安全技术防范原理、设备与工程系统前言 编委会名单第一章 绪论 1.1 概述 1.2 安全技术防范内容、器材和系统1.3 实施安全技术防范工程的一般规定1.4 安全技术防范系统的发展趋势第二章 入侵防范系统2.1 概述2.2 入侵报警探测器2.3 入侵报警控制器2.4 系统信号的传输第三章 出入口控制、电子对讲与巡更系统3.1 出入口控制系统3.2 访客对讲系统3.3 电子巡更系统
安全技术防范原理、设备
与工程系统
前言 编委会名单
第一章 绪论
1.1 概述
1.2 安全技术防范内容、器材和系统
1.3 实施安全技术防范工程的一般规定
1.4 安全技术防范系统的发展趋势
第二章 入侵防范系统
2.1 概述
2.2 入侵报警探测器
2.3 入侵报警控制器
2.4 系统信号的传输
第三章 出入口控制、电子对讲与巡更系统
3.1 出入口控制系统
3.2 访客对讲系统
3.3 电子巡更系统
第四章 火灾报警与消防联动控制系统
4.1 概述
4.2 物质燃烧的过程与规律
4.3 火灾探测器
4.4 火灾报警控制器
4.5 自动灭火系统及其联动控制
4.6 通风空调与防、排烟系统的消防联动控制
4.7 其它消防联动控制系统
第五章 电视监控系统
5.1 概述
5.2 电视监控系统的基本组成
5.3 常见的组成方式
5.4 特别要求的组成方式
5.5 超远距离报警图像传送的组成方式
5.6 上网传输与远程图像通信技术
第六章 机动目标定位监视系统
6.1 概述
6.2 应用于机动目标定位监视系统的GPS全球定位系统
6.3 机动目标定位监视系统应用的GPS信号
6.4 GPS定位的常用观测值
6.5 机动目标定位监视系统的定位误差源
6.6 机动目标定位监视系统的定位误差消除
6.7 应用于机动目标定位监视系统的无线通信平台
6.8 机动目标定位监视系统所应用的地理信息技术
第七章 入侵路径预测与警情处理系统
7.1 概述
7.2 系统的一般要求
7.3 系统构成
第八章 入侵报警探测器与门禁设备
8.1 震动式入侵探测器
8.2 红外入侵探测器
8.3 双技术防盗报警探测器
8.4 门禁系统设备
第九章 入侵报警控制主机(入侵报警控制器)
9.1 入侵报警控制主机的主要性能与功能介绍
9.2 工作原理
9.3 安装与调试
9.4 简单故障诊断
第十章 典型的入侵报警设备及其构成系统的方式
10.1 被动红外探测器
10.2 三技术微波/被动红外入侵探测器
10.3 光电对射入侵探测器
10.4 特别场合应用的入侵探测器及其他有关设备
10.5 报警控制/通信主机与报警控制键盘
10.6 典型报警系统
第十一章 烟雾传感器、火灾报警主机与公共广播设备
11.1 火灾报警探测器
11.2 各类接口及模块
11.3 火灾报警控制器及火灾显示盘
11.4 公共广播系统
第十二章 楼宇对讲与可视门铃
12.1 系统概述
12.2 系统的工作原理
12.3 系统的组成
12.4 系统的使用与功能介绍
12.5 系统的产品介绍
第十三章 摄像机
13.1 电视原理、制式及CCD简介
13.2 黑白CCD摄像机
13.3 彩色CCD摄像机
13.4 CCD摄像机的主要技术参数和功能
第十四章 镜头、防护罩与云台
14.1 镜头
14.2 防护罩
14.3 云台
第十五章 监视器
15.1 监视器的分类与技术指标要求
15.2 监视器的基本组成
15.3 监视器的选用原则
第十六章 电视监控系统的控制设备
16.1 矩阵切换主机
16.2 操作键盘
16.3 解码器
16.4 多媒体电脑控制平台
第十七章 多路图像处理器
17.1 画面分割器
17.2 彩色双工型多画面处理器
第十八章 磁带录像机
18.1 磁性录放的基本原理
18.2 磁带录像系统的基本组成
18.3 工作过程
18.4 长时间录像机
第十九章 数字硬盘录像
19.1 概述
19.2 数字产品与模拟产品的比较
19.3 数字硬盘录像的基本原理
19.4 系统配置
19.5 小结
第二十章 电视监控系统的信号传输方式及传输用部件
20.1 概述
20.2 视频基带传输方式
20.3 远距离视频传输方式
20.4 图像信号的射频传输方式
20.5 光缆传输方式
20.6 电话电缆传输方式
20.7 视频分配放大器
第二十一章 远程图像传送设备
21.1 可视电话机
21.2 远程图像传送控制器
第二十二章 全球卫星定位系统(GPS)接收机与相关设备
22.1 GPS接收机自身位置的解算方法
22.2 接收装置
22.3 工作原理
22.4 接受机的分类
22.5 GPS定位接收机的应用
第二十三章 机动目标定位监视系统的通讯设备
23.1 机动目标定位监视系统通讯方式
23.2 澳大利亚NGT短波电台简介
第二十四章 安全防范工程实施的程序、管理及要求
24.1 一般规定
24.2 工程项目的管理
第二十五章 安全防范系统的工程设计
25.1 设计程序与步骤
25.2 设计的基本技术依据
25.3 系统中心的设计
25.4 传输系统的设计
25.5 大型安全技术防范系统的设计
25.6 安防工程的初步设计
25.7 安全技术防范系统工程图的绘制
第二十六章 工程的施工与调试
26.1 概述
26.2 安装的步骤与顺序
26.3 干扰与抗干扰问题
26.4 电源及照明的要求
26.5 调试
第二十七章 安防工程的检测与验收
27.1 安防工程的检验与检测
27.2 工程的验收
第二十八章 安全技术防范系统的使用与维护
28.1 正确使用充分发挥系统效能
28.2 系统控制室的环境条件
28.3 使用维护人员的基本素质
28.4 建立必要的管理制度
第二十九章 系统与设备的故障分析与排查
29.1 工程系统方面的故障分析与排查
29.2 设备的故障分析与排查
第三十章 典型工程实例介绍(见光盘)
30.1 典型工程实例(一)
30.2 典型工程实例(二)
30.3 典型工程实例(三)
附录
附录一 民用闭路监视电视系统工程技术规范(见光盘)
附录二 摄像机主要性能指标的测试方法(见光盘)
附录三 摄像机信号的示波器测量(见光盘)
附录四 VM700A视频综合测试仪简介(见光盘)
附录五 迪信防盗产品系列
附录六 D6600报警接收机
附录七 NEC可视对讲系统方案
附录八 门禁产品说明书
参考文献(见光盘)
2楼
原 理 篇
第一章 绪 论
1.1 概 述
“安全防范”是公安保卫系统的专门术语,是指以维护社会公共安全为目的采取的各种防入侵、防被盗、防破坏、防火、防暴和进行安全检查等措施与手段。这些措施与手段从大的方面分类,可分为“人防”(如巡逻人员、警卫人员、保卫人员及公安干警完成的安全保卫工作)、“物防”(如防盗门、围墙等)和“技防”。所谓“技防”也就是为了达到防入侵、防盗、防破坏等目的我们采用以电子技术、传感器技术和计算机等技术为基础制造的安全防范使用的器材设备,并使用先进的技术将其构成一个系统,使其比传统的人防与物防更加先进、可靠和严密;成为一种全天候、全方位、全自动的安全防范体系。这样的一种防范方式与防范手段,国家有关部门将其定义为“安全技术防范”,简称为“技防”。而由此应运而生的安全防范技术正逐步发展成为一项专门的公安技术学科。
安全技术防范使用的器材、设备以及其组成的系统能对入侵者做到远距离和隐蔽地发现或觉察,能快速反应,并及时抓获罪犯,对犯罪分子有强大的威慑作用。而安全技术防范又能达到及时地发现事故隐患、预防破坏,减少事故和预防火灾发生的作用,所以它是公安保卫工作中很重要的手段,尤其是在现代化技术高度发展的今天,犯罪更趋智能化,手段更隐蔽,加强现代化的安防技术就显得更为重要。
安全技术防范涉及到社会的方方面面,社会上的重要单位、要害部门,如党政机关、军事设施、国家的动力系统、广播电视、通讯系统、国家重点文物单位、银行、仓库、百货大楼等等,这些单位的安全保卫工作极为重要,所以也就是安全技术防范工作的重点。
党政机关,存放着大量的政治、经济、军事、文化、外交和科学技术等重大决策性文件和资料,是绝对机密的材料,它关系到国民经济的发展,这些机密同党和国家的命运息息相关,一旦被盗、被窃,将会给党和国家的利益造成重大损失,甚至危及国家安全。
党政机关又是党政领导人的工作场所,他们的安全直接关系到党和国家的前程,所以公安保卫部门就把确保党和国家领导人的安全作为一项重要任务。用人防和现代化的技术防范来保证其人身安全,主要做好外围防线的周界防范,出入口的人防与技防,档案库、资料库、办公室的防入侵、防盗、防火的安全防范的系统工程。
在军事要地、国防科研和生产单位,那里存有或正在研制各种性能先进的武器装备或战略性武器,如核武器、导弹、飞机及其配套的电子或机械产品,它的研制成果直接关系到国防现代化和国家的安危,其本身就是一项机密,一旦泄密将会造成不可弥补的严重后果。这些单位的周界、出入口、生产线和库房,资料档案室是安全防范的重点。
国家的重点建设项目技术先进,机械化、自动化程度高,经济效益好,是国民经济发展的重要组成部分,它的发展直接影响到我国的财政收入,对满足人民群众日益增长的物质生活和文化生活的需要,起着重要的作用。这些重点建设项目规模大、投资大、工期长,所以建设的全过程也是我们保卫工作的全过程,所有的原材料、设计图、资料、档案、重点关键设备、资金等都是我们防范的对象。
国家的重要文物单位、场所保存了我国几千年的文化历史遗产,它反映了我国各历史发展阶段的社会制度、生产、生活的真实面貌,是研究历史、继承革命的最形象的实物,具有永久性的保存价值。许多艺术品,工艺品反映了各历史阶段的艺术水平和对世界文明的贡献,所以这些文物的价值是很难用金钱来衡量的,通常称无价之宝。随着市场经济不断地深入,文物的盗窃和反盗窃的斗争日趋激烈,坚决执行国家颁布的“博物馆安全保卫工作的规定”,保护文物安全,反盗窃、反破坏是我们安防工作重点之一。
银行、金融系统、金库,历来是犯罪分子作案的重要场所。这些单位是制造、发行、储存货币和金银的重地,如果被盗、被破坏,不仅使国家在经济上蒙受重大损失,也会影响国家建设和市场稳定。储蓄所,尤其地处偏远的储蓄所是现金周转的主要场所,建立电视监控、报警、通讯相结合的安全技术防范系统是行之有效的保卫手段,实践证明取得了明显的防范效果。
大型商店、库房是国家物资的储备地,它是国民经济的重要组成部分,这里商品、资金集中、是国家财政收入的重要组成部分。每天数以万计的人员流动,犯罪分子往往把此作为作案的重要场所,因此这些场所的防盗、防火是安防工作的重点。
居民区的安全防范关系到社会的稳定,是社会安全防范的重点,决不能掉以轻心。社会治安的好坏,直接影响每个公民的人身安全和财产安全,以及每个公民建设社会主义的积极性。安定团结是建设有中国特色的社会主义不可缺少的基础条件,所以加强防火、防盗的职能,安装防撬、防砸的保险门,建立装有门窗开关报警器为主的社区安防系统是行之有效的防范手段。
利用安全防范技术进行安全防范首先对犯罪分子有一种威慑作用,使其不敢轻易作案。如小区的安防系统、门窗的开关报警器能及时发现犯罪分子的作案时间和地点,使其不敢轻易动手。商店、自选市场的电视监控系统使商品和自选市场的失窃率大大减少,银行的柜员制和大厅的监控系统也使犯罪分子望而生畏,所以对预防犯罪有相当作用。
其次,一当出现了入侵、盗窃等犯罪活动,安全技术防范系统能及时发现,及时报警,电视监控系统能自动记录下犯罪现场以及犯罪分子的犯罪过程,以便及时破案,节省了大量人力、物力。重要单位,要害部门安装了多功能、多层次的安防监控系统后,大大减少了巡逻值班人员,以提高效率,减少开支。
安装了防火的防范报警系统就能在火灾发生的萌芽状态及时得到扑灭,以避免重大火灾事故的发生。
将防火、防入侵、防盗、防破坏、防暴和通讯联络等各分系统进行联合设计,组成一个综合的、多功能的安防控制系统是我们从事安全技术防范工作的管理人员和工程技术人员的努力方向。
1.2 安全技术防范内容、器材和系统
1.2.1 基本的技术内容
根据我国各部门任务的分工情况,将入侵防盗报警、防火、防暴以及安全检查技术统称为社会公共安全技术防范。而国际上,国际电工委员会IEC-TC79报警系统技术委员会是国际性的专业标准化组织。该报警系统标准化技术委员会按其制定修订标准的任务分设了十二个工作小组。
其中:
79.1 为报警系统的一般要求
79.2 为入侵和抢劫报警系统
79.3 为火灾报警系统
79.4 为社会报警系统
79.5 为传输报警系统
79.6 为术语
79.7 为屏幕用途报警系统
79.8 为环境报警系统
79.9 为技术报警系统
79.10 为运输报警系统
79.11 为防商品行窃报警系统
79.12 为入口控制系统
在1979年全国技术预防专业会议上曾将防盗报警技术方面的内容和公安机关在这方面的工作称之为技术预防。为了更准确地反映该技术领域的内容和实质,并便于和相应的国际标准化组织加强技术信息交流和联系,同时也与1987年国家标准局批准公安部成立的“全国安全防范报警系统标准化技术委员会”的名称相一致。将入侵防盗报警、防火、防暴及安全检查技术领域称为“安全技术防范”。全国安全防范报警系统标准化技术委员会成立了四个专业标准化分技术委员会。
1.防盗报警设备及其系统专业标准化分技术委员会。
2.防火报警设备及其系统专业标准化分技术委员会。
3.防暴及安全检查设备及系统专业标准化分技术委员会。
4.安全防范工程系统专业化分技术委员会。
以后根据我国实际情况和社会需要逐步建立与IEC-TC79相对应的专业化分技术委员会,负责修订该领域国内标准化工作。
我国的安防技术是在同犯罪分子作斗争的过程中发展起来的。随着电子技术的日趋成熟和可靠、安防器材和设备也随之得到了很大的发展。各地的公安机关、保卫部门在同犯罪分子作斗争的过程中深深感觉单靠“人防”的办法来保卫社会和人民财产的安全是不够的,故开始研制和生产了各种安防器材。从门锁、安全门、保险箱到各种利用高科技而生产各种报警器,这些器材在安防工作中起到了积极作用。1977年12月全国公安工作会议提出在加强刑事案件侦破的同时,要积极开展犯罪的预防工作,落实群众性防特、防盗、防火、防治安灾害事故的四防工作,力争把犯罪消灭在预谋阶段、减少发案率、提高破案率。1979年公安部77号文件明确了技术预防工作是同刑事犯罪分子作斗争的重要手段,是整个预防犯罪工作中的一个重要部分,进一步确立了技术防范在安全防范中不可动摇的地位。从此一大批公安的科研单位、大专院校、大小企业研制和开发生产了不少安防技术的产品和系统控制的设备。改革开放以来,国外大量先进可靠的安防技术和产品的引入,更进一步促进了国内安防技术的发展,形成了一个开放、搞活和系统配套的新格局,形成了一个行业。随之公安部为了规范安防技术市场,开始负责安全技术防范的归口管理工作,负责安防技术产品的质量检测工作,确保安防产品的功能和可靠性。并逐步实行了安防产品生产许可证、销售许可证、工程设计施工的许可证制度,以确保安防技术产品的质量和系统设计、施工的水平。
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3楼
1.2.2 器材、设备与系统
入侵报警系统通常由探测器、信号传输信道和控制器组成;电视监控系统通常由摄像机、图象传输信道和中心控制与显示等设备组成。
首先简述一下入侵报警系统中的器材与设备。
入侵探测器是用来探测入侵者移动或其他动作的由电子及机械部件所组成的装置。它通常由传感器和前置信号处理电路两部分组成。根据不同需要的防范场所,我们选用不同的信号传感器,如气压、温度、振动、光电传感器等,来探测和预报各种危险情况。如红外探测器中的红外传感器能探测出被测物体表面的热变化率,来判断被测物体的运动情况而引起报警。震动电磁传感器能探测出物体的震动,把它固定在地面或保险柜上,就能探测出入侵者走动或撬挖保险柜的动作。前置信号处理电路将传感器输出的电信号放大处理后变成信道中传输的电信号,此信号常称为探测电信号。
信号传输信道种类极多,通常分有线信道和无线信道。有线信道常用双绞线、电力线、电话线、电缆或光缆传输探测电信号,而无线信道则是将探测电信号调制到规定的无线电频段上,用无线电波传输探测电信号。
控制器通常由信号处理器和告警装置组成。由有线或无线信道送来的探测电信号经信号处理器作深入处理,以判断“有”或“无”报警信号,若有情况,控制器就控制报警装置,发出声光报警信号,引起值班人员的警觉,以采取相应的措施,或直接向公安保卫部门发出报警信号。
用于安全防范技术的产品多种多样,各种不同类型传感器组成的探测器,应用在不同的地点、场合,取得了良好的效果。报警器材名目繁多,对报警器材进行分类,有利于掌握它的工作原理、构造和选用的场合。
报警器材通常按其传感器种类、工作方式、警戒范围来区分。
1.按传感器种类分类
按传感器的种类,即按传感器探测的物理量来区分,通常有开关报警器,震动报警器,超声、次声报警器,红外报警器,微波、激光报警器、视频运动报警器,烟感和温感报警器等等。
2.按工作方式分类
按工作方式分类有:主动和被动报警器。
被动探测报警器,在工作时不需向探测现场发出信号,而依靠被测物体自身存在的能量进行检测。在接收传感器上平时输出一稳定的信号,当出现情况时,稳定信号被破坏,经处理发出报警信号。
而主动报警器在工作时,探测器要向探测现场发出某种形式的能量,经反射或直射在传感器上形成一稳定信号,当出现危险情况时,稳定信号被破坏,信号处理后,产生报警信号。
3.按警戒范围分类
按警戒范围可分成点、线、面和空间探测报警器。
点控制报警器警戒的仅是某一点,如门窗、柜台、保险柜,当这一监控点出现危险情况时,即发出报警信号,通常由微动开关方式或磁控开关方式报警控制。
线控制报警器警戒的是一条线,当这条警戒线上出现危险情况时,发出报警信号。如光电报警器或激光报警器,先由光源或激光器发出一束光或激光,被接收器接收,当光和激光被遮断,报警器即发出报警信号。
面控制报警器警戒范围为一个面,当警戒面上出现危害时,即发出报警信号。如震动报警器安装在一面墙上,当墙面上任何一点受到震动时即发出报警信号。
空间控制报警器警戒的范围是一个空间,当这个警戒空间的任意处出现入侵危害时,即发出报警信号,如在微波多普勒报警器所警戒的空间内,入侵者从门窗、天花板或地板的任何一处入侵都会产生报警信号。
磁控开关和微动开关报警器常用作点控制报警器。
主动红外、被动红外和激光报警器常用作线控制报警器。
震动式、感应式报警器常用作面控制报警器。
而声控和声发射式、超声波、微波、红外、视频运动式、感温和感烟式报警器常用作空间防范控制报警器。
也有按报警器材用途分类的,如防盗防破坏报警器,防火报警器,防爆炸报警器等。
有时还按探测电信号传输信道分类,分有线报警器和无线报警器。
电视监控系统中的主要设备和器材有前端的摄像机及其相关设备(如镜头、电动云台、解码器、防护罩等);图像信号的传输线路及传输用设备;中心控制室用的控制设备(如矩阵切换主机、操作键盘、多媒体计算机等)、显示设备(监视器)、图像处理设备(画面分割器、场切换器等)以及图像记录设备(如硬盘录像设备及录像机等)。目前,有些生产厂家还将矩阵切换、图像处理、硬盘录像等功能集成为一体,成为具有多种功能的中心控制用主机。随着技术的发展,这类集成化的主机甚至还具有远程传输、联网运行等功能。
电视监控系统所用的设备,前端摄像机有黑白、彩色、彩色与黑白切换(低照度下转为黑白摄像机)等种类,其关键的技术指标有清晰度、灵放度(也称为最低照度)和成像尺寸等。与之配合的镜头有定焦距镜头、手动变焦镜头、电动变焦变倍镜头等。各种镜头的成像尺寸应与配用的摄像机的成像尺寸相一致。
中心控制设备主要有矩阵切换主机(或将多种功能集成为一体的控制主机)以及监视器。矩阵切换主机的主要功能是可将多路输入的图像信号,单路或分组切换到输出端并送入监视器显示或送入录像机等图像记录设备进行记录。这样做的目的是,可以用比前端摄像机数量少得多的监视器来轮流显示前端所有摄像机的图像画面,从而减少并更加合理的配置整个系统的设备,降低工程造价。矩阵切换主机的主要性能指标有:输入路数、输出路数、隔离度(不同输入信号在输出端上相互隔离程度的指标,一般应大于60dB)微分增益DG和微分相位(DP)(这两项指标主要反映图像信号从输入端至输出端幅度与相位的失真度,DG与DP越小越好),通带宽度(要求≥6MHz)以及信号输入与输出的幅度(一般应在1VP-P~1.2VP-P)等。
监视器的主要指标是:清晰度、灰度等级(一般应大于8级)、通带宽度(要求≥6MHz)等。监视器也是重要的中心设备。如果监视器不好,即使前端摄像机及其他设备再好,也无法清晰正常的显示图像。通常,将上述的摄像机经传输系统与各种中心控制设备连成系统,就构成了电视监控系统。
安全技术防范系统的构成,主要根据被防范部门的风险等级和用户的具体要求而定。一个安防系统可以只由入侵报警系统构成,也可以由入侵报警系统与电视监控系统共同构成,并使两个系统联动运行。在一般情况下,安防系统应以入侵报警系统为主线,再配以电视监控系统作为复核的手段。目前,也经常将视频报警功能与电视监控系统综合使用,使整个安防系统的构成更加严密、可靠,防范的技术手段更加丰富。
1.3 实施安全技术防范工程的一般规定
安全技术防范工程是指用于维护社会公共安全和预防灾害事故为目的的报警、电视监控、通讯、出入口控制、防爆、安全检查等工程。工程由建设单位提出委托或工程招标,由持省、市级以上公安技术防范管理部门审批和发放的设计、施工资质证书的专业设计、施工单位进行设计和施工。工程的立项、设计、招标,委托、施工、验收必须严格按照公安主管部门要求的程序进行。
安全防范工程按风险等级或工程投资额划分工程规模,分为三级。
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4楼
一级工程:一级风险或投资额100万元以上的工程。
二级工程:二级风险或投资额超过30万不足100万元的工程。
三级工程:三级风险或投资额30万元以下的工程。
建设单位要实施安全防范工程必须先进行工程项目的可行性研究,研究报告可由建设单位或设计单位编制。应该围绕政府部门的有关规定,被防护目标的风险等级与防护级别、工程项目的内容和目的要求、施工工期,工程费用概算和社会效益分析等方面进行论证。而可行性研究报告经相应的主管部门批准后,才可进行正式工程立项。
建设单位应委托持有经省、市级以上公安技术防范管理部门批准发放许可证的施工和设计单位进行设计和实施工程施工。
工程应在主管部门和建设单位的共同主持下进行招标,以避免各种不正当竞争行为的出现。
工程招标首先应由建设单位根据设计任务书的要求编制招标文件,发出招标广告或通知书。
建设单位应组织投标单位勘察工作现场,解答招标文件中的有关问题。
投标单位应密封报送标书。
应当众开标、议标、审查标书,确定中标单位,发出中标通知书。
中标单位可接受建设单位根据设计任务书而提出的委托,中标单位根据设计和施工的要求,提出项目建议书和工程实施方案,经建设单位会同公安机关技防管理部门审查批准后,方可签订合同。
合同的内容应含:
a.工程名称和内容
b.建设单位和设计施工单位各方责任、义务
c.工程进度的要求
d.工程费用和付款方式
e.工程验收方法
f.人员培训和维修
g.风险及违约责任
h.其他有关事项
合同应附中标文件和委托书、设计任务书和双方认定的其他文件。工程设计应先经初步设计和方案论证。
初步设计应具备以下内容:
a.系统设计方案以及系统功能
b.器材平面布防图和防护范围
c.系统框图及主要器材配套清单
d.中心控制室布局及使用操作
e.工程费用的概算和建设工期
工程项目在完成初步设计后应组织方案论证,由建设单位主持,业务主管部门,公安主管部门和设计、施工单位及一定数量的技术专家参加。
论证应对初步设计的各项内容进行审查,对其技术、质量、费用、工期、服务和预期效果作出评价。对有异议的评价意见,需有设计单位和建设单位协调处理意见后,方可上报审批。经建设单位和业务主管审批后,方可进入正式设计阶段。
正式设计应含技术设计、施工图设计,操作、维修说明书及工程费用的预算书等。
设计文件和费用,除特殊规定的设计文件需经公安主管部门审查批准外,均由建设单位主持对设计文件和预算进行审查,审查批准后工程进入实施阶段。
工程施工后应首先依照工程设计文件所预选的器材及数量进行定货。
按管线敷设图和有关施工规范进行管线敷设施工。
按施工图的技术要求进行器材设备安装。
按系统功能要求进行系统调试。
系统调试开通,运行一个月以后,可以进行工程的初验、检测和工程的验收。在整个试运行期间,由建设单位记录试运行情况,试运行报告应含下述内容:
a.系统运行是否正常
b.系统功能是否符合设计要求
c.误报警,漏报警的次数及产生原因的分析
d.故障产生的次数,排除故障的时间
e.维修服务是否符合合同规定
同时应对有关人员进行相应的技术培训。
工程按合同内容全部完成,经试运行后,达到设计要求,并为建设单位认可,可视为竣工。如果工程中的少数非主要项目,未按合同规定全部建成,经建设单位与设计施工单位协商,对遗留问题已有明确的处理办法,而其他大部分工程中的主体项目经试运行并为建设单位认可后,也可峻工,并由设计施工单位写出竣工报告。
工程的验收应分初验和验收两个阶段。
施工单位应首先根据合同要求,由建设单位组织进行初验。
初验包括整个工程技术系统、器材设备的验收,设备与管线安装敷设的验收,以及工程资料的验收。
在初验合格的基础上,再由有建设单位上级业务主管,公安主管、建设单位主要负责人和技术专家组成的验收委员会或小组,对工程进行验收。验收小组分技术验收组,施工验收组和资料审查组。分别根据合同有关条款和内容进行审查和验收。最后根据审查结果写出工程验收结论。对于一、二级工程,正式验收之前还应进行工程检测并出具检测报告,检测报告应作为验收的重要依据。
1.4 安全技术防范系统的发展趋势
近年来,尤其随着现代化科学技术的飞速发展,犯罪分子犯罪的智能化、复杂化以及隐蔽性更强,因此促使技术防范手段更快发展。不论在器件上,还是系统的功能上都有飞速的发展。器件上的探测器由原先较简单、功能单一的初级产品发展成多种技术复合的高新产品。如微波-被动红外复合的探测器,它将微波和红外探测技术集中运用于一体。在控制范围内,只有两种报警技术的探测器都产生报警信号时,才输出报警信号。它既能保持微波探测器可靠性强与热源无关的优点,又集被动红外探测器无需照明和亮度要求可昼夜运行的特点,大大降低了探测器的误报率。这种复合型的报警探测器的误报率,是单技术微波报警器误报率的几百分之一。又例如利用声音和振动技术的复合型双鉴式玻璃报警器,探测器只有在同时感受到玻璃振动时的振动和破碎时的高频声音才发生报警信号,从而大大减弱因窗户的振动而引起的误报,提高了报警的准确性。电视监控系统的飞速发展使安全防范的技术更有效,更直观。微光、红外摄像机的研究开发成功,能使安全防范实现全天候及昼夜工作,摄像机的微型化和智能化使探测器更隐蔽。长时间录像装置能24小时、48小时、72小时长时间记录。硬盘记录装置及可读/写式光盘的出现,使记录的图像更加清晰,保存时间更长,检索回放更加方便。多画面分隔器和多画面处理器的出现,大大减少了系统设备的数量,使系统更可靠,而监控范围也越来越大。
目前,将矩阵切换、多画面处理、硬盘录像以及网上传输等功能集成于一体的控制主机,使组成的安防系统更加完善,功能更加强大。特别是在引入了“入侵路径预测与警情处理系统”的理论和软件系统之后组成的安防系统,将不仅仅是只靠硬件设备和系统被动的监视和发现警情,而还能使整个系统动态的运行,即把发现警情、监控警情和即刻处理警情结合起来,使犯罪活动不仅不能得逞,还将即刻捕获犯罪分子,从而使整个系统不仅能发现和监视,还能做到有效的控制。一个大型企业,由几个分系统构成一个综合的安防系统,它既有入侵防盗的功能,又有防火、防爆和安全检查的功能。当某一被探测点发出报警信号,它能自动通过电话线向报警中心报警,而报警中心也能自动探知报警信号的性质、地点及其他。探测信号的传输也由常规的模拟量的有线传输,转为如数字的无线传输,大大降低了施工过程中的布线工作量,节约了材料和劳力。报警控制器采用了大容量的CPU,使信号和控制实现了计算机总线控制,大大降低了系统安装的工作量,提高了系统的可靠性。我们将继续采用更新的电子技术和计算机技术进一步提高安防器材的稳定性、可靠度,以及整个系统的功能,使我们的安全防范技术在打击犯罪、保护人民利益中作出贡献。
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第二章 入侵防范系统
2.1 概 述
“入侵防范”,顾名思义是指如何防止犯罪分子非法侵入某一区域、建筑、单位或家庭,以保护人民的生命财产安全。由保安人员防范入侵是较原始的措施,但效果并不很理想,这主要是因为需要保安人员具有高度责任心和较高的职业道德,365天中稍一麻痹都可能给犯罪份子造成可乘之机。另外增加保安人员也会增加开支。采用技术手段构成的入侵防范系统则是指以电子技术、传感器技术和计算机技术为基础的安全技术防范系统,用上述技术与器材设备构成一个系统,以达到防入侵、防盗窃、防破坏等目的。入侵防范系统一旦安装调试完毕,只要维护保养得当,则极少有疏漏现象发生,而且一次投资长年受益,维护保养费用很低。正因为如此,入侵防范技术已经取得了飞速地发展,并得到越来越广泛地推广和使用。
入侵防范系统目前在重要的党政机关、军事单位、国防科研生产单位、重点文物单位、国家重点建设项目、银行金融系统、大型商场、库房和高档居民住宅都得到了广泛的使用。安装入侵防范系统首先会对犯罪分子产生一种威慑作用,使其不敢轻易作案,其次一旦出现了入侵、盗窃等犯罪活动,入侵防范系统能及时发现,及时报警,并能启动电视监控系统自动记录下犯罪现场以及犯罪分子的犯罪过程,为及时破案提供可靠的证据,从而能节省大量的人力、物力和财力。重要单位、要害部门安装多功能、多层次的入侵防范系统后,大大减少了巡逻值班人员,既提高了入侵防范的可靠性,又可减少开支。
入侵防范系统主要由防盗报警系统、出入口控制系统、闭路电视监控系统、访客对讲系统和电子巡更系统等组成。
防盗报警系统依报警方式不同分为自动报警和人工报警两种。所谓自动报警是指在建筑物内外的重要地点和区域布设探测装置,一旦非法入侵发生,则系统会自动检测到入侵事件并及时向有关人员报警;而人工报警是指电梯、楼道、现金柜台等处安装报警按钮,当人们发现非法入侵或受到威胁时可手动报警。探测器是防盗报警系统的重要组成部分,安装在墙上、门窗上的振动探测器、玻璃破碎报警器和门磁开关等可有效探测罪犯的入侵,安装在楼内的运动探测器和红外探测器可感知人员在建筑物内的活动,用来保护财物、文物等珍贵物品。防盗报警的另一任务就是一旦有入侵报警发生,系统则会自动记录入侵的时间、地点,并启动电视监视系统对入侵现场进行录像。
出入口控制系统可对建筑物内外正常的出入通道进行管理,既可控制人员的出入,也可控制人员在搂内及其相关区域的行动,取代了保安人员、门锁和围墙的作用。在智能大厦中采用电子出入口控制系统可以避免人员的疏忽、钥匙的丢失、被盗和复制。出入口控制系统在大楼的入口处、金库门、档案室门、电梯等处安装磁卡识别器或者密码键盘,机要部位甚至采用指纹识别、眼纹识别、声音识别等唯一身份标识识别系统,以使在系统中被授权可以进入该系统的人进入,而其他人则不得入内。该系统可以将每天进入人员的身份、时间及活动记录下来,以备事后分析,而且不需门卫值班人员,只需很少的人在控制中心就可以控制整个大楼内的所有出入口,节省了人员,提高了效率,也增强了保安效果。
闭路电视监视系统是在重要场所安设摄像机,使保安人员在控制中心即可监视整个大楼内外的情况。另外,还可以在入侵警示信号发生后,通过自动报警部位的监视摄像机录下入侵现场情况,以便事后进行分析。
以上三个系统是入侵防范的主要部分,而最近几年来访客对讲系统正在逐渐走入千家万户,访客对讲系统能为来访客人与居室中的主人提供双向通话或可视电话,主人可遥控大门的电磁开关请客人进入或向保安管理中心紧急报警。
电子巡更系统是采用设定程序路径上的巡更开关或读卡器以监查保安人员是否按照预定的时间、地点和顺序在防范区域内进行巡逻,可保障保安人员及大楼的安全。
近来,入侵防范系统正在向综合化、智能化和集成化方向发展,以往上述各种入侵防范系统一般为各自独立的系统,而现在先进的入侵防范系统大多由一台计算机将各个系统集成为一个大的入侵防范系统,对大面积、多部位地区进行实时、多功能的监控,并对得到的信息进行及时的分析与处理,实现高度的安全防范目的。
由于在入侵防范系统中电视监控系统是一个很大的系统,因此将在本书有关章节中加以专门阐述。本章将主要讨论防盗报警系统。
防盗报警系统的构成如图2-1所示,通常由探测器(又称防盗报警器)、传输通道和报警控制器三部分构成。
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图2-1 防盗报警系统的构成
入侵报警探测器是用来感知和探测入侵者入侵时所发生的侵入动作和移动动作的设备。通常由传感器和信号处理器组成,简单的探测器可以没有信号处理器。入侵者在实施入侵时总是要发出声响、产生振动波、阻断光路,对地面或某些物体产生压力,破坏原有温度场发出红外光等物理现象,传感器则是利用某些材料对这些物理现象的敏感性而将其转换为相应的电信号和电参量(电压、电流、电阻、电容等),然后经过信号处理器放大、滤波、整形后成为有效的报警信号,并通过传输通道传给报警控制器。
信号传输通道是联系探测器和报警控制器的信息通道,通常可分为无线信号通道和有线信号通道两种。无线信号通道要先将探测信号调制到专用的无线电频道由发送天线发出,报警控制器或控制中心和无线接收机先将空中的无线信号接收后解调还原为报警信号进行处理。有线信号传输通道是利用双绞线、电话线、电缆或光缆来传送信号,信号的方式一般有三种,模拟信号、开关信号和数字信号。模拟信号的传输距离受限较大,一般要求探测器和报警器之间的距离不可太长;开关信号是将入侵发生和未发生两个事件变为开关的接通和断开两种状态传送给控制器;数字信号则是由探测器中的单片机系统将探测信号处理为数字信号,然后通过数据总线进行传输。
报警控制器的作用是对探测器传来的信号进行分析、判断和处理,当入侵报警发生时,它将接通
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声光报警信号震慑犯罪分子避免其采取进一步的侵入破坏;显示入侵部位以通知保安值班人员去做紧急处理;自动关闭和封锁相应通道;启动电视监视系统中入侵部位和相关部位的摄像机对入侵现场监视并进行录像,以便事后进行备查与分析。除简单系统外,一般报警控制系统均由计算机及其附属设备构成。
2.2 入侵报警探测器
入侵报警探测器用来探测入侵者的入侵行为。需要防范入侵的地方可以是某些特定的部位,如门、窗、柜台、展览厅的展柜;或是条线,如边防线、警戒线、边界线;有时要求防范范围是个面,如仓库、重要建筑物的周界围网(铁丝网或围本墙);有时又要求防范的是个空间,如档案室、资料室、武器室、珍贵物品的展厅等,它不允许入侵者进入其空间的任何地方。因此入侵报警系统在设计时就应根据被防范场所的不同地理特征、外部环境及警戒要求选用合适的探测器以达到安全防范的目的。
入侵探测器应有防拆、防破坏等保护功能。当入侵者企图拆开外壳或信号传输线断路、短路或接其它负载时,探测器应能发出报警信号。
入侵探测器还要有较强的抗干扰能力。在探测范围内,任何小动物或长150mm、直径为30 mm具有与小动物类似的红外幅射特性的圆筒大小物体都不应使探测器产生报警;探测器对于与射束轴线成15°或更大一点的任何界外光源的幅射干扰信号应不产生误报;探测器应能承受常温气流和电铃的干扰;应能承受电火花的干扰。
2.2.1 传感器
传感器是入侵探测器的核心,它是一种物理量转换器件,可以将入侵时所产生的力、压力、位移、振动、温度、声音、光强等物理量转化为易于处理的电信号和电参量,如电压、电流、电阻、电容等。这种转换是按照一定的规律进行的。被探测的信号我们称之为输入信号x,转换后的电信号称之为输出信号y,那么有y=f(x),f称之为转换函数。转换函数则反映了一定的转换规律。对传感器来说输入信号除了被探测的入侵行为所产生的物理信号外,还包括有干扰所产生的气压、温度、振动、噪声等干扰信号,因此实际上转换函数应是一多元函数,但好的传感器会使干扰对输出的影响被忽略。
传感器的输出电信号有两种,一种是连续变化的信号,我们称之为模拟量。如光电二极管输出的电流随光照强度大小而变化就是一种连续变化的物理量。但报警控制器通常只接收入侵行为是否发生的有无信号来决定相应的防范措施。这就需要将连续变化的模拟信号转换成只有“有”和“无”两种状态的数字量,通常用“1”表示“有”,用“0”表示“无”。这种转换可以在探测器中完成,也可以在报警控制器中完成。通常是将传感器探测到的模拟信号与一予先确定的基准信号相比较,小于基准信号可认为该信号为干扰引入而非入侵信号,判定为“0”,超过基准值时的信号则只能在入侵行为发生时产生,判定为“1”。
也有少数的传感器产生并输出的信号只有两种状态,如干簧继电器的“通”与“断”,已经是数字信号而不需转换和比较,可直接被控制器接收。
1.开关传感器
开关传感器是一种简单、可靠的传感器,也是一种最廉价的传感器,广泛应用于安防技术中。它可以将压力、磁场或位移等在入侵行为发生时所产生的物理量转化为传感器内部电路的“开”和“关”两种电信号。
(1) 微动开关、簧片型接触开关
开关在压力的作用下接通,从而发出报警信号;在无压力作用时是断开的;或者反过来工作。此类开关通常用在某些点探测器中,用以监视门、窗、柜台等特殊部位。
(2) 舌簧继电器
舌簧继电器又称干簧继电器,是一种将磁场力转化为电信号的传感器,其结构如图2-2。
图2-2 干簧继电器的构造
干簧管的干簧触点常做成常开、常闭或转换三种不同形式。开关簧片通常烧结在与簧片热膨胀系数相近的玻璃管上,管内充有氮气或惰性气体以避免触点被氧化和腐蚀,还可以有效防止空气中尘埃与水气污染。
干簧管中的簧片是用铁镍合金制成,具有很好的导磁性能,与线圈或磁块配合,构成了干簧继电器状态的变换控制器,簧片上的触点镀金、银、铑等贵金属,以保证通断能力。常开舌簧继电器的两个簧片在外磁场作用下其自由端产生的磁极极性正好相反,二触点相互吸合,外磁场不作用时触点是断开的,故称常开式舌簧继电器。 常闭舌簧管的结构正好与常开式相反,是无磁场作用时吸合,有磁场作用时断开。转换式舌簧继电器有常开、常闭两对触点,在外磁场作用下状态发生转换。
使用时通常把磁铁安装在被防范物体(如门、窗等)的活动部位(门扇、窗扇),干簧管安装在固定部位(门框、窗框),如图2-3所示。
图2-3 安装在门窗上的磁控开关
磁铁与舌簧管的位置要调整适当,以保征门窗关闭时磁铁与干簧管接近而干簧管触点动作,当门窗打开时干簧管触点复位而产生报警信号。
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3) 易断金属导线
易断金属线是一种用导电性能好的金属材料制成的机械强度不高、容易断裂的导线,用它作为传感器时,可将其捆绕在门、窗把手或被保护的物体上,当门、窗被强行打开或物体被意外移动时金属线断裂,使与其连通的电路断路而发出报警信号。易断金属导线可以是0.1mm~0.5mm的漆包线,也可以采用一种导电胶粘带。易断金属导线具有结构简单、价格低廉的优点,缺点是不便于伪装且没有自恢复功能。
(4) 压力垫
压力垫也可以作为开关报警探测器的一种传感器。压力垫通常放在防范区域的地毯下面,如图2-4所示。将两长条形金属带平行相对地分别放在地毯背面和地板之间,两条金属带之间有几个位置使用绝缘材料支撑,使两条金属带互不接触,此时相当与传感器开关断开,当入侵者进入防范区域时,踩踏地毯而使相应部位受力凹陷,两条金属带接触,此时相当于传感器开关闭合而发出报警信号。
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图2-4 压力垫使用示意图
2.压力传感器
压力传感器把传感器上受到的压力变化转换为相应的电量变化,经过放大成为电信号。某些晶体材料,当某方向受到外力作用时,其内部就会产生极化现象,在某方向两个表面上产生正负电荷,当作用力改变时,电荷的大小和极性随之改变,晶体所产生的电荷量大小和极性随之改变,晶体所产生的电荷量大小与外力的大小成正比,这种现象称正压电效应。反之某些晶体加一交变电场,晶体将产生机械变形,这种现象称逆压电效应。图2-5为压电效应原理示意图。
图2-5 压电效应原理示意图
具有压电效应的晶体材料我们称之为压电材料。压力传感器就是利用压电材料的正压电效应制成。
现在常用的压电材料是人工合成的。天然的压电单晶也有,但效率低,利用难度较大,用的较少,只有在高温或低温等特殊状态下,才利用单晶石英晶体。
压电陶瓷是人工烧结的一种常用多晶压电材料,压电陶瓷烧结方便,容易成形,强度高,而且压/电转换的系数大,为天然单晶石英晶体的几十倍,而制造成本只有石英单晶的百分之一,因此压电陶瓷广泛被用做高效压力传感器材料。
常用的压电陶瓷材料有钛酸钡、铌镁酸铅,铅钛酸铅等。
压电陶瓷材料烧结后,最初并不具有压力特性。这种陶瓷材料内部有许多无序排列的“电畴”,这些“电畴”在一定外界温度下,接受一强化电场的作用,使其按外电场的方向整齐排列,这就是极化过程。极化后的陶瓷材料在撤去外电场后,其内部电畴的排列不变,具有很强的极化排列,这时陶瓷材料才具有压电性。
压电陶瓷材料通常做成长方体。当某一方向上的对应两面受到外力作用时,在压电陶瓷的这两面上就会出现电荷堆积,电量的大小与受力的大小成正比。此时压电陶瓷相当于一个静电发生器,或是一个以压电材料为介质的电容器,电容量的大小为
C=ε•ε0•A/δ
式中,
ε0 —— 真空介电常数(8.85×10-12 F/m);
ε —— 压电材料相对介电常数;
A —— 受力极板面积;
δ —— 压电材料厚度。
而电容两端的开路电压U=Q/C,Q为极板上电荷量的大小,与所受外力成正比,一般电量Q很小,因此感应出的U也很小。为了能检测出U的变化,要求压电陶瓷本身有相应的阻抗,同时前端放大器也应有极高的输入阻抗,通常探测器的前端放大器用场效应管来担当。由于输入阻抗过高,很容易窜入干扰信号,为此前端放大器应直接接在传感器的输出端,信号经放大后输出一个高电平 、低阻抗的探测电信号。
有机压电材料是新近研究开发出来的新型压电材料,如聚氯乙烯、聚二氟乙烯等,它具有柔软、不易破碎的特点。
半导体压力传感器是利用硅结晶的压电电阻效应以及二极管、晶体管的电流、电压特性制成的元件。当硅半导体材料受到外力作用时,晶体处于扭曲状态,由于载流子迁移率的变化而导致晶体阻抗变化的现象称之为压电电阻效应。用ΔR表示晶体阻抗的变化,它的变化率为:
ΔR/R = (Δρ/ρ)•τ•σ=G•σ
式中,
τ——压电电阻系数
ρ——电阻率
σ——应力
G ——比例因子
半导体压力传感器的比例因子G高达200,G越高,灵敏度越高。
图2-6所示为半导体压力传感器结构。当硅膜片受压时,扩散电阻值发生变化,将R1、R2、R3、R4接成桥路,如图2-7所示。
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图2-6 半导体压力传感器结构 图2-7 压力传感器输入输出桥
图2-8为半导体压力传感器的压电传输特性,可以看出输出电压随压力的变化而变化,且线性度较好。
图2-8 压电传输特性
用来检测压力的传感器还有静电容式压力传感器和硅振动式压力传感器。静电容式压力传感器是将压力膜微小的位置变化转换成静电容变化的传感器。硅振动式压力传感器是用微加工方法将膜片加工成长50µm、宽20µm~30µm、厚5µm的硅振子膜片,当膜片受到压力时,则把压力转换为张力,使膜片产生振动。但为使振子不直接与测量膜片接触,防止振子的污染和劣化,而将其全部封在真空室内,故硅振动式压力传感器的工作条件要求极高,在这里就不详述了。
3.声传感器
入侵事件发生时,总会有说话、走动、击碎玻璃、锯钢筋等声音发生,能够把这些声音信号转换成一定电量的传感器都称为声传感器。
声音为一种机械波,声音的传播是机械波在媒质中传播的过程。当声波频率在20Hz~20kHz时人耳能接收到,称为可闻声波。当频率低于20Hz时称为次声波,高于20kHz时称为超声波,次声波和超声波人耳均听不到。
(1) 驻极体传感器
驻极体是一种永久性带电的介电材料,它能把声能或机械能转换成电能,或者将电能转换成机械能或声能。
驻极体传感器的核心是驻极体箔。它由一张绝缘薄膜组成,薄膜上带电荷,通常由聚四氟乙烯等碳卤聚合物制成,具有极高的绝缘电阻。通过外电场对绝缘薄膜两侧充电,则膜上的电荷能长时间保存。若在常温和相对干燥的环境下保存,聚四氟乙烯上的电荷能保存近百年;在常温和相对湿度为95%的潮湿环境下,电荷的衰减时间也能达到近10年。
通常把一片驻极体膜紧贴在一块金属板上,另一片驻极体膜相对安放,中间为10µm的薄空气层,构成一个驻极体传感器。二片相对而立的驻极体膜形成一个电容器,根据静电感应原理,与驻极体相对应的金属板上会感应出大小相等、方向相反的电荷。驻极体上的电极在空隙中形成静电场,在声波作用下,驻极体箔会有一个位移d。在驻极体膜开路的条件下,膜片两端感应的静电场
U=E•d =σd1d/ε0 (d1 +εd2 )
式中,E —— 膜片间隙中电场强度
σ—— 驻极体表面电荷密度
d1—— 驻极体箔的厚度
d2—— 膜间空气厚度
εO—— 自由空间介电常数
ε—— 驻极体材料的相对介电常数
驻极体箔的相对位移d与所加声强成正比,因此传感器输出的电压仅与声强有关,而与频率无关。驻极体传感器能保证在声频范围内具有恒定的灵敏度,这是极大的优点。
(2) 磁电传感器
磁电式传感器俗称“动圈式传感器”,它是由一个固定磁场和在这磁场中可作垂直轴向运动的线圈组成,线圈安装在一个振动膜上,振动膜在声强的作用下运动,带动线圈在固定的磁场中作切割磁力线的运动,此时在线圈两端的感应电动势E的大小为:
E=BLv,
式中,
B——磁感应强度
L——线圈的长度
v——线圈的运动速度
线圈的运动速度v与声强的大小有关,故而线圈的输出电压也取决于声强的大小。
4.光电传感器
光电传感器是指能够将可见光转换成某种电量的传感器。光敏二极管是最常见的光传感器。光敏二极管的外型与一般二极管一样,只是它的管壳上开有一个嵌着玻璃的窗口,以便于光线射入,为增加受光面积,PN结的面积做得较大,光敏二极管工作在反向偏置的工作状态下,并与负载电阻相串联,当无光照时,它与普通二极管一样,反向电流很小(<µA),称为光敏二极管的暗电流;当有光照时,载流子被激发,产生电子-空穴,称为光电载流子。在外电场的作用下,光电载流子参于导电,形成比暗电流大得多的反向电流,该反向电流称为光电流。光电流的大小与光照强度成正比,于是在负载电阻上就能得到随光照强度变化而变化的电信号。
光敏三极管除了具有光敏二极管能将光信号转换成电信号的功能外,还有对电信号放大的功能。光敏三级管的外型与一般三极管相差不大,一般光敏三极管只引出两个极——发射极和集电极,基极不引出,管壳同样开窗口,以便光线射入。为增大光照,基区面积做得很大,发射区较小,入射光主要被基区吸收。工作时集电结反偏,发射结正偏。在无光照时管子流过的电流为暗电流Iceo=(1+β)Icbo(很小),比一般三极管的穿透电流还小;当有光照时,激发大量的电子-空穴对,使得基极产生的电流Ib增大,此刻流过管子的电流称为光电流,集电极电流Ic=(1+β)Ib,可见光电三极管要比光电二极管具有更高的灵敏度。
5.热电传感器
热电传感器是一种将热量变化转换为电量变化的一种能量转换器件。热释电红外线元件是一种典型的热量传感器。
可见光的波长通常在1µm以上,而1µm以下的光人眼是看不到的。0.8µm以下的红外光具有很高的放射能量(W/m2),差不多等于800K(500℃)以上高温物体释放的能量,因此常用红外光发射能量来检测入侵者的入侵及其活动。
一般的热释电材料为LiTaO3, 当受到红外线照射时,热释电材料的温度发生变化,同时其表面电荷也会发生变化。当以LiTaO3为代表的热释电材料处于自极化状态时,吸收红外线入射波后,结晶的表面温度改变,自极化也发生改变,结晶表面的电荷变得不平衡,把这种不平衡电荷的电压变化取出来,便可测出红外线。热释电材料只有在温度变化时才产生电压,如果红外线一直照射,则没有不平衡电压,一旦无红外线照射时,结晶表面电荷就处于不平衡状态,从而输出电压。
热释电红外线传感器因红外光线的照射与遮挡得到或失去热量,从而产生电压输出。从原理上讲应与波长无关,但由热释电材料做成的传感器有一个透光窗,而透光窗的选材与波长有关系。如以SiO2为窗材的传感器,它与1µm以上波长的红外线无关,而有的窗材只能通过4µm附
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近波长的光,有的能透过6.1µm波长的光,有的能透过8µm ~14µm波长的光,所以使用不同的窗材就可确认是哪个波长的光产生的热。
热释电元件组成的红外探测器只与窗材的波长有关,而量子型的红外光探测器与红外光的波长有关,它的特点是灵敏度高,响应速度快,响应的灵敏度与红外线波长有关。每个入射光子产生的能量
E=hc/λ=1124λ
式中,h——普朗克常数,h=4.14×10-15(ev•s)=6.625×10-34(J•S)
c——光速,c=3×1010cm/s
1µm红外光的能量为1.24eV,10 µm红外光的能量为0.12eV,与可见光相比,红外线光的能量较小。量子型的红外传感器又分为光导电型和光电动势型两种。光导电型的元件材料有PbS、PbSe、Hg、Cd、Te等,它是利用红外线照射时阻抗减少的特点来获取检测信号的;而光电动势型是在Ge、IrSb等半导体基片上形成PN结,当红外线照射时产生光电动势,Ge的禁带宽度为0.6ev,Ge二极管对0.6µm和1.9µm的红外光较敏感,当入射红外光的波长在0.6µm~1.9 µm时,在PN结上形成的电动势随入射光量的增大而增大,从而经放大可输出探测电信号。
6.电磁感应传感器
电磁场也是物质存在的一种形式。电磁场的运动规律由麦克斯韦方程组来表示,根据麦克斯韦理论,当入侵者入侵防范区域,使原先防范区域内电磁场的分布发生变化,这种变化可能引起空间电场的变化,电场畸变传感器就是利用此特性。同时,入侵者的入侵也可能使空间电容发生变化,电容变化传感器就是利用此特性。
2.2.2 入侵探测器
入侵探测器是由传感器和信号处理器组成的用来探测入侵者入侵行为的电子和机械部件组成的装置。入侵探测器的分类可按其所用传感器的特点分为开关型入侵探测器、震动型入侵探测器、声音探测器、超声波入侵探测器、次声入侵探测器、主动与被动红外入侵探测器、微波入侵探测器、激光入侵探测器、视频运动入侵探测器和多种技术复合入侵探测器。也可按防范警戒区域分为点形入侵探测器、直线型入侵探测器、面型入侵探测器和空间型入侵探测器。
1.点型入侵探测器
对于门窗、柜台、展橱、保险柜等防范范围仅是某一特定部位使用的入侵探测器为点型入侵探测器,点型入侵探测验器通常有开关型和振动型两种。
(1) 开关入侵探测器
开关入侵探测器是采用开关型传感器构成的。可以是微动开关、干簧继电器、易断金属导线或压力垫等构成。不论是常开型或是常闭型,当其状态改变时均可直接向报警控制器发出报警信号,由报警控制器发出声光警报信号。
(2) 震动入侵探测器
当入侵者进入防范区域实施犯罪时,总会引起地面、墙壁、门窗、保险柜等发生震动,我们可以采用压电式传感器、电磁感应传感器或其它可感受振动信号的传感器来感受入侵时发生的振动信号,这种探测器我们称之为振动入侵探测器。
墙震动探测器及玻璃破碎探测器是典型的震动入侵探测器,这种探测器常使用压电式传感器或导电簧片开关传感器。
压电传感器是利用压电材料的压电效应制成的,当压电材料受到某方向的压力时,在一特定方向两个相对电极上分别感应出电荷,电荷量的大小与压力成正比。我们把压电传感器贴在玻璃上,当玻璃受到震动时,传感器相应的两电极上感应出电荷,形成一微弱的电位差,可以采用高放大倍数高输入阻抗的集成放大电路进行放大产生报警信号。采用半导体压力传感器的压电电阻效应制成的压电式震动入侵探测器,当半导体材料硅片受外力作用时,晶体处于扭曲状态,载流子的迁移率随之发生变化,从而发生结晶电阻的阻抗发生变化,引起输出电压的变化,此输出电压加到烧结在同一硅片上的集成放大电路而产生报警信号。
导电簧片开关型玻璃破碎探测器结构如图2-9所示,上簧片横向略呈弯曲的形状,它对噪声频率有吸收作用。绝缘体、定位螺丝将上下金属导电簧片绝缘固定在底座上,而右端触头处可靠接触。
图2-9 导电簧片开关型玻璃破碎探测器结构图
玻璃破碎探测器的外壳粘附在需防范的玻璃的内侧。环境温度和湿度的变化及轻微震动产生的低频振动,甚至敲击玻璃所产生的振动都能被上簧片的弯曲部分吸收,不改变上下电极的接触状态,只有当探测器探测到玻璃破碎或足以使玻璃破碎的强冲击力时产生的特殊频率范围的振动才能使上下簧片振动,处于不断开闭状态,触发控制电路产生报警信号。
近年来随着数字信号处理技术的发展,一种采用微处理器的新型声音分析式玻璃破碎探测器已经出现,它是利用微处理器的声音分析技术来分析与破碎相关的特定声音频率后进行准确的报警。传感器接收防范范围内的各种声频信号送给微处理器,微处理器对其进行分析和处理以识别出玻璃破碎的入侵信号,这种探测器的误报率极低。
为减少误报率,人们还采用一种超低频检测和音频识别技术的双技术探测器。如果超低频探测技术探测到玻璃被敲击时所发出的超低频波,而在随后的一段特定时间间隔内,音频识别技术也捕捉到玻璃被击碎后发出的高频声波,那么双技术探测器就会确认发生玻璃破碎,并触发报警。
电动式振动入侵探测器是利用电磁感应传感器将振动转换成线圈两端的感应电动势输出。将电动式振动入侵传感器与保险柜、贵重物体固定在一起,当入侵者搬动或触动保险柜等物体产生振动,电动传感器随之振动,线圈与电动传感器是固定在一起的,而磁铁是通过弹簧与壳体连接在一起,壳体振动后,磁铁随之运动,在线圈上感应出电动势,其大小E=nBLv,B为磁感应强度,L为每匝线圈的长度,n为绕组匝数,v为物体的振动速度。输出电压E正比于振动速度,电动传感器具有较高的灵敏度,输出电动势较高,不需要高增益的放大器,而且电动传感器输出阻抗低,噪声干扰小。
2.直线型入侵探测器
直线型入侵探测器是指警戒范围为一条线束的探测器,当在这条警戒线上的警戒状态被破坏时发出报警信号。最常见的直线型报警探测器为红外入侵探测器、激光入侵探测器。探测器的发射机发射出一束红外光或激光,经反射或直接射到接收器上,如光束被遮断,则发出报警信号。
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