试标准：GB10408.1-2000，GB10408.4-2000，GB16796-1997[S].
[2] 微波与被动红外复合入侵探测器认证测试标准：GB10408.1-2000，GB10408.6-1991[S].
[3] 邱亮南.试论主动红外和激光入侵探测器[J].中国安防，2008（3）：58-62.
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[6] 袁继俊.红外探测器发展述评[J].激光与红外，2006（12）：30-33.
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[11] 张小华.以色列RIT公司引领新一代红外探测器的发展[J].红外，2013（3）：47-48.
[12] 史衍丽，红外探测器材料与器件的发展[J].科学，2013（11）：22-25.