防盜監(jiān)控報(bào)警器

1、防盜監(jiān)控報(bào)警器工 學(xué) 部 工學(xué)一部專 業(yè)自動(dòng)化班 級學(xué) 號姓 名指導(dǎo)教師負(fù)責(zé)教師沈陽航空工業(yè)學(xué)院北方科技學(xué)院2008年7月摘 要隨著時(shí)代的不斷進(jìn)步，電子電器技術(shù)的飛速發(fā)展，人們的生活水平有了很大程度的提高，基于無論是國家物資儲備、國防安全的保護(hù)、個(gè)人家庭財(cái)產(chǎn)的不受侵害等等要求，各種情況都需要一套乃至幾套的安全防范保護(hù)措施，建立完善的安保系統(tǒng)(體系)，以實(shí)現(xiàn)人們對國家及個(gè)人財(cái)務(wù)較好的保護(hù)。正是這樣的社會環(huán)境使得智能防盜報(bào)警系統(tǒng)越來越多的被人們認(rèn)可使用。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)也正是在這樣的環(huán)境下應(yīng)運(yùn)而生的，主要是探究防盜監(jiān)控報(bào)警器的具體措施并力爭設(shè)計(jì)一個(gè)完整的防盜監(jiān)控報(bào)警電路。本次設(shè)計(jì)電路主要分為四個(gè)部分：

2、1.熱釋電紅外探測電路：2.微波多普勒探測電路；3.發(fā)射電路；4.接收報(bào)警電路；其主要工作原理實(shí)現(xiàn)當(dāng)有人或其它活動(dòng)體（動(dòng)物）進(jìn)入監(jiān)視區(qū)域內(nèi)時(shí)，信號經(jīng)過采集、放大、發(fā)射、接受和報(bào)警環(huán)節(jié)，通過聲、光報(bào)警，以實(shí)現(xiàn)監(jiān)控人員得到信息后及時(shí)奔赴現(xiàn)場進(jìn)行處理，確保國家、集體或者個(gè)人財(cái)產(chǎn)不受侵害。適用于家庭、辦公室、倉庫、實(shí)驗(yàn)室等比較重要的場合防盜報(bào)警。關(guān)鍵詞：防盜、監(jiān)控、報(bào)警、紅外線、微波探測AbstractWith the rapid development of technology electronic appliances, peoples living standards have been gr

3、eatly improved as time progresses. In order to fulfil the requirement of reserving state material, protecting national security, as well as protecting personal property from being violated. A set of safety precautions and even sets of protective measures are required just to establish and improve th

4、e security system (system) to better protect personal and national finance. Such a social environment makes intelligent anti-theft alarm system more and more recognized by people. The graduation project comes into being precisely in such an environment, it mainly explores specific measures of anti-t

5、heft alarm monitoring of and strive to design a complete anti-theft alarm monitoring circuit.The circuit design can be divided into four parts: 1. Pyroelectric infrared detection circuit: 2. Doppler microwave detection circuit; 3. Transmitter; 4. Reception alarm circuit; The main principle is to ach

6、ieve the goal that when someone or other activities of (animal) enter into the surveillance region, by collecting signal acquisition, enlarging the launch, receiving and reporting links, through sound, light alarm, monitoring personnel to achieve timely information and rushed to the scene Processing

7、 to ensure that state, collective or individual property from infringement. It is applicable to homes, offices, warehouses, labs, and more important occasions.Keywords: security, monitoring, alarm, infrared, microwave detection目 錄1.緒 論11.1.課題研究背景11.2.防盜監(jiān)控報(bào)警器的發(fā)展?fàn)顩r21.3.論文研究的目的和內(nèi)容32.防盜監(jiān)控報(bào)警器的工作原理52.1.熱釋

8、電紅外探測原理與器件52.1.1.熱釋電效應(yīng)62.1.2.熱釋電光敏器件的結(jié)構(gòu)72.1.3.多視場菲涅爾光學(xué)鏡92.2.微波多普勒原理及活動(dòng)目標(biāo)的探測方法122.2.1.多普勒效應(yīng)及檢測方法122.2.2.連續(xù)波輻射相干檢測法檢測活動(dòng)目標(biāo)152.2.3.相干脈沖檢測法檢測活動(dòng)目標(biāo)173.防盜監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、制作與安裝203.1.系統(tǒng)組成框圖及工作原理203.2.熱釋電紅外探測電路的設(shè)計(jì)203.3.微波多普勒探測電路的設(shè)計(jì)213.4.無線發(fā)射和接收報(bào)警電路233.5.報(bào)警系統(tǒng)的安裝254.防盜監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)的性能264.1.熱釋電紅外探測器件性能264.1.1.熱釋電紅外光敏器件特性264.1

9、.2.熱釋電紅外傳感器的噪聲特性274.2.微波多普勒探測系統(tǒng)性能284.2.1.系統(tǒng)干擾的來源及進(jìn)入儀器的途徑284.2.2.干擾嗓聲的抑制方法294.3.實(shí)驗(yàn)室硬件電路搭接305.光電防盜報(bào)警系統(tǒng)的應(yīng)用316.結(jié)論36致 謝37參考文獻(xiàn)38附錄I 元器件清單391.緒 論1.1.課題研究背景隨著時(shí)代的不斷進(jìn)步，隨著改革開放的深入發(fā)展，電子電器技術(shù)的飛速進(jìn)步，人們的生活水平有了很大程度的提高，家庭和社會上的高檔貴重物品越來越多，也就使一些不法分子有機(jī)可乘。這也就導(dǎo)致人們對自己所處環(huán)境的安全性提出了更高的要求，尤其是在家居安全方面，不得不時(shí)刻留意那些不速之客?，F(xiàn)在很多小區(qū)都安裝了智能報(bào)警系統(tǒng)，

10、因而大大提高了小區(qū)的安全程度，有效保證了居民的人身財(cái)產(chǎn)安全。由于紅外線是不可見光，有很強(qiáng)的隱蔽性和保密性，因此在防盜、警戒等安保裝置中得到了廣泛的應(yīng)用。此外，在電子防盜、人體探測等領(lǐng)域中，被動(dòng)式熱釋電紅外探測器也以其價(jià)格低廉、技術(shù)性能穩(wěn)定等特點(diǎn)而受到廣大用戶和專業(yè)人士的歡迎。所謂防盜監(jiān)控報(bào)警器是一種能夠產(chǎn)生報(bào)警信號的電子系統(tǒng)。這種系統(tǒng)可以是現(xiàn)場的，也可以是遙控的。它是人力防盜最重要的補(bǔ)充措施。防盜監(jiān)控報(bào)警器作為一種防盜的技術(shù)措施，是完全必要的，它甚至能起到人力防范所不能起到的作用，可以說它是一位忠實(shí)的“警衛(wèi)”。目前國內(nèi)使用的各類防盜、保安報(bào)警器基本都是以超聲波、主動(dòng)式紅外發(fā)射接收以及微波等技術(shù)

11、為基礎(chǔ)。而這里所設(shè)計(jì)的被動(dòng)式紅外報(bào)警器則采用了美國的傳感元件熱釋電紅外傳感器。這種熱釋電紅外傳感器能以非接觸形式檢測出人體輻射的紅外線，并將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?，同時(shí)，它還能鑒別出運(yùn)動(dòng)的生物與其它非生物。熱釋電紅外傳感器既可用于防盜報(bào)警裝置，也可以用于自動(dòng)控制、接近開關(guān)、遙測等領(lǐng)域。用它制作的防盜報(bào)警器與目前市場上銷售的許多防盜報(bào)警器材相比，具有如下特點(diǎn)： 不需要用紅外線或電磁波等發(fā)射源。 靈敏度高、控制范圍大。 隱蔽性好，可流動(dòng)安裝。1.2.防盜監(jiān)控報(bào)警器的發(fā)展?fàn)顩r有關(guān)防盜監(jiān)控報(bào)警器的起源已經(jīng)無法考證，但古時(shí)候，人們遇到野獸侵入而敲擊石頭產(chǎn)生的聲音，可以看作是報(bào)警器的鼻祖。如我國的萬里長城，通過

12、烽火的形式進(jìn)行防御報(bào)警。以后的各種火光、消息樹、吹海螺、吹銅號、拉汽笛、升降旗等，都可以看作是原始的報(bào)警裝置。防盜監(jiān)控報(bào)警器也與其他電子設(shè)備一樣，經(jīng)歷了從電子管、晶體管分立元件、小規(guī)模集成電路、大規(guī)模集成電路以及到微電腦的發(fā)展過程，目前已經(jīng)進(jìn)入了第四代。從觸發(fā)方式來講，也從簡單的機(jī)電開關(guān)發(fā)展到了三維（動(dòng)態(tài)、時(shí)間、生物體）遙測器件。從功能上講，從原來單一的報(bào)警，發(fā)展到監(jiān)控、報(bào)警、記錄等多功能。從結(jié)構(gòu)上講，也有原來的個(gè)體構(gòu)造，發(fā)展到了大區(qū)域聯(lián)網(wǎng)、計(jì)算機(jī)控制。從整個(gè)電子產(chǎn)品發(fā)展的長河來看，電子防盜監(jiān)控報(bào)警器始終是作為電子產(chǎn)品的重要成員而受到廣大科技工作者的喜好。而傳感器技術(shù)是21世紀(jì)人們在高新技術(shù)發(fā)

13、展方面爭奪的一個(gè)制高點(diǎn)，各發(fā)達(dá)國家都將傳感器技術(shù)視為現(xiàn)代高新技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵。從20世紀(jì)80年代起，日本就將傳感器技術(shù)列為優(yōu)先發(fā)展的高新科技之首，美國等西方國家也將此技術(shù)列為國家科技和國防技術(shù)發(fā)展的重點(diǎn)。而基于傳感器技術(shù)的光電防盜報(bào)警系統(tǒng)也得到了高速發(fā)展。最早的非可見光束入侵物探測器，由發(fā)射機(jī)將一個(gè)編碼信號饋送到一只IR LED中。此LED的輸出聚焦成一束很窄的光束，并使其對準(zhǔn)遠(yuǎn)距離放置的接收機(jī)中一只匹配的IR光敏探測器.整個(gè)系統(tǒng)的工作是這樣的:當(dāng)光束到達(dá)接收機(jī)時(shí)，接收機(jī)的輸出就處于“關(guān)”的狀態(tài)，但是如果光束被人、動(dòng)物或物體所遮斷時(shí)，接收機(jī)的輸出就開啟并觸發(fā)外部報(bào)警器、計(jì)數(shù)器或繼電器。此系統(tǒng)是以

14、針尖視線的原理來工作的，它可以被任何一個(gè)進(jìn)入到發(fā)射機(jī)與接收機(jī)透鏡之間瞄準(zhǔn)直線上的大于針尖的物體所觸發(fā)。因此，這種簡單系統(tǒng)的一個(gè)弱點(diǎn)就是它可能被一只飛入光束或落在某一透鏡上的蒼蠅或飛蛾之類的昆蟲所觸，所以誤報(bào)的可能性非常大，后來改用雙光束系統(tǒng)，隨后又出現(xiàn)了基于被動(dòng)式紅外傳感技術(shù)的被動(dòng)式紅外入侵報(bào)警器，被動(dòng)式紅外傳感技術(shù)是利用紅外光敏器件將活動(dòng)生物體發(fā)出的微量紅外線轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號，并進(jìn)行放大，處理，再利用電路輸出報(bào)警信號，它能可靠的將運(yùn)動(dòng)著的生物體(人)和飄落的物體加以區(qū)別。同時(shí)它還具有監(jiān)控范圍大，隱蔽性好，抗干擾能力強(qiáng)和誤報(bào)率低等特點(diǎn)。但是上述兩種類型的光電防盜報(bào)警裝置都有很高的誤報(bào)率，而多

15、技術(shù)復(fù)合入侵報(bào)替器誤報(bào)率則很低，從下圖可以看出最低波雙探測技術(shù)組合的誤報(bào)率最低。其工作原理為:熱釋電紅外探技術(shù)對警戒區(qū)內(nèi)的紅外輻射場變化反應(yīng)靈敏，而微波對運(yùn)動(dòng)物體移動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的多普勒效應(yīng)極其敏感，兩種探測器的反應(yīng)通過電路表現(xiàn)出來進(jìn)而產(chǎn)生報(bào)警。表1.1 低波雙探測技術(shù)組合的誤報(bào)率對比報(bào)警器單探測技術(shù)報(bào)警器雙探測技術(shù)報(bào)警器報(bào)警器 種類聲波 報(bào)警器超聲波 報(bào)警器微波報(bào)警器熱釋電紅外報(bào)警器超聲波-熱釋電紅外報(bào)警器超聲波-微波報(bào)警器熱釋電紅外-微波報(bào)警器誤報(bào)率80%90%40%58%1%可信度最低中等最高除雙探測技術(shù)報(bào)警產(chǎn)品外，目前三探測技術(shù)和四探測技術(shù)的復(fù)合報(bào)警器均有產(chǎn)品上市。例如英國的帕朗尼斯四探測技

16、術(shù)報(bào)警器，它包括微波、紅外、IFT及微波監(jiān)控等技術(shù)。其本質(zhì)是熱釋電紅外一微波雙探測技術(shù)的發(fā)展和完善。1.3.論文研究的目的和內(nèi)容紅外技術(shù)已經(jīng)成為先進(jìn)科學(xué)技術(shù)的重要組成部分，它在各領(lǐng)域都得到廣泛應(yīng)用。由于它不是可見光，因此用來制作防盜報(bào)警系統(tǒng)，具有良好的隱蔽性，白天和夜里都能用，而且抗干擾能力強(qiáng)，這種報(bào)警裝置可廣泛用于博物館、單位要害部門和家庭的防護(hù)。本課題的目的是通過對現(xiàn)有的光電防盜報(bào)警裝置優(yōu)缺點(diǎn)的研究，進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化，研制出一種新型的光電防盜報(bào)警系統(tǒng)，比傳統(tǒng)的光電防盜報(bào)警系統(tǒng)的誤報(bào)率低，抗干擾能力強(qiáng)。在查閱了一些相關(guān)的國內(nèi)外文獻(xiàn)后，確定了基于熱釋電紅外微波多普勒雙探測技術(shù)的防盜報(bào)警系統(tǒng)的可行

17、性，設(shè)計(jì)研制了熱釋電紅外一微波雙探測技術(shù)的新型光電防盜報(bào)警系統(tǒng)，雙探測技術(shù)是將兩種探測技術(shù)結(jié)合在一起，以“相與”的關(guān)系來觸發(fā)報(bào)警。熱釋電紅外傳感器感應(yīng)到入侵者的紅外熱輻射(人體體溫)，將其轉(zhuǎn)換成超低頻信號，經(jīng)電路放大輸出。同時(shí)由于微波探測器接收到的回波信號的頻率(或相位)發(fā)生變化，經(jīng)過電路處理后轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘栞敵?。兩組信號同時(shí)到達(dá)與門，經(jīng)判斷，再將報(bào)警信號通過天線發(fā)射出去，可以用接收電路或收音機(jī)接收報(bào)警信號。最后本文對熱釋電紅外探測器件性能、微波多普勒探測系統(tǒng)性能進(jìn)行了檢測，分析了微波多普勒探測系統(tǒng)干擾的來源及進(jìn)入機(jī)器的途徑，并對其脈沖干擾、電源干擾等提出了抑制辦法。2.防盜監(jiān)控報(bào)警器的工作原理

18、2.1.熱釋電紅外探測原理與器件許多非電量能夠影響和改變紅外光的特性，因此利用紅外光敏器件測得紅外光的變化就可以確定待測非電量。從這個(gè)意義上說，紅外光是測量多種非電量的一種媒體。以紅外光作為測量媒體介質(zhì)，比起用可見光做媒介質(zhì)具有以下優(yōu)點(diǎn)： 紅外光不受周圍可見光的影響，所以可在同樣條件下晝夜測量； 只要待測對象自身具有一定溫度就會發(fā)射紅外光，因此不必另備光源； 大氣對待特定波長范圍的紅外光吸收甚少，所以適用于遙感技術(shù)。按工作原理分類，紅外光敏器件可大體分為量子型和熱型兩大類。熱型有熱電偶式、電阻式、電容式以及熱釋電式等。熱式紅外光敏器件只能首先把紅外光轉(zhuǎn)變成器件自身溫度的提高（或變化），然后才能

19、在熱電效應(yīng)作用下產(chǎn)生出相應(yīng)的電信號。因此，熱型紅外光敏器件的響應(yīng)速度比較慢，靈敏度也不及量子型紅外光敏器件高，但它具有不需冷卻，可在常溫下使用，響應(yīng)紅外光譜范圍寬和價(jià)格便宜等一系列突出的優(yōu)點(diǎn)。熱釋電紅外傳感器因紅外線照射（或遮擋）而產(chǎn)生（或失去）熱量才有輸出，因此，從原理上講，它和波長沒有什么關(guān)系但應(yīng)選用適合于測定波長的濾光器作為窗口材料，以Si為例，把它作為窗口材料，在1m以上與波長無關(guān)。有的窗材只能通過4.1m附近的光，而有的可通過6.1m以上的光，等等。使用哪種窗材，可確定是那個(gè)范圍內(nèi)波長產(chǎn)生的熱。量子型紅外線傳感器的特點(diǎn)是探測靈敏度高，響應(yīng)速度快，相應(yīng)的靈敏度與波長有關(guān)，其關(guān)系可用紅外

20、線具有的能量E和波長表示，即為E= （2.1）式中：h=4.14*10（ev*s）=6.625*10（J*S）；c為光速，c=3*10（m/s），與可見光相比，紅外光的能量較小。2.1.1.熱釋電效應(yīng)熱釋電效應(yīng)（Pyroelectricity effect）提出較遲。以熱釋電效應(yīng)為原理研制紅外光敏期間也僅近20年。最初發(fā)現(xiàn)給電石、水晶或酒石酸鉀那（羅謝耳鹽）等晶體加熱，其晶體表面會產(chǎn)生自然極化而出現(xiàn)電荷，把這種現(xiàn)象稱為熱釋電效應(yīng)。后來的深入研究發(fā)現(xiàn)強(qiáng)電介質(zhì)鈦酸鋇BaTiO的熱釋電效應(yīng)尤為顯著。圖2.1是熱釋電效應(yīng)產(chǎn)生的基本過程。圖2.1 熱釋電效應(yīng)示意圖在鈦酸鋇的上、下表面設(shè)置電極，并用紅外線

21、加熱晶體（黑化膜是為了提高吸收紅外光效率而設(shè)置的）。當(dāng)吸收溫度上升時(shí)，晶體的原子排列將發(fā)生變化，并進(jìn)而會發(fā)生自然極化。但是，因整個(gè)晶體力圖保持自己的電中型，于是必然在其表面產(chǎn)生的電荷。表征某材料熱釋電效應(yīng)大小的參數(shù)為熱釋電系數(shù)，熱釋電系數(shù)表示為=(或=) （2.2）圖2.2是鈦酸鋇熱釋電系數(shù)的基本規(guī)律變化。由圖可見，在其結(jié)晶結(jié)構(gòu)發(fā)生急劇變化的T點(diǎn)的自然極化程度最大。圖2.2 熱釋電系數(shù)的基本變化規(guī)律2.1.2.熱釋電光敏器件的結(jié)構(gòu) 熱釋電紅外傳感器的結(jié)構(gòu)和封裝一般說來，這種傳感器的封裝有兩種，即TO5型金屬封裝和塑料封裝，分別如圖2.3（a）、（b）所示。（a）TO5型封裝（b）塑封結(jié)構(gòu)圖2.

22、3 熱釋電紅外傳感器件 干涉濾光片對于常溫37的人來說，其紅外輻射的光譜如圖2.4（a）所示。為了使熱釋電紅外傳感器件輻射到的紅外線與紅外透射率相結(jié)合，同時(shí)考慮到人體外的紅外輻射（特別是近紅外輻射）干擾進(jìn)行抑制，在熱釋電傳感元件前加上一個(gè)814m的干涉濾光片，它透射過來的光譜如圖2.4（b）所示。波長小于8m的紅外線被吸收，只留下對人體敏感的熱式紅外光譜。(a)人體輻射紅外光譜圖(b)紅外濾光片通透曲線圖2.4 人體紅外輻射和干涉濾光片的通濾光譜 熱釋電陶瓷元件這種元件也稱熱釋電探測元，它是由高熱電系數(shù)的鎬鈦酸鋁系陶瓷等材料構(gòu)成的。這種強(qiáng)電介質(zhì)的熱電元件能夠遙感人體發(fā)出的微量的紅外線，并明顯地

23、感覺到其相對溫度的變化過程，使探測元的自發(fā)極化值發(fā)生變化，即產(chǎn)生熱電效應(yīng)。 場效應(yīng)管匹配器在熱釋電傳感器的殼內(nèi)，還裝有一個(gè)場效應(yīng)管（FET）和柵極電阻R。R與探測元并接，它能將探測元表面的極化值或電荷的變化電信號的形式加至場效應(yīng)管的柵極。場效應(yīng)管的作用與駐極體話筒相似，起阻抗變換作用，它的輸入阻抗極高，而輸出阻抗低。通過場效應(yīng)管的匹配和放大，在它的源極輸出反應(yīng)外來能量的變化的相應(yīng)幅度的電脈沖。其脈沖頻率一般為0.35Hz。場效應(yīng)管的輸出阻抗為1047K。2.1.3.多視場菲涅爾光學(xué)鏡 紅外作用距離與光學(xué)聚焦系統(tǒng)由于人體輻射出的紅外線能量相當(dāng)弱，因而，只采用熱釋電紅外傳感器組裝的探測器，其探測距

24、離一般為12m（視器件種類）。為提高其探測靈敏度，最好在熱釋電傳感器的前面加裝一套特殊的光學(xué)系統(tǒng)，這就是菲涅爾透鏡（Fresenel Lens）。目前，與紅外傳感器配套的光學(xué)系統(tǒng)有三種，即反射式、折射式和透射式。其中反射式光學(xué)系統(tǒng)靈敏度最高，其探測距離可達(dá)2560m；透射式的靈敏度最低，探測距離一般210m；折射式居中，兼有反射式和透射式的優(yōu)、缺點(diǎn)。反射式系統(tǒng)的紅外傳感器要置于鏡前，體積大，不好密封，在防塵、防水、抗擊、隱蔽性等方面較差，尤其在防盜報(bào)警方面不宜采用。而透射式系統(tǒng)的體積小，密封容易，穩(wěn)定性好，其價(jià)格相對較低，因此目前國外多采用透射式系統(tǒng)。 紅外能量的變化值和菲涅爾鏡熱釋電紅外傳感

25、器對紅外輻射能量的絕對值并不感興趣，感興趣的是紅外輻射能量變化值的大小。例如：若站在紅外傳感器近前的是一個(gè)紋絲不動(dòng)的人，傳感器就沒有反應(yīng)；而較遠(yuǎn)處的人稍微一動(dòng)，紅外傳感器即有脈沖信號輸出?；谏鲜龅臋z測原理，在進(jìn)行光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，不僅應(yīng)把監(jiān)測空間輻射來的紅外線聚焦至傳感器，還應(yīng)敏銳地察覺出這些紅外能量的變化。因此，在設(shè)計(jì)聚光透鏡時(shí)，往往要對光滑的光學(xué)鏡面進(jìn)行楞狀或柱狀的處理。用意在于使被監(jiān)測的空間產(chǎn)生一系列交替的狹小的“高靈敏感應(yīng)區(qū)”和“盲區(qū)”空間。當(dāng)有人從鏡前走動(dòng)時(shí)，人體發(fā)出的紅外線就不斷從“高靈敏感應(yīng)區(qū)”進(jìn)入“盲區(qū)”，傳至紅外傳感器的紅外線便會時(shí)有時(shí)無，即大量的光脈沖進(jìn)入紅外探測元，經(jīng)轉(zhuǎn)換

26、后便輸出相應(yīng)變化的電脈沖，因而提高了其接受靈敏度，大大提高其探測距離。圖2.5（a）、（b）分別是一種菲涅爾透鏡的外形圖及其安裝示意圖。（a）菲涅爾透鏡外形 （b）安裝示意圖圖2.5 一種菲涅爾透鏡的外形及其安裝示意圖 菲涅爾鏡的設(shè)計(jì)和技術(shù)指標(biāo)菲涅爾透鏡是一種塑料注成的薄鏡片，片上刻有精細(xì)的鏡面和排列有序的紋理，它是根據(jù)對靈敏度和接收角度的要求來設(shè)計(jì)和制作的，技術(shù)精度要求相當(dāng)高。一片好的透鏡必須表面光潔、紋理清晰，厚度在0.65mm左右，對紅外線的透過率要高于65%。Q-6型菲涅爾透鏡技術(shù)指標(biāo)： 外形尺寸：68mm*38mm； 水平尺度：120； 垂直角度：如圖2.6，要求架高不低于1.5m

27、傳感器與鏡面間的距離：置于聚焦中心處，標(biāo)準(zhǔn)距離為29mm，以便使紅外線能量聚焦在探測元上，得到最大的靈敏度。圖2.6 Q6型菲涅爾透鏡垂直面圖形實(shí)際上，菲涅爾透鏡有各種不同的規(guī)格，具有不同的幾何尺寸和特點(diǎn)，要求聚乙烯薄片和安裝外殼應(yīng)相配，透鏡面與傳感器之間應(yīng)保持規(guī)定的距離，不同的透鏡其距離是不同的。除上述的Q6型外，常見的還有Q1A型和Q8半圓型，一般的菲涅爾透鏡的探測距離在10m左右，采用雙重反射性式的透鏡可達(dá)20m以上。2.2.微波多普勒原理及活動(dòng)目標(biāo)的探測方法根據(jù)微波多普勒原理的不同，微波多普勒報(bào)警器分為微波多普勒探測器和微波墻式探測器兩種。微波多普勒探測器也稱雷達(dá)式微波探測器。它的工作

28、原理基于微波的多普勒效應(yīng)。2.2.1.多普勒效應(yīng)及檢測方法多普勒效應(yīng)的提出，是160年前的事。當(dāng)時(shí)光的波動(dòng)理論已經(jīng)被普遍接收，但光譜技術(shù)的發(fā)展還處于初期階段。1842年5月25日，在布拉格舉行的皇家波希米亞學(xué)會科學(xué)分會會議上，多普勒提交了一篇題為Ueber das farbige Licht der Doppelsteme and einiger anderer Gestirne desHimmels(論天體中雙星和其他一些星體的彩色光)的論文。在這篇論文中，他提出了由于波源或觀察者的運(yùn)動(dòng)而出現(xiàn)觀測頻率與波源頻率的不同的現(xiàn)象，后來稱為多普勒效應(yīng)。多普勒效應(yīng)是指當(dāng)發(fā)射信號源與接收者之間存在相對徑

29、向運(yùn)動(dòng)時(shí)，接收到的回波信號的頻率(或相位)將發(fā)生變化。這可以從固定目標(biāo)和移動(dòng)目標(biāo)信號的時(shí)域特性和頻率特性方面分析。為了分析方便，設(shè)微波信號源發(fā)出的探測信號為單音連續(xù)波，其瞬時(shí)值為 (2.3)式中：，為探測信號的頻率；為探測信號的初始相位。該探測信號在傳播過程中遇到障礙物(包括目標(biāo))時(shí)會發(fā)生反射微波接收機(jī)收到的目標(biāo)回波信號的瞬時(shí)值為 (2.4)式中：為回波信號瞬時(shí)高頻相位；為回波信號相對于探測信號的延時(shí)。 的值為 (2.5)式中：d為目標(biāo)到微波探測器的距離；C為電磁波的傳播速度，其值為3*10m/s。對于固定物體（靜物），其回波信號的頻率與原來發(fā)出的探測器的頻率f相同，則固體物體反射回波的瞬時(shí)值

30、為 (2.6)式中：d為固定物體到微波探測器的距離。對于移動(dòng)目標(biāo)，由于運(yùn)動(dòng)體對于探測器作相對運(yùn)動(dòng)，故移動(dòng)目標(biāo)相對于探測器的距離是隨時(shí)間變化的，即d=dt (2.7)式中：d為移動(dòng)目標(biāo)被發(fā)現(xiàn)時(shí)相對于探測器的起始距離；為活動(dòng)目標(biāo)相對于探測器的徑向速度；“”號與運(yùn)動(dòng)方向有關(guān)。活動(dòng)目標(biāo)回波信號的瞬時(shí)值為 （2.8）式中：U為活動(dòng)目標(biāo)回波信號的幅值。 （2.9）即將活動(dòng)目標(biāo)與探測器之間的相對運(yùn)動(dòng)引起的收、發(fā)頻率的差頻，稱為多普勒頻率（頻移）。這種因相對運(yùn)動(dòng)而導(dǎo)致的活動(dòng)目標(biāo)回波信號不同于發(fā)送的探測信號頻率的效應(yīng)，稱為多普勒效應(yīng)。將C=代入（2.9）式，則可寫作 （2.10）式中：為微波探測器的工作波長。圖

31、2.7為活動(dòng)目標(biāo)相對于微波探測器饋源運(yùn)動(dòng)的示意圖。（a）發(fā)收一體化探測器及活動(dòng)回波 （b）活動(dòng)體經(jīng)向速度與運(yùn)動(dòng)方向的關(guān)系圖2.7 活動(dòng)目標(biāo)相對于微波探測器饋源運(yùn)動(dòng)的示意圖活動(dòng)目標(biāo)的徑向速度為 （2.11）式中：為活動(dòng)目標(biāo)移動(dòng)的瞬時(shí)速度；為運(yùn)動(dòng)軌跡與探測器饋源和目標(biāo)連線的夾角。當(dāng)=180時(shí)，兩者做向背運(yùn)動(dòng)。對于防盜監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)，常使用的微波載頻為911MHz。設(shè)某探測報(bào)警器的發(fā)射頻率=9375MHz，則人體移動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的多普勒頻率與人體運(yùn)動(dòng)速度之間的關(guān)系如表2.1所示。表2.1 與的關(guān)系9876543210.5563520437.5375312.5250137.512562.531.5由表可見，人

32、體的移動(dòng)速度不同時(shí)，所產(chǎn)生的多普勒頻率是不同的，多在音頻頻段的低端。通過以上分析可知，移動(dòng)目標(biāo)與靜止物體的回波信號有以下差別： 靜止物體的回波信號頻率與探測器發(fā)出的截頻是相同的；而移動(dòng)物體的回波信號頻率與探測器的截頻相比，附加了一個(gè)多普勒頻移，且與運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的徑向速度有關(guān)。 靜止物體的回波信號對探測信號的時(shí)延為常數(shù)；而移動(dòng)物體對探測信號的延時(shí)與目標(biāo)徑向速度及移動(dòng)方向有關(guān)，為變量。因此，根據(jù)移動(dòng)目標(biāo)與靜止物體回波信號的不同，在接受電路中采取措施，可檢測并判斷出進(jìn)入微波監(jiān)視場的活動(dòng)目標(biāo)。以上說明的是回波信號的時(shí)間變量函數(shù)，即對回波信號的時(shí)域性進(jìn)行分析。當(dāng)然，也可以采取分析頻率變量函數(shù)的方法進(jìn)行分析，

33、從其探測脈沖的頻譜圖中會更清楚的看到活動(dòng)目標(biāo)中的多普勒頻率及相應(yīng)參數(shù)。2.2.2.連續(xù)波輻射相干檢測法檢測活動(dòng)目標(biāo)連續(xù)波相干檢測法中微波探測器發(fā)射的是單一載頻的連續(xù)波信號。在這種方法中，探測用的微波信號源為單一載頻連續(xù)振蕩信號，即： （2.12）圖2.8為采用連續(xù)波體制的微波探測報(bào)警器的組成框圖。這是一種將微波發(fā)、收合置在一起的微波探測器，相當(dāng)于一個(gè)連續(xù)波體制的小型多普勒雷達(dá)，其工作原理基于微波的多普勒效應(yīng)。由于發(fā)射的是單音載波，頻譜能量集中，接受和濾波裝置也相對簡單，制作成本也較低。固體振蕩器混頻、放大電路相位檢測電路多普勒濾波器輸出電路報(bào)警電路報(bào)警中心圖2.8 采用連續(xù)波體制的微波探測報(bào)警

34、器和組成框圖發(fā)射出去的微波探測器信號被反射回來后，回波信號為 （2.13）式中：為回波信號相對于探測信號的延時(shí)；為目標(biāo)回波信號的相應(yīng)變化量。該回波信號與耦合過來的部分發(fā)射信號在混頻器中進(jìn)行混頻，并在中頻放大器中對混頻信號進(jìn)行放大，在相位檢波器中對回波信號的相位與相干基準(zhǔn)進(jìn)行比較，其差拍合成信號的幅度為 （2.14）式中：為探測信號的瞬時(shí)相位；為目標(biāo)回波信號的瞬時(shí)相位。對于靜止物體，徑向速度=0，=常量，檢波后的輸出為一固定電平，如圖2.9（a）所示。對于做勻速直線運(yùn)動(dòng)的活動(dòng)目標(biāo)，有 （2.15）式中：為回波信號的時(shí)延；為差拍合成信號的角速度，其值為 （2.16）合成信號是隨時(shí)間變化的，如圖2.

35、9（b）所示。(a)靜態(tài)目標(biāo)(b)活動(dòng)目標(biāo)圖2.9 目標(biāo)回波信號與基準(zhǔn)信號的合成信號隨時(shí)間變化的曲線由圖2.9所示，對于靜止物體（），其合成信號的幅值是不隨時(shí)間變化的；而對于活動(dòng)目標(biāo)，其合成信號的幅值是隨時(shí)間變化的。用連續(xù)波輻射相干檢測法探測活動(dòng)物體，其中多普勒濾波器的寬帶只允許差拍信號的多普勒頻率（）分量通過。其通頻帶可用下式估算； （2.17）式中：為活動(dòng)目標(biāo)相對于探測器移動(dòng)的最大相對速度。2.2.3.相干脈沖檢測法檢測活動(dòng)目標(biāo)相干脈沖檢測法與上節(jié)介紹的連續(xù)波檢測法一樣，也是將目標(biāo)回波信號與相干用的基準(zhǔn)信號進(jìn)行比較，但由于發(fā)射機(jī)采用脈沖調(diào)制，工作在脈沖狀態(tài)，故不能直接用發(fā)射機(jī)的高頻振蕩信號

36、作為基準(zhǔn)信號，只能采用輔助的基準(zhǔn)信號源作為基準(zhǔn)信號。用相干脈沖檢測活動(dòng)目標(biāo)的裝置的功能框圖如圖2.10所示。圖中的接收機(jī)包括混頻器、本振源和中頻放大器。脈沖調(diào)制器濾波放大器相位檢波器接收機(jī)收/發(fā)開關(guān)相干振蕩器功 放高頻振蕩器圖2.10 用相干脈沖檢測法檢測活動(dòng)目標(biāo)的裝置和功能框圖加至相位檢波器的信號有兩個(gè)：一個(gè)是探測目標(biāo)回波信號，另一個(gè)是作為基準(zhǔn)的相干振蕩信號。 （2.18）式中：U、U分別為目標(biāo)回波信號和相干振蕩信號的幅度：為相干振蕩起始相位；為相干振蕩的瞬時(shí)相位。在相位檢波器中對信號和信號進(jìn)行相干差拍檢測?，F(xiàn)寫出下列三種情況下相位比較器輸出的差拍電壓。 只有靜止物體的探測回波（） （2.1

37、9）相位檢波器檢波輸出為一恒定幅度的脈沖序列，不含多普勒頻移成分。 只有活動(dòng)目標(biāo)的探測回波該活動(dòng)目標(biāo)與基準(zhǔn)相干信號的差拍電壓為 （2.20）式中：為活動(dòng)目標(biāo)回波信號幅值；為在區(qū)間內(nèi)讀出的時(shí)間。 含有靜止物體和移動(dòng)目標(biāo)的探測回波含有靜止物體和移動(dòng)目標(biāo)的探測回波信號在相位檢測器內(nèi)基準(zhǔn)相干信號差拍時(shí)，則在其輸出端上的和合成信號為（2.21）在合成差拍信號中含有受多普勒頻率調(diào)制的交變脈沖分量，故可利用相應(yīng)濾波器將多普勒頻移信號濾出，將靜止物體的信號分量抑制掉，從而實(shí)現(xiàn)對活動(dòng)目標(biāo)信號的檢測。采用脈沖調(diào)制體制的多普勒探測報(bào)警裝置與連續(xù)波相干檢測體制相比，具有如下優(yōu)越性： 接收通道放大器的頻帶寬度較窄，相應(yīng)

38、地輸出噪聲也較小，引起的誤報(bào)也較少。 脈沖調(diào)制相干體制方式能防止外界的無線電干擾源和同一地區(qū)多個(gè)探測器之間的相互干擾引起的虛報(bào)。3.防盜監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、制作與安裝3.1.系統(tǒng)組成框圖及工作原理該防盜監(jiān)控報(bào)警器包括熱釋電紅外探測電路、微波多普勒探測電路和發(fā)射、接收電路。其組成功能原理框圖如圖3.1所示。熱釋電紅外傳感器微波探測器信號處理發(fā)射電路接收報(bào)警電路圖3.1 防盜監(jiān)控報(bào)警裝置原理框圖3.2.熱釋電紅外探測電路的設(shè)計(jì)該部分電路如圖3.2所示。圖中的紅外傳感器為雙敏感元傳感器P228，其芯片材料為LiTaO3，上有雙探測元，具有響應(yīng)度高（6500V/W），噪聲低，抗電磁干擾性能好，窗口普響

39、應(yīng)（包括探測元和濾光片）為715m。它可將人體輻射出的紅外信號能量轉(zhuǎn)換成相應(yīng)頻率（0.35Hz）的電信號，并經(jīng)C加至直流偏置放大器VT。光學(xué)透鏡采用Q6型菲涅爾透鏡，元件尺寸為2*1。VT采用低噪聲、小功率管C458，它和單BiMOS運(yùn)放CA3140及阻容元件組成兩級低頻電壓放大器，兩級增益可達(dá)7075dB。IC也采用CA3140，它與R、R、RP組成一個(gè)電壓比較電路。當(dāng)有人走進(jìn)紅外探測器時(shí)，加至比較器IC腳的信號高于腳設(shè)定的參考（比較）電壓，其輸出端腳轉(zhuǎn)呈高電平，使VT飽和導(dǎo)通，其集成電極呈低電平，約為0.35V。圖3.2 熱釋電紅外探測電路3.3.微波多普勒探測電路的設(shè)計(jì)RD627是一種新

40、穎的多普勒效應(yīng)傳感器，采用單列7腳直插式塑料封裝，其管腳排列如圖3.3（a）所示，圖3.3（b）是它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)電路功能框圖，可以看出，RD627由震蕩器、發(fā)射器、檢測器、多普勒信號放大器、限幅器及穩(wěn)壓電源等部分組成。該部分電路圖如圖3.4所示。振蕩器產(chǎn)生的微波信號經(jīng)發(fā)射器由第1、2腳送至外天線發(fā)射到空間，產(chǎn)生一個(gè)立體空間微波防護(hù)區(qū)，當(dāng)人或其他物體在該防護(hù)區(qū)移動(dòng)時(shí)，反射回來的微波信號與原信號之間將產(chǎn)生頻移，微弱的頻移信號通過檢測器處理后，獲得更多的多普勒信號再經(jīng)放大，在第6腳即可得到與移動(dòng)目標(biāo)相應(yīng)的電信號。RD627工作電源電壓為12V；有效發(fā)射面積大于100；靜態(tài)時(shí)第6腳的輸出電壓為6V；再有

41、效發(fā)射區(qū)內(nèi)，當(dāng)有目標(biāo)移動(dòng)時(shí)，第6腳的輸出電壓變化不小于50mV，移動(dòng)目標(biāo)離天線越近，輸出電壓變化幅度越大，最大時(shí)可達(dá)5V以上。圖3.3 RD627集成管腳排列和內(nèi)部框圖圖3.4 微波多普勒探測電路圖3.4中，RD627產(chǎn)生的微波信號經(jīng)外接環(huán)狀天線發(fā)射到空間后形成一個(gè)立體的微波警戒網(wǎng)。當(dāng)有人在網(wǎng)內(nèi)走動(dòng)時(shí)，從人體反射回天線的微波信號與原發(fā)射信號就會產(chǎn)生頻移。此頻移經(jīng)RD627內(nèi)部檢測放大后，從6腳輸出超低頻信號經(jīng)A2緩沖送至A3、A4組成的比較器進(jìn)行鑒別。如果信號電壓在兩指定的比較電壓中間，則A3、A4均無電壓輸出。當(dāng)信號高于A3的2腳電平或低于A4的3腳電平時(shí)，A3活A(yù)4輸出高電平，經(jīng)VD1或V

42、D2隔離、R6限流輸出，Rp用來調(diào)節(jié)電壓比較器的閥值電平，以調(diào)整報(bào)警器的警戒范圍。微波發(fā)射天線可用3的金屬線彎成120150的圓環(huán)狀。A2A4用F006高增益集成運(yùn)算放大器。3.4.無線發(fā)射和接收報(bào)警電路經(jīng)過熱釋電和微波探測電路處理過的信號通過門電路判斷后，輸出至報(bào)警發(fā)射電路。報(bào)警發(fā)射電路如圖3.5。圖3.5無線發(fā)射電路圖中IC采用時(shí)基集成電路555，它與R、C等組成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)定時(shí)電路。當(dāng)有低電平信號加至其觸發(fā)端腳（低電平觸發(fā)有效）時(shí)，則555的輸出轉(zhuǎn)呈高電平。高電平維持時(shí)間（即咱穩(wěn)態(tài)時(shí)間）為 （3.1）計(jì)算得出其暫穩(wěn)態(tài)時(shí)間約為2min。在計(jì)算555輸出高電平期間，繼電器K通電、吸合，其常開觸

43、點(diǎn)K接通，IC、VT和VT得電，并工作。IC采用四模擬聲集成電路KD9561，并將其選聲端SEL和SEL懸空，則KD9561一旦得電便迅速發(fā)出警車聲信號，并將其輸出端（O/P）輸出，然后經(jīng)VT自偏置放大器放大后，作為調(diào)制音頻信號加至VT的基極。VT采用超高頻小功率管3DA3866A，它和L、C等組成高頻振蕩器，其振蕩頻率主要由L、C決定。當(dāng)警車聲信號經(jīng)C耦合至VT基極時(shí)，音頻信號改變其振蕩頻率，產(chǎn)生88108MHz的調(diào)頻信號，并經(jīng)天線W發(fā)射至空中。圖3.6所示電路為FM收音機(jī)電路。圖3.6接收報(bào)警電路它是以TDA7010T為核心組裝而成的一只微型收音機(jī)。該器件已把外部要調(diào)整的元器件（包括中頻濾

44、波器）幾乎都容納在了芯片上，并采用了頻率鎖相環(huán)（PLL）和特殊靜噪控制電路，使整個(gè)FM收音機(jī)只需要通過C單聯(lián)選臺，避免對中頻進(jìn)行調(diào)試，也無需統(tǒng)調(diào)，制作和調(diào)試都很簡單。制作和調(diào)試都很簡單。解調(diào)后的信號由腳輸出。圖中IC采用優(yōu)質(zhì)雙聲道小功率音頻放大集成電路TDA2822M，外接元件極少，將其接成BTL型單聲道音頻功放電路，其放大增益達(dá)46dB（約200倍），且性能穩(wěn)定。IC輸出的音頻警車聲信號經(jīng)IC放大后，驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)出響亮的警車聲，提醒值守人員有情況發(fā)生。IC采用飛利浦公司的TDA7010T，也可以使用市場銷售的普通收音機(jī)監(jiān)聽，但無信號時(shí)，雜音較大，常有“咯噠”聲，值守人員長時(shí)間監(jiān)聽時(shí)難以忍受。

45、C、C、C、C、C、C及C采用CT1型瓷介電容器；C、C、C、C、C、C及C采用CC1型高頻瓷介質(zhì)電容器；C采用140/80pF差雙容可變電容器，客容量大的一聯(lián)，另一聯(lián)可短路不用；L用0.71漆包線在4圓棒上密繞5匝后脫胎即成；天線W使用7001000軟線即可。3.5.報(bào)警系統(tǒng)的安裝紅外和微波探測器的合理布置和安裝，對于探測和防范性能來說至關(guān)重要。安裝微波和熱式能紅外探測器時(shí)需要注意以下幾個(gè)事項(xiàng)：安裝時(shí)兩種探測器的靈敏度采取折中的辦法，即兩者在防范區(qū)內(nèi)保持均衡，二者兼顧。熱釋電紅外探測器對入侵者輻射出的紅外能量和移動(dòng)速度兩個(gè)參數(shù)都能探測到，它對橫向切割（垂直方向）探測區(qū)方向的人體運(yùn)動(dòng)最敏感。因

46、此安裝熱釋電紅外探測器時(shí)，應(yīng)盡量使入侵者的活動(dòng)有利于橫向穿越其視場，以提高其探測靈敏度。微波多普勒探測器，則對軸向轉(zhuǎn)動(dòng)（或徑向移動(dòng)）的活動(dòng)體最為敏感，此時(shí)的多普勒頻率f最大，探測最靈敏。因此，在一個(gè)有限的空間內(nèi)安裝熱釋電紅外探測器和微波探測器時(shí)，兩者的探測靈敏度需兼顧。具體布置和安裝時(shí)，應(yīng)使探測器正前方的軸向方向與來犯者最有可能會穿過的主要方向約成45角為宜，以便使熱釋電紅外和微波兩種探測器皆處于較靈敏的狀態(tài)。4.防盜監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)的性能由于整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)都是基于兩種傳感器的探測，再通過電路的轉(zhuǎn)換而實(shí)現(xiàn)的，對于電路部分的性能不作研究，主要對兩種傳感器的基本特性進(jìn)行實(shí)驗(yàn)檢測和研究。靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特

47、性是傳感器的兩種基本特性，它可以表征一個(gè)傳感器性能的優(yōu)劣。靜態(tài)特性是指當(dāng)被測量的各個(gè)值處于穩(wěn)定狀態(tài) (靜態(tài)測量之下)時(shí)，傳感器的輸出值與輸入值之間關(guān)系的數(shù)學(xué)表達(dá)式、曲線或數(shù)表。當(dāng)一個(gè)傳感器制成后，可用實(shí)際特性反映它在當(dāng)時(shí)使用條件下實(shí)際具有的靜態(tài)特性。借助實(shí)驗(yàn)方法確定傳感器靜態(tài)特性的過程稱為靜態(tài)校準(zhǔn)，校準(zhǔn)時(shí)獲得的靜態(tài)特性稱為校準(zhǔn)特性。所謂動(dòng)態(tài)特性是指當(dāng)被測量隨時(shí)間變化時(shí)，傳感器的輸出值與輸入值之間關(guān)系的數(shù)學(xué)表達(dá)式、曲線或數(shù)表。當(dāng)測量某些隨時(shí)間變化的參數(shù)時(shí)，只考慮靜態(tài)特性指標(biāo)是不夠的，還得注意其動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)。只有這樣才能使檢測、控制比較正確和可靠。4.1.熱釋電紅外探測器件性能4.1.1.熱釋電紅

48、外光敏器件特性熱釋電紅外光敏器件可以用靈敏度 R、檢測度 D、噪聲等效功率NEP以及特定檢測度D等來評價(jià)。圖4.1 靈敏度R和特定檢測度D與遮光頻率f的關(guān)系因?yàn)闊後岆娛狡骷儆跓嵝图t外光敏器件，故應(yīng)注意其響應(yīng)速度。一般將器件輸出信號達(dá)到峰值的60%的時(shí)間定義為其響應(yīng)時(shí)間。此外，熱釋電式器件比較特殊的問題是其靈敏度 R和特定檢測度Da與器件前方所置機(jī)械遮光裝置的遮光周期T有關(guān)，如圖4.1所示，靈敏度R和特定檢測度Da隨遮光頻率.f增加而降低，這就表明器件工作在電容狀態(tài)。器件本身在相當(dāng)寬的溫度變化范圍內(nèi)輸出幾乎不變 (見圖4.2)。圖4.2 元件本身的溫度特性這說明利用熱釋電式紅外光敏器件時(shí)可不必

49、像利用熱敏電阻那樣來進(jìn)行溫度補(bǔ)償。但是，實(shí)際運(yùn)用中發(fā)現(xiàn)的器件用于低溫時(shí)靈敏度有所降低。這其實(shí)并非器件本身受溫度影響而改變了靈敏度，多數(shù)是器件光窗外露所致。此問題可以從器件的結(jié)構(gòu)改善等因數(shù)考慮解決辦法。4.1.2.熱釋電紅外傳感器的噪聲特性由于熱釋電紅外傳感器是一種非接觸方式檢測人或物體等被測對象的熱釋紅外線。由于檢測溫度范圍大 (-8015000C )，在整個(gè)光波范圍內(nèi)頻率響應(yīng)均勻，靈敏度高，才得到廣泛應(yīng)用。一般說來，熱釋電紅外傳感器檢測到的紅外線信號極其微弱，加之傳感器及電路會出現(xiàn)虛報(bào)信號。為了提高系統(tǒng)使用的可靠性，對熱釋電紅外傳感器的噪聲性能進(jìn)行比較全面的分析以便改進(jìn)性能是很重要的。熱釋電

50、紅外傳感器由熱釋電元件、低噪聲結(jié)型場效應(yīng)晶體管(JFET) 阻抗匹配器和濾波片組成。熱釋電體是一個(gè)具有強(qiáng)烈自發(fā)極化效應(yīng)的電介質(zhì)材料，如錯(cuò)欽酸鉛 (PZT)陶瓷、擔(dān)酸鏗 (LiTa03)單晶體等。熱釋電元件的等效電阻高達(dá)，為了獲得最佳噪聲系數(shù)，必須進(jìn)行阻抗匹配，前置級一般采用高輸入阻抗、低噪聲JFET與其匹配。由于熱釋電紅外傳感器主要對人體目標(biāo)移動(dòng)做出響應(yīng)，電流的頻率響應(yīng)最好在0.1一10Hz之間，這樣既可截止過低頻率的信號，也可截止較高頻率的信號。因?yàn)樾∮?.1Hz的信號易受外界環(huán)境溫度變化和元件參數(shù)改變的影響，噪聲電壓隨著頻率的增大而迅速增大，加之當(dāng)信號頻率接近50Hz電源頻率時(shí)，易受50H

51、z電磁干擾，因此在電路設(shè)計(jì)中應(yīng)根據(jù)輸出噪聲電壓變化及信號頻帶要求，采用有源帶通濾波器消除干擾，提高整個(gè)系統(tǒng)的可靠性。表4.1列出了P228型熱釋電傳感器主要參數(shù)。表4.1 P228型傳感器主要參數(shù)型號噪聲系數(shù)/mV敏感度/(V/W)噪聲等效功率/(W/Hz)工作電壓/V探測功率/(cmHz/W)P2288065001*103151.5*104.2.微波多普勒探測系統(tǒng)性能4.2.1.系統(tǒng)干擾的來源及進(jìn)入儀器的途徑 脈沖干擾在實(shí)際工作環(huán)境中干擾源是廣泛存在的，脈沖干擾就是其中的一種。這種干擾也是微波多普勒接收系統(tǒng)經(jīng)常遇到的一種干擾形式。它主要特點(diǎn)是幅度高，持續(xù)時(shí)間短，而且時(shí)間間隔是隨機(jī)的，干擾脈沖

52、幅度通常在毫伏范圍，有時(shí)比一般有效信號大的多。干擾脈沖持續(xù)時(shí)間很少超過2550。因此，由于脈沖干擾的存在，造成報(bào)警系統(tǒng)受此干擾產(chǎn)生誤報(bào)。經(jīng)查干擾脈沖主要來源是由于各種電器設(shè)備啟動(dòng)時(shí)因電流或電壓的急劇變化所形成電磁輻射禍合所造成的干擾。 電源干擾電源干擾，這是一個(gè)重要的干擾途徑，主要是由電路方面所引起的干擾，當(dāng)交流電網(wǎng)的負(fù)載突變時(shí)(如電機(jī)的啟動(dòng)和制動(dòng))在負(fù)載突變處交流電源線與地之間將產(chǎn)生高頻電壓，該電壓引起的高頻電流將通過直流穩(wěn)壓電源，放大電路與地之間的分布電容，經(jīng)過地線返回負(fù)載突變處組成回路。這樣就構(gòu)成對系統(tǒng)的高頻干擾，而且這個(gè)高頻電流不僅沿導(dǎo)線流動(dòng)，凡有電容的地方都是良好的通道。因而，該高頻

53、干擾對高靈敏度報(bào)警設(shè)備來說影響較大，因此必須采取措施加以抑制。同時(shí)工廠電網(wǎng)一般都有很多干擾信號疊加在它上面。種種強(qiáng)電設(shè)備，例如:行車頻繁起停使電網(wǎng)電壓產(chǎn)生強(qiáng)烈波動(dòng)，空間電磁波進(jìn)入電網(wǎng)。若儀器接在這樣的電網(wǎng)上，這些不同頻率干擾信號就會隨電源進(jìn)入儀器。例如，直流電源中往往混有50Hz及其諧波成分。另外，當(dāng)儀器中幾個(gè)電路共用一電源時(shí)，由于電源內(nèi)阻及線路電阻影響，儀器中不同支路電流的任何變化均會影響到電路中的電源電壓。4.2.2.干擾嗓聲的抑制方法 脈沖干擾的抑制上面分析了干擾信號的來源及進(jìn)入儀器的途徑，針對這些問題，在電路設(shè)計(jì)中，可以加入如下措施:由于脈沖干擾的存在，就不可避免地給接收電路中信號處理

54、帶來很多困難。為了解決上述問題，最大限度地抑制噪聲干擾對提取信號的影響，可以在前置放大電路前端，接入一個(gè)如圖4.3所示的有源窄帶濾波器，濾除頻帶以外部分噪聲。圖4.3 有源窄帶濾波器有源窄帶濾波器實(shí)質(zhì)上是由運(yùn)算放大器組成的調(diào)諧放大器，主要采用LC并聯(lián)諧振回路作運(yùn)算放大器反饋?zhàn)杩?。其LC選頻網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)是，它的輸出幅度不僅隨著輸入信號頻率不同而改變，并且具有一個(gè)最大值，所以具有良好的選頻特性。即放大器對設(shè)定頻率信號具有較高的放大倍數(shù)，而對于其他頻率干擾或噪聲則有較強(qiáng)的抑制能力，從而實(shí)現(xiàn)了有源窄帶濾波的作用。 電源干擾抑制電源干擾是一個(gè)重要的干擾源，為了有效抑制由電源進(jìn)、出線的電網(wǎng)干擾，避免的主要方

55、法為，在設(shè)備的交流220V輸入端加裝電源高頻濾波器，使高頻電感與旁路電容防止交流進(jìn)線引入高頻噪聲。電源變壓器采用雙重屏蔽措施:將初、次級隔開來，使混入初級的外部噪聲干擾不致進(jìn)入次級回路。變壓器繞制時(shí)，除要求級間電容小外，還要求初級線圈兩側(cè)的電容量對稱。在整流濾波電路中采用低頻電解電容與無電感高頻電容的并聯(lián)組合，以進(jìn)一步減小高頻瞬間進(jìn)入設(shè)備的可能性。信號地與電源地均應(yīng)分開處理，最后接入一個(gè)總的系統(tǒng)接地點(diǎn)。4.3.實(shí)驗(yàn)室硬件電路搭接根據(jù)老師要求，對振蕩電路部分進(jìn)行搭接調(diào)試。本次設(shè)計(jì)通過555組建的無穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器控制輸出電平實(shí)現(xiàn)報(bào)警無線電發(fā)射電路功能。通過低電平觸發(fā)輸出高電平，以實(shí)現(xiàn)功能。用DF1631功率函數(shù)信號發(fā)生器輸入方波信號，即在2ms狀態(tài)欄，狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)低電平輸入。觀察輸出波形，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過振蕩電路后，波形幅值增加一倍（由2格增加到4格），頻率降低一倍（由200Hz降低到100Hz）。實(shí)現(xiàn)無