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张新房的博客 - 新型智慧城市

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什么是PIR(被动红外探测器)  

2007-12-15 22:28:43|  分类: 防盗报警系统 |  标签: |举报 |字号 订阅

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PIR是Passive InfraRed的缩写,就是被动红外技术,PIR探测器的全称就是Passive Infrared Detection(被动红外探测,有时候被称为Passive Infrared Sensor,在安防行业探测器多被称为Detection)。

定义一:

凡是温度超过绝对0℃的物体都能产生热辐射(红外光谱),而温度低于1725°C的物体产生的热辐射光谱集中在红外光区域,因此自然界的所有物体都能向外辐射红外热,不同温度的物体,其释放的红外能量的波长是不一样的,因此红外波长与温度的高低是相关的。而任何物体由于本身的物理和化学性质的不同、本身温度不同所产生的红外辐射的波长和距离也不尽相同,通常分为三个波段。

  • 近红外:波长范围0.75~3μm
  • 中红外:波长范围3~25μm
  • 远红外:波长范围25~1000μm

人体辐射的红外光波长3~50μm,其中8~14μm占46%,峰值波长在9.5μm。

在被动红外探测器中有两个关键性的元件,一个是热释电红外传感器(PIR),它能将波长为8-12um之间的红外信号变化转变为电信号,并能对自然界中的白光信号具有抑制作用,因此在被动红外探测器的警戒区内,当无人体移动时,热释电红外感应器感应到的只是背景温度,当人体进人警戒区,通过菲涅尔透镜,热释电红外感应器感应到的是人体温度与背景温度的差异信号,因此,红外探测器的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的差异。另外一个器件就是菲涅尔透镜,菲涅尔透镜有两种形式,即折射式和反射式。菲涅尔透镜作用有两个:一是聚焦作用,即将热释的红外信号折射(反射)在PIR上,第二个作用是将警戒区内分为若干个明区和暗区,使进入警戒区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。

定义二:

在室温条件下,任何物品均有辐射。温度越高的物体,红外辐射越强。人是恒温动物,红外辐射也最为稳定。我们之所以称为被动红外,即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。探测器安装后数秒种已适应环境,在无人或动物进入探测区域时,现场的红外辐射稳定不变,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。被动红外入侵探测器形成的警戒线一般可以达到数十米。

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。其核心是不见是红外探测器件,通过关学系统的配合作用可以探测到某个立体防范空间内的热辐射的变化。红外传感器的探测波长范围是8~14μm,人体辐射的红外峰值波长约为10μm,正好在范围以内。

被动式红外探测器(Passive Infrared Detector,PIR)根据其结构不同、警戒范围及探测距离也有所不同,大致可以分为单波束型和多波束型两种。单波束PIR采用反射聚焦式光学系统,利用曲面反射镜将来自目标的红外辐射汇聚在红外传感器上。这种方式的探测器境界视场角较窄,一般在5°以下,但作用距离较远,可长达百米。因此又称为直线远距离控制型被动红探测器,适合保护狭长的走廊、通道以及封锁门窗和围墙。多波束型采用透镜聚焦式光学系统,目前大都采用红外塑料透镜——多层光束结构的菲涅尔透镜。这种透镜是用特殊塑料一次成型,若干个小透镜排列在一个弧面上。警戒范围在不同方向呈多个单波束状态,组成立体扇形感热区域,构成立体警戒。菲涅尔透镜自上而下分为几排,上面透镜较多,下边较少。因为人脸部、膝部、手臂红外辐射较强,正好对着上边的透镜。下边透镜较少,一是因为人体下部红外辐射较弱,二是为防止地面小动物红外辐射干扰。多波束型PIR的警戒视场角比单波束型大得多,水平可以大于90°,垂直视场角最大也可以达到90°,但作用距离较近。所有透镜都向内部设置的热释电器件聚焦,因此灵敏度较高,只要有人在透镜视场内走动就会报警。

红外光穿透力差,在防范区内不应有高大物体,否则阴影部分有人走动将不能报警,不要正对热源和强光源,特别是空调和暖气。否则不断变化的热气流将引起误报警。为了解决物品遮挡问题,又发明了吸顶式被动红外入侵探测器。安装在顶棚上向下360°范围内进行警戒,只要在防护范围内,无论从哪个方向入侵都会触发报警,在银行营业大厅,商场的公共活动区等空间较大的地方得到广泛使用。

被动式报警探测器由于探测性能好、易于布防、价格便宜而被广泛应用。其缺点是相对于主动式探测误报率较高。故现在多选用双鉴探测器或者多鉴探测器,增加了微波探测等技术,可有效降低误报率。

被动红外探测器的安装注意事项

由于被动红外探测器是属于一种微弱信号检测设备,在安装对必须注意一些细节方面的问题,如高度,灵敏度等。正确安装一个被动红外探测器,必须掌握以下几个方面的信息:首先是对探测器的性能特点必须了解,其次要合理确定安装的位置,最后必须要仔细调试。不能说探测器能报警就说明安装好了,那么如何确定一个被动红外探测器的安装位置呢?

  • 根据说明书确定正常的安装角度:安装高度不是随意的,会影响探测器的灵敏度和防小宠物的效果。试想一下,一个探测器装在2M高度的位置和2.5高度的位置,那么移动物体从地面移动时,切割明区和暗区的频率是不一样的。
  • 不宜面对玻璃门窗:被动红外探测器正对玻璃门窗,会有两个问题:一是白光干扰,显然PIR对白光具有很强的抑制功能,但毕竟不是100%的抑制。因此避免正对玻璃门窗,可以避免强光的干扰。二是避免门窗外复杂的环境干扰,比如人群流动、车辆等。
  • 不宜正对冷热通风口或冷热源:被动红外探测器感应作用是与温度的变化具有密切的关系。冷热通风口和冷热源均有可能引起探测器的误报,对有些低性能的探测器,有时通过门窗的空气对流也会造成误报。
  • 不宜正对易摆动的物体:易摆动的物体将会使微波探测器起作用,因此同样可能造成误报。故注意非法入侵路线安装探测器的目的是防止犯罪分子的非法入侵,在确定安装位置之前,必须要考虑建筑物主要出入口。实际上我们防止了出入口,截断非法入侵线路,也就达到了我们的目的。
  • 合理的选型:被动红外探测器具有多种型号。 比如美安科技生产的DFM-235R、DT-55R、DT-7380R等等,从单红外到三技术,从壁挂式到吸顶式的都有,那么所要安装的探测器必须要考虑防范空间的大小,周边的环境,出入口的特性等实际状况。有时要考虑更换菲涅尔透镜来满足要求。

调试

将探测器安装完中后,调试探测器是最后所要做的工作。被动红外探测器的调试具有两种方法,一种是步测,就是调试人员在警戒区内走s型的线路来感知警戒范围的长度等宽放,从图中可以理解这一点。

微波灵敏度和红外灵敏度通过步测的方法要分别调整,过高或过低的灵敏度都将影响防范效果。有时由于季节变换,冬季和夏季要对灵敏度分别调整。微波灵敏度一定不能过大,因为微波只有穿透性,在调试的时候要注意。
第二种方法是仪表测量,有的探测器有背景噪声电压输出接口,用万用表的电压来测试,当探测器在警戒状态下,它的静态背景噪声的输出电压的大小,表示干扰源的干扰程度,以此判断这一位置是否合适安装这类的探测器。

以上部分只是作者对于被动红外探测器的使用及安装方法的基本共性作一点分析,各种品牌在红外处理方面具有其独特的方法,因此我们在使用安装前,必须仔细阅读说明书,最重要的是通过实际工作经验的积累,对探测器的特性一定能够更深刻的了解,从而更好的发挥被动红外探测器在安防工程中的作用。

编辑整理:张新房

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