安全防范工程

安全防范工程主讲人：温怀疆第3章入侵探测与报警技术3.1入侵探测与报警技术概述3.1.1入侵探测与报警技术的基本概念报警系统:在出现危险情况时能发出报警信号的系统。通常由探测器、传输信道和报警控制器三部分组成。1）探测器:是指在需要防范的场所安装的能探测出现危险情况的设备。由传感器和前置信号处理器两部分组成。a、传感器:是探测器的核心，是把危险情况引起的某种物理量的变化转换成原始电信号。b、前置信号处理器：对原始电信号进行处理，使之成为可以在信道中传输的电信号。2）传输信道：使传输探测电信号和巡检控制电信号的通道。信道的种类很多，概括起来可以分为有线传输信道和无线传输信道。3）报警控制器：是整个报警系统的核心，对信道传输过来的入侵探测电信号作进一步的处理，若判定出现危险情况，立即发出声光报警信号，引起人们的警觉，以便采取相应的控制行动。3.1.2入侵探测报警系统网的基本组成一个完善而有效的技术防范配合人力防范的入侵探测与报警技术系统网的组成通常如图3-1所示。该系统主要是由报警探测器、报警控制器、传输系统、通信系统及保安警卫力量所组成。图3-1技防配合人防的入侵探测报警系统网的基本组成探测器报警控制器上级报警指挥中心报警控制信号值班中心无线有线入侵探测报警系统的最基本组成如图3-2所示。图3-2入侵探测报警系统的基本组成探测器n探测器1探测器2防区1防区2................防区n..........报警控制器声响报警灯光报警录像机摄像机打印机电子地图应急照明报警输出电源报警控制外设控制2.1.3入侵探测报警系统在安全技术防范工作中的作用1）入侵探测报警系统应用范围十分广泛，可以在应用维护社会治安之外方面推广应用。2）入侵探测报警系统具有快速反应能力，可及时发现案情，提高破案率;3）入侵探测报警系统具有威慑作用，犯罪分子不敢轻易作案，减少了发案率;4）入侵探测报警系统协助人防担任警戒和报警任务，可节省人力、物力和财力;3.2入侵探测器3.2.1入侵探测器概述1）入侵探测器的作用入侵探测器(入侵报警探头):安装于防范现场，专门用来探测移动目标。决定报警系统的性能、用途和报警系统的可靠性，是降低误报和漏报的决定因素。2）入侵探测器的种类（1）按使用场所不同来分户内型入侵探测器、户外型入侵探测器、周界入侵探测器、重点物体防盗探测器等等。(2)按探测原理不同来分雷达式微波探测器、微波墙式探测器、主动式红外探测器、被动式红外探测器、开关式探测器、超声波探测器、声控探测器、振动探测器、玻璃破碎探测器、电场感应式探测器、电容变化探测器、微波—被动红外双技术探测器、超声波—被动红外双技术探测器等。(3)按警戒范围来分点控制型探测器、线控制型探测器、面控制型探测器及空间控制型探测器。如下表2-1所示。表2-1按探测器的警戒范围分类(4)按工作方式来分主动式探测器：在工作时，探测器本身要向防范现场不断发出某种形式的能量，如红外光、超声波和微波等能量。被动式探测器：在工作时，探测器本身不需要向防范现场发出能量，而是依靠直接接收被探测目标本身发出或产生的某种形式的能量，如振动、红外能量等。3）入侵探测器的主要技术性能指标（1）漏报率漏报次数占应当报警次数的百分比就是漏报率。（2）探测率实际报警次数占应当报警的次数的百分比就是探测率。（3）误报率探测器不应该报警却发出报警信号的现象称为误报警。单位时间内出现误报警的次数就是误报率。（4）探测范围表示方法探测距离、探测视场角探测面积(或体积)例如，某一被动红外探测器的探测范围为一立体扇形空间区域。表示成：探测距离≥15m；水平视场角120°；垂直视场角43°。垂直视场角水平视场角（5）报警传送方式，最大传输距离传送方式：有线传送、无线传送；最大传输距离：在探测器发挥正常警戒功能的条件下，从探测器到报警控制器之间的最大有线或无线的传输距离。（6）探测灵敏度能使探测器发出报警信号的最低门限信号或最小输入探测信号。该指标反映了探测器对入侵目标产生报警的反应能力。（7）功耗探测器在工作时间的功率消耗。分为静态(非报警状态)功耗及动态(报警状态)功耗。（8）工作电压探测器工作时的电源电压(交流或直流)。一般用伏特(V)来表示。（9）工作电流(I)（10）环境温度(℃)3.3开关式探测器开关式探测器通常属于点控制型探测器，通过各种类型开关接点的闭合或断开状态触发电路报警。触发报警控制器发出报警信号的方式一般有两种：一种是短路报警方式（开关接点的闭合）；另一种是开路报警方式（开关接点的断开）3.3.1开关式探测器的基本工作原理基本工作原理如图2-3所示。图2-3开关式探测器的基本工作原理开关式探测器报警控制器常用的开关式传感器：磁控开关、微动开关、压力垫或用金属丝、金属条、金属箔等来代用的多种类型的开关。可以将压力、磁场力或位移等物理量的变化转换为电压或电流的变化。启动报警控制器发出报警信号的方式：3.3.2磁控开关(又称磁控管开关或磁簧开关)1）磁控开关的组成结构及工作原理磁控开关是由永久磁铁块及干簧管(又称磁簧管或磁控管)两部分组成的。干簧管是一个内部充有惰性气体(如氮气)的玻璃管，其内装有两个金属簧片，形成触点A和B，如图2-4所示图2-4磁控开关的工作原理报警控制器永久磁铁干簧管接防区回路当需要用磁控开关去警戒多个门、窗时，可采用如图3-5所示的串联方式。图3-5磁控开关的串联使用报警控制器接防区回路永久磁铁干簧管门框门3）磁控开关的安装使用要点(1)磁控管的金属簧片有较好的弹性且易于吸合，同时磁性体必须要有足够的强度和寿命，以易于安装且减少误报。(2)要经常注意检查永久磁铁的磁性是否减弱，否则会导致开关失灵。(3)一般普通的磁控开关不宜在钢、铁物体上直接安装，这样会使磁性削弱，缩短磁铁的使用寿命。(4)磁控开关的有明装式(表面安装式)和暗装式(隐藏安装式)，应根据防范部位的特点和要求选择。还有如图(b)所示的三个接点的揿键开关。A、B两点间为常闭接触；A、C两点间为常开。3.3.3微动开关这种开关做成一个整体部件，需要靠外部的作用力通过传动部件带动，将内部簧片的接点接通或断开。最简单的一种是如图(a)所示的两个接点的按钮开关。只要按钮被压下，A、B两点间即可接通，压力去除，A、B两点间断开。AB（a）ABC（b）3.3.4紧急报警开关当在银行、家庭、机关、工厂等各种场合出现人室抢劫、盗窃等险情或其他异常情况时，往往需要采用人工操作来实现紧急报警。这时，就可采用紧急报警按钮开关和脚挑式或脚踏式开关。3.3.5压力垫压力垫是由两条平行放置的具有弹性的金属带构成，中间有几处用很薄的绝缘材料(如泡沫塑料)将两块金属条支撑着绝缘隔开，如图2-9所示。两块金属条分别接到报警电路中，相当于一个接点断开的开关。图3-9压力垫金属带绝缘材料AB压力垫通常放在窗户、楼梯和保险柜周围的地毯下面。当入侵者踏上地毯时，人体的压力会使两根金属带相通，使终端电阻被短路，从而触发报警，如图3-10所示。图3-10利用压力垫报警AB报警控制器终端电阻R3.4微波探测器3.4.1微波（电磁波）的主要特点1）波长很短的,从lmm到lm，频率从300MHz到300GHz。2）直线传播，很容易被反射。3）波段宽,波段的频带宽度为299700MHz(300MHz一300GHz)。4）对非金属材料(如木材、玻璃、墙、塑料等)有一定的穿透能力，而对金属物体有良好的反射特性。图3-11微波的定向传送5）波长很短，可以用尺寸较小的天线(如喇叭天线和抛物面天线)，把电磁波集中成为一束，像探照灯的光束那样作定向传送。如图3-11所示。所以，微波设备(包括收、发信机等)比长、中、短波等设备要小。反射面波导馈线3.4.2微波探测器的种类微波探测器主要有两种类型：第一种，雷达式微波探测器。第二种，微波墙式探测器。3.4.3雷达式微波探测器雷达式微波探测器是利用无线电波的多普勒效应，实现对运动目标的探测。1）多普勒效应物理学中的多普勒原理告诉我们，在微波段，当以一种频率发送时，在微波能覆盖的范围内，当有移动物体时，将以另一种频率反射，这样发射频率和反射频率有一个频率差异。这种频率差异与很多因素有关，其中包括移动物体的速度，与探测器的径向角度等。2）雷达式微波探测器的组成及基本工作原理雷达式是一种将微波收、发天线共用的探测器，工作原理基于多普勒效应。微波的波长很短，在1mm～1000mm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（反射波频差）。其组成如方框图2-12所示。图3-12雷达式微波探测器的基本组成fof=fo+fdf=fo-fd报警控制器fo低通滤波器信号处理电路微波振荡器混频放大器f+fof-fofd发射天线接收天线如果微波探测器发射信号的频率为10GHz；，光速C为30万千m/s，则对应人体的不同运动速度V所产生的多普勒频率如表3-2所示。表3-2对应人体不同运动速度所产生的多普勒频率从表中看出，人体在不同运动速度下产生的多普勒频率是处于音频频段的低端，只要能检出这一较低的多普，勒频率就能区分出是运动目标还是固定目标，完成检测人体运动的传感报警功能。3）雷达式微波探测器的主要特点（1）雷达式微波探测器对警戒区域内活动目标的探测是有一定范围的：其警戒范围为一个立体防范空间，其控制范围比较大，可以覆盖60°～95°的水平辐射角，控制面积可达几十～几百平方米。其探测区域图形如图3-13所示。图3-13雷达式微波探测器的探测区域水平区域垂直区域水平辐射角(2)微波探测器的发射能图与所采用的天线结构有关。如图3-14所示。采用全向天线（如1/4波长的单极天线）可产生近乎圆球形或椭圆形的发射范围，这种能场适合保护大面积的房间或仓库等处。而采用定向天线（如喇叭天线）可以产生宽泪滴形或又窄又长的泪滴形能图，适合保护狭长的地点，如走廊或通道等。图3-14微波场形成的控制范围能图微波探测器全向天线定向天线4）雷达式微波探测器安装使用要点(1)微波段的电磁波由于波长较短，穿透力强，玻璃、木板、砖墙等非金属材料都可穿透。所以在安装时不要面对室外，以免室外有人通过引起误报。使用微波入侵探测器灵敏度不要过高，调节到2/3时较为合适。过高误报会增多。通常是将报警探测器悬挂在高处(距地面1.5～2m左右)，探头稍向下俯视，使其方向性指向地面，并把探测器的探测覆盖区限定在所要保护的区域之内。这样可使因其穿透性能造成的不良影响减至最小。如图3-15所示。图中实线所示的覆盖区显然比虚线所示的覆盖区要更可靠些。图3-15微波探测器的安装(2)微波有较强反射特性，在监控防范区域内不应有过大、过厚的物体，特别是金属物体,如铁柜等。否则在其后阴影部分会形成探测盲区，造成防范漏洞或产生反射误报.图3-16微波探头不应对着大型金属物体金属物体移动汽车微波探头(3)微波探测器的探头不应对准可能会活动的物体。(4)微波探测器不应对准日光灯、水银灯等气体放电灯光源。(5)雷达式微波探测器属于室内应用型探测器。(6)当在同一室内需要安装两台以上的微波探测器时，它们之间的微波发射频率应当有所差异(一般相差25MHz左右)。而且不要相对放置，以防止交叉干扰，产生误报警。2.4.4微波墙式探测器1）微波墙式探测器的组成及基本工作原理微波墙式探测器是一种将微波收、发设备分置的利用场干扰原理或波束阻断式原理的微波探测器。微波指向性天线发射出定向性很好的调制微波束，工作频率通常选择在9至11GHz，微波接收天线与发射天线相对放置。当接收天线与发射天线之间有阻挡物或探测目标时，由于破坏了微波的正常传播，使接收到的微波信号有所减弱，以此来判断在接收机与发射机之间是否有人侵入。其基本组成如图2-17所示图3-17微波墙式报警器的基本组成微波束微波振荡器调制放大器接收放大器检波器判决器报警控制器发射部分接收部分2）微波墙式探测器的主要特点（1）墙式微波探测器在发射机与接收机之间的微波电磁场形成了一道看不见的警戒线，可以长达几