被动红外探头...

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被动红外探头的工作原理及特性 被动红外探头是靠探测人体发射的红外线而进行工作的。探头收集外界的红外辐射通过聚集到红外感应源上。红外感应源通常采用热释电元件，这种元件在接收了红外辐射温度发生变化时就会向外释放电荷，检测处理后产生报警。

??1)这种探头是以探测人体辐射为目标的。所以辐射敏感元件对波长为10UM左右的红外辐射必须敏感。 ??2)为了仅仅对人体的红外辐射敏感，在它的辐射照面通常覆盖有特殊的滤光片，使环境的干扰受到明显的控制作用。 ??3)被动红外探头，其传感器包含两个互相串联或并联的热释电元。而且制成的两个电极化方向正好相反，环境背景辐射对两个热释元件几乎具有相同的作用，使其产生释电效应相互抵消，于是探测器无信号输出。 ??4)一旦人侵入探测区域内，人体红外辐射通过部分镜面聚焦，并被热释电元接收，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。 ??5)多视场的获得，一是多法线小镜面组成的反光聚焦，聚光到传感器上称之为反射式光学系统。另一种是透射式光学系统，是多面组合一起的透镜——菲尼尔透镜聚焦在红外传感器上。 ??6)在这里要指出的是被动红外的几束光表示有几个视场，并非被动红外发红外光，视场越多，控制越严密。

??被动红外探头的优缺点：

??优点：本身不发任何类型的辐射，器件功耗很小，隐蔽性好。价格低廉。 ??缺点： ??◆容易受各种热源、光源干扰 ??◆被动红外穿透力差，人体的红外辐射容易被遮挡，不易被探头接收。 ??◆易受射频辐射的干扰。 ??◆环境温度和人体温度接近时，探测和灵敏度明显下降，有时造成短时失灵。

??被动红外探测新技术说明

??下面针对上述的被动红外探测器的缺点，结合富仕达的红外探测技术，进行详细分析。通过对其缺点分析发现，我们实际上可以解决误报和探测下降甚至失灵的问题：

??1、误报问题

??为了降低误报率，只要排除误报的因素就可以。

??误报的因素可以分为两类：

??外界的因素: ??● 外界的热光源（尤其是白光光源）：如阳光、照明光源等; ??● 外界的射频信号。

??内部因素:

??●内部由于器件等的噪声和干扰，如光热释感应器的信号瞬变等。

??针对以上情况，富仕达公司的新一带红外探头、采用一些独特的技术来解决此类问题。

??信号出/入分析

??当有物体走入或走出一个探测区段时，在反极性探测感应器上会产生两个极性相反的信号，这种出/入信号的能量将被独立分析并储存在内存记忆内。只有在一段特定的时间内，当两个感应器上都收集到足够的出/入能量时才会触发警报。

??其优点： “信号出/入分析”能超乎想象地提高探头对气流、随机噪音及发热器的抗干扰能力。如再加上“四源红外反极性探测”，能使探头具有超卓的抗干扰能力，是现今市场上最优秀的产品。

??四源红外反极性探测(专利)

??探头内置两个红外感应器,移动信号会使两个感应器产生两个极性相反的信号；而非移动信号(射频、电磁、火花、静电等干扰),则使两个感应器产生两个极性相同的信号。利用此原理便可准确无误地区分移动和非移动信号。其优点： ??1.应用此技术所获得抗干扰能力是传统的滤波及屏蔽技术所无法相比的； ??2.具有超卓的防小动物能力。

??自动脉冲数调节: ??所有富仕达牌探头都有此先进功能。“自动脉冲数调节”能检测每个红外信号能量的大小，然后把数据储存在内存记忆内。探头能自动根据内存记忆内的能量水平改变工作模式：

??1、当能量水平高时(此时误报的机率较低)，使用低脉冲数模式，功能跟一般非脉冲数调节探头一样。 ??2、当能量水平低时(误报的机率较高)，使用高脉冲数模式(最高可达25个脉冲)，可有效防止误报的发生。

??优点：有效防止误报而不降低灵敏度。

??2、探测能力的降低

??探测能力下降可以分为几个方面：

??探测器各探测试场分布不合理：如空隙过大，探测器被遮挡，如被泡沫、烟雾（入侵者经常使用的手段）、纸、衣物等。由于体温和环境差别不大，造成探测能力下降。针对以上情况，富仕达公司采用以下方法来解决问题。

??高质 LODIF 段式 FRESNEL 透镜 (专利)

??无论是清色度，准确度及聚焦能力各方面均比传统的FRESNEL透镜高出30%。透镜材料采用高质抗白光干扰物料制造，并采用分段式设计。

??优点： ??1. 能有效地收集人体发出的能量； ??2. 消除死位； ??3. 高抗白光干扰能力。

??微波防遮挡功能 (专利)

??只要有任何遮挡物在探头一米距离内移动,便会马上触发警报。

??优点：可有效防止闯入者以物件遮挡探头，使探头失去作用。

??主动微波自我检测功能 :

??微波发射器每隔3分钟便自我检测一次，而自我检测是不需通过移动物体触发。如发现故障，故障开关便马上被触发。

??优点：可确保探头工作正常，万一发生故障亦可及时更换。

??交叠式红外源(ISG)(专利)

??传统的四源红外设计在探测远距离物体时灵敏度会降低, 这是因为人体在远距离时不会同时通过上下两个红外源, 所以便造成灵敏度降低甚至失灵。"交叠式红外源"能有效地解决此问题。

??优点： ??1.有效地解决远距离灵敏度降低及温度上升距离缩短的问题； ??2.可把距离提高至传统设计的二倍； ??3.简化调试过程。

??自动温度补偿

??“自动温度补偿”能自动调节放大器功率的大小来平衡因温度变化引起的灵敏度变化现像。

??优点: 使探头在整段工作温度区内都有稳定的灵敏度。

??3、其他一些新技术应用

??●实时数字处理功能 ??●移动技术 ??●背景分析 ??●射频/电磁干扰保护 ??●完备的电压控制

双色红外探测器的现状与发展 1 红外技术的地位和作用

红外技术有四大优点：环境适应性好，在夜间和恶劣天候下的工作能力优于可见光；隐蔽性好，不易被干扰；由于是靠目标和背景之间、目标各部分的温度和发射率差形成的红外辐射差进行探测，因而识别伪装目标的能力优于可见光；红外系统的体积小，重量轻，功耗低。但有三大因素制约着其效果：目标的光谱特性；探测系统的性能；目标和探测口之间的环境和距离。红外探测技术是围绕着解决以上问题发展的，例如：a．为充分利用大气窗口，探测器光谱响应从短波红外扩展到长波红外，实现了对室温目标的探测；b．探测器从单元发展到多元，从多元发展到焦平面，上了两大台阶，相应的系统实现了从点源探测到目标热成象的飞跃；c．系统从单波段向多波段发展；d．发展了种类繁多的探测器，为系统应用提供了充分的选择余地。

冷战结束后，美国进行全球战略调整，其中美军为未来作战提出的，即能将全球监视系统和通信系统以及有关数据的合成与处理集中用于某一战区，形成信息优势；在全天候、昼夜条件下能伪装和突破防线，识别和打击重要的固定和机动目标两种作战能力与红外技术密切相关。在军事需求的牵引和相关技术发展的推动下，红外技术已从过去的战术地位发展到今天的战略地位，具体表现在：a．红外技术是国家安全依赖的主要探测技术手段。弹道导弹和远程巡航导弹的早期预警、跟踪、识别和拦截对国家战略目标的安全至关重要；b．红外技术在未来军事技术中的战略地位是由其使用的广泛性和重要性决定的。今后，红外技术还将运用于迅速发展的光电对抗、光通信、定向能武器等方面；c．红外技术是未来高技术局部战争使用的主要技术之一。现已清楚，获得战场上的单向透明性，即获得战场信息优势，是获得战争主动权的关键因素之一，为达到此目的，红外系统现已是发达国家的陆、海、空、天各类武器系统中不可缺少的、甚至是主要的传感器。

2 双色红外探测器的现状

所有探测技术都是向获取更多目标信息的方向发展，红外技术也不例外。在大气环境中，目标的红外辐射只能在1～2.5微米、3～5微米和8～14微米三个窗口内有效传输。如果一个热成象系统能同时在其中两个波段获取目标信息，就可对复杂的背景进行抑制，提高对目标的探测效果，在预警、搜索和跟踪系统中能明显的降低虚警率，显著地提高系统的性能和在各种武器平台上的通用性，满足各军、兵种、特别是空军、海军对热象系统的需求。因大多数军用热成象系统都在中波、长波工作，所以国内外研制的多数双色探测器都是中、长波探测器。

双色探测器可应用于：导弹预警、气象、资源遥感等卫星，机载前视红外和侦察系统，武装直升机和舰载机目标指示系统，中、低空地空导弹的光电火控系统，精确制导武器的红外成象制导导引头，水面舰船的预警、火控和近程反导系统，双波段热象仪等等。一般双波段热成象系统主要以三种方式构成：a．直接用两套单波段的热象系统组合而成；b．两个分别响应不同波段的探测器组件共用一个光学系统；c．用一个能响应两个波段的双色红外探测器（以下简称双色探测器）共用一个光学系统构成。

双色探测器既受单波段器件发展水平和对两波段热象系统需求的限制，又有自身从器件制备到系统应用等多方面的困难。因此总体发展水平远低于单波段同类型的探测器。例如：在1958年就研制成功了单波段的热象仪，而最早的HgCdTe双色探测器在1972年才研制出来；目前，长波HgCdTe探测器面阵已达640×480，而用多层异质结HgCdTe薄膜材料制备的、集成式的双色探测器仅达到64×64。尽管如此，3～5微米和8～14微米的两波段热象系统在欧、美等国、特别是在海、空军中已得到比较普遍的使用。在美国海军航母上的舰载战斗机F－14D装备了两波段FLIR系统。美海军研制的轻型舰用红外警戒系统，采用了能响应3～5微米和8～崐14微米波段的480×4元的HgCdTe FPA器件。英国则研制成功了双色SPRITE探测器，并在TICMⅡ的基础上，研制出两波段的热象仪；另外，也正在研制舰用两波段红外警戒系统。法国对舰用红外警戒系统的研制非常重视，于1977年率先研制出实用化的两波段搜索、跟踪系统 "VAMPIR"，并装备在两艘导弹驱逐舰上。

3 双色探测器的发展趋势

所有探测技术的发展都有三个阶段：a．探测信号的强度，得到目标的"黑白照片"，这是初级阶段；b．探测信号的强度和波长，得到目标的"彩色照片"，达到中级阶段；c．探测信号强度、波长和相位，得到目标的"全息照片"，这才达到探测技术的高级阶段。目前的红外技术处于其初级阶段的后期，正向中级阶段发展，其标志是研制出了双（多）色红外探测器，得到了目标热图象的"彩色照片"。可以预计，今后双色探测器将随单波段探测器及其配套技术的成熟和市场需求的增加而加快发展，并将集中在以下五个方面：

3.1 集成式

集成化的双色探测器有利用简化系统结构，能充分利用半导体材料制备技术的最新成果，便于器件焦平面化，其中HgCdTe合金系和各种量子阱／超晶格材料系统将得到重点发展。

3.2 焦平面

采用焦平面器件，更好的满足系统的要求，同时也有利于简化系?统结构，降低成本。

3.3 大阵列

为明显的提高系统的性能，双色探测器将向大面阵和长线列发展。

3.4 小型化

双波段系统将克服在光学设计和加工、信号处理和显示等方面的困难，缩小体积、减轻重量等，以便扩大其应用范围。

3.5 多色化

随材料、器件和系统技术的进步，双色探测器将向更多的光谱波段发展，既包括拓宽光谱波段，也包括将光谱波段划分成更为细致的波段，以获得目标的"彩色"热图象，更丰富、更精确、更可靠地得到目标的信息。