家庭安全系统中检测器功能的综合分析.docx

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家庭安全报警系统中检测器性能综合分析摘要：目的：分析家庭安全报警系统中各类检测器和报警器的原理、结构、功能、特性，使用户更好地了解报警系统的结构和组成，更深地理解安装安全报警系统的必要性以及更好地使用安全报警系统；同时为安全报警系统的安装者提供选用各类检测报警器件的意见。方法：查阅各类检测器材的文献资料和产品说明书，综合分析。结论：在现代社会中，安装安全报警系统有助于提前对危险进行警示，可以大幅度减少人身和财产损失；同时，各类检测器件仍然有着自身不足之处，应当对其进行进一步改进和改善。关键词：安全系统；检测器；报警装置AcomprehensiveanalysisofthetestingdevicesusedinahomesecuritywarningsystemAbstract:Object:Toanalyzethevarioustypesoftestingdevicesusedinthehomesecuritywarningsystemsbylearningtheirprinciples,structures,functionsandfeatures,helpinguserstobetterunderstandthestructureandcompositionofthewarningsystems,todeeplyunderstandthenecessityofinstallingasecuritywarningsystemandtobetterusethesecuritywarningsystem;Alsotoprovidesomeadvicetotheinstallerstohelpthemchoosetherighttestingdevices.Methods:Searchandlearntheliteraturesandinstructionbooksofthetestingdeviceswe'dliketoanalyze.Conclusion:Nowadays,toinstallahomesecuritywarningsystemhelpstomakewarningsofdangersadvancedandwillsignificantlyreducethelossoflifeandproperty;Meanwhile,thetestingdevicesstillhavetheirowninadequaciesandshouldbefurtherimproved.Keywords:homesecuritysystems;testingdevices;alarmingsystems随着社会的进步和科技的发展，技术给人们的生活带来了方便与快捷，但同时也为犯罪分子提供了不少捷径。在现今社会中，家庭安全报警系统的构建已经成为了一个重要和时尚的话题。本文针对家庭安全报警系统中防火、防盗、防燃气泄漏三个方面的检测器应用进行分析，使大家进一步了解如何去选用和构建家庭安全报警系统。1家庭安全报警系统1.1什么是家庭安全报警系统？家庭安全报警系统是利用门窗探测器、人体移动探测器、燃气探测器和烟雾探测器等新型元器件，配合一套完善的控制、通讯和报警系统所组成的能够对家居生活中容易产生的危险发出预警、警示作用的综合系统。该系统包括检测、控制、报警和通讯等几个环节。该系统的主要作用是在家中发生盗贼入侵、火灾、燃气泄漏等危险情况时，能够迅速向用户发出警示，并且根据用户之前的设定向公安、消防等部门报警，从而使灾祸情况及时得到控制，避免更大的人身和财产损失。1.2对家庭安全报警系统中检测器的功能进行综合分析的目的和意义（1）帮助用户进一步了解系统的构成和工作原理，更好地设置和使用系统的各项功能。（2）对检测器的原理、结构、价格等方面进行分析，帮助系统设计和安装者在组建安全系统时更经济实用地选用准确耐用、性价比高的检测器。1.3家庭安全报警系统中主要使用的检测器及其作用（1）门窗检测器：当有盗贼通过门窗入侵时，发出警报。（2）C&K报警系统：在家中各个房间设置报警视区，在布防时段，当有入侵者通过视区时发出警报。（3）烟雾报警器：当家中失火产生烟雾时，烟雾报警器发出警报。（4）燃气检测器：布置在厨房等处，能够及时检测到天然气或煤气等燃气的泄漏状况，发出警报，防止更大的人身财产损失。2各类检测器件的分析2.1烟雾报警器2.1.1离子感烟式烟雾报警器1.原理介绍离子感烟式探测器是点型探测器。它是在电离室内含有少量放射性物质，可使电离室内空气成为导体，允许一定电流在两个电极之间的空气中通过，射线使局部空气成电离状态，经电压作用形成离子流，这就给电离室一个有效的导电性。当烟粒子进入电离化区域时，它们由于与离子相接合而降低了空气的导电性，形成离子移动的减弱。当导电性低于预定值时，探测器发出警报。图1常见烟雾报警器示意图Fig.1PictureofcommonSmokeDetectors2.产品分析①选用产品：HEIMAN离子式家用烟雾报警器②原理结构图2产品内部结构图Fig.2Blockdiagramoftheproduct图3传感器的连接方式与等效电路图Fig.3Equivalentcircuits本产品为离子式感言探测器（以下简称探测器）。是利用烟雾破坏电离室内的电流平衡的原理探测活在，电路主要由电离室和专用IC部分组成，在无烟状态下，电离室内的电流是平衡稳定的，当有烟雾进入电离室时，离子流动被阻碍而导致电性能变化，IC采集分析被干扰的电信号，判断是否打到报警极限，最终输出报警信号。本产品对缓慢阴燃或明燃产生的可见烟雾，有较好的反应，适合于住宅、商场、宾馆、饭店、办公室、教学楼、银行、图书馆、计算机房以及仓库等室内环境的烟雾监测。从图3来看，当正常工作时，外电离室等效电阻RP小，V0输出高电平；当发生火灾时，由于烟雾进入外电离室导致外电离室导电性能变弱，等效电阻RP变大，则V0输出低电平通过反相器给出报警信号。③性能指标监测面积：20平方米报警方式：声光报警（独立型）无线信号315MHz或433MHz继电器常开/常闭（联网型）发射距离：空旷距离100米（无线型）外形尺寸：执行标准：GB4715-1993工作电压：DC9V6F22电池（独立型或无线型）DC12V（联网型）静态电流：≤10μA（独立型或无线型）≤200μA(联网型)报警电流：≤20mA报警指示：红色LED报警声压：≥85dB/m(独立型或无线型)工作温度：-10℃~+50℃环境湿度：≤95%RH（无凝结现象）④性价比分析本产品支持手动测试自动复位，采用专用微处理器控制，抗白光干扰，环境适应性强，采用SMT工艺制造，稳定性好，价格处于市场同类产品中等价位，总体性价比较同类产品较高。⑤不足之处及改进意见点式离子感烟探测器是目前民用建筑中最为广泛使用的火灾探测设备之一,其性能的好坏直接关系到火灾探测的有效性与及时性,其中点式感烟探测器由于其固有的几何结构及所处环境的状况使得它在火灾探测过程中对环境的响应有一定的迟滞。迟滞时间的长短也能反应出火灾探测器性能的优劣。王进军等人通过实验对这一指标进行了研究,为进一步提高对点式感烟探测器性能的认识做出了有益的尝试。对于不同材料的不同发烟方式对点式探测器迟滞时间的影响有所不同,阴燃火比明火对点式探测器迟滞时间的影响大。棉绳与榉木阴燃火的燃烧过程比较稳定,火源功率比较小,可燃物热解速率小,因此产生的烟雾浓度比较小,相应探测器迟滞时间较长;聚氨酯与正庚烷明火在点燃后,火源燃烧功率迅速上升,可燃物热解速率迅速增大,产生的烟雾浓度比较大,所以探测器的迟滞时间比较短。建议在不同的场合选用适合的类型，但由于多数用户在使用时缺乏相关知识可能导致选用不当，故建议提高产品的设备灵敏度，选用适当材料使电离室里的电力能及时被阻断。影响迟滞时间的因素由很多，如通风口位置、大小等，合理设计也是必须的。⑥其他如何确定感烟探测器的数量?除了每个卧室装有一个感烟探测器外,每一附加层也要有适当的保护措施以免遭火灾的威胁。对一个单层房屋来说,如果所有的卧室都与通向户外的一条公共通道相连,那么设置一个感烟探测器是足够的。在那些卧室被隔离开的家庭完全有理由要求增加感烟探测器。如果习惯于睡觉时关上卧室的门,则每个卧室都应该装有感烟探测器,特别是那些使用加热器或者其它用电设备的房间更应如此。3.综合描述及选用原则由于离子式感烟探测器的工作原理是有两个电离室串联，构成等效于电阻串联的偏置电路。其中一个是基本不与外界相通的内电离室，另一个是与外界相通的外电离室，(即检测电离室)，两个电离室中均放入一片放射源镅24l(AM241)，不断地放射出α粒子，使两室内的气体都被部分电离。当有烟雾进入外电离室，因烟雾颗粒吸附一部分离子，使外室的离子电流减小．等效于它的电阻增大，分压电位增高。当烟雾达到检测的限定浓度时，则电位增高到能触发开关电路(高电位触发型)而报警。根据上面的原理说明可知：离子式感烟探测器采用放射性物质镅24l，虽然镅24l的放射性污染的污染较小，且探测器在构造上还有一些保护措施，但在探测器周围还是存在非常微弱的放射性污染的。故综合性能与用户体验，综合产品价格，推荐使用boen独立型离子式烟雾报警器122、145等型号2.1.2光电感烟式烟雾报警器1.原理介绍光电感烟探测器也是点型探测器，它是利用起火时产生的烟雾能够改变光的传播特性这一基本性质而研制的。根据烟粒子对光线的吸收和散射作用。光电感烟探测器又分为遮光型和散光型两种。2.产品分析①选用产品：JTY-GD-2412/24E光电感烟探测器②原理结构光电烟雾报警器内有一个光学迷宫，安装有红外对管，无烟时红外接收管收不到红外发射管发出的红外光，当烟尘进入光学迷宫时，通过折射、反射，接收管接收到红外光，智能报警电路判断是否超过阈值，如果超过发出警报。图4光电感烟检测电路Fig.4DetectingcircuitofthePhotoelectricsmokedetector③性能指标技术参数直径14cm(5.5英寸)高度8.1cm(3.19英寸)重量310g(0.7磅)工作温度范围-10O至50OC(14O至122OF)工作湿度范围10％至95％RH相对湿度报警复位瞬间断电最大风速15M/S(3000英尺/Min)继电器触点参数阻性或感性（60％功率因数）负载A型：2.0A@30VAC/DCC型：0.6A@110VDC，2.0A@30VDC1.0A@125VDC，2.0A@30VDC电气参数：12VDC供电24VDC供电系统电压：12DC（最大4V的波动）24DC（最大4V的波动）提供电压：11.3VDC最小，17.0VDC最大20VDC最小，29VDC最大复位电压：0.73VDC最小0.8VDC最小静态电流：120μA最大120μA最大报警电流：35.0mA最小77.0最大21.3mA最小，40.6mA最大复位时间:0.3秒0.3秒上电时间:34秒34秒终端继电器:A77-716A77-716④性价比分析JTY-GD-2412/24E光电感烟探测器采用了现代工艺技术，继电器控制输出，已经通过各项标准认证。JTY-GD-2412/24E光电感烟探测器设计为对开放式区域提供保护，且须与相兼容的四线制控制器配套使用。探测器的运行状况和灵敏度能够现场测试。作为自锁型的探测器，当报警锁定后，必须通过瞬间中断电源来使其复位。JTY-GD-2412/24E光电感烟探测器上有一只发光二极管作为探测器现场的显示。如果探测器通电，处于正常的监视状态，LED会每10秒闪亮一次。在报警状态，LED将锁定恒亮直至探测器复位。JTY-GD-2412/24E光电感烟探测器内含一对常开触点(A型)用于联接到报警控制电路，还有一组常开/常闭辅助触点(C型）。对探测器电源的监视是通过在探测器电源回路末端安装一电源监视终端继电器来完成。当电流加向并流过探测器时，终端电源监视模块被上电，其继电器触点闭合使控制器的报警回路形成闭合的串联电路。一旦断电或探测器回路断开，终端模块将失电，继电器触点脱开并向控制器触发故障信号。此类产品中，JTY-GD-2412/24E光电感烟探测器属于性能较好的外国产品，功能全面，报警及时，只是由于是进口产品故价格略贵。⑤不足之处及改进意见散射感烟角是光电感烟雾警报器的水平高低的重要指标，目前国内的产品散射感烟角很少能达到全角度，而国外产品又普遍较贵，故如何开发出散射感烟角全角度的产品十分重要。开发了红外光对典型烟雾颗粒0~180度，可变散射角感烟实验装置，以确定峰值波长为（900±100）nm红外光适宜和最佳的前向、后向散射感烟角。这种实用新型光电感烟火灾探测器。通过试验研究４种试验火典型烟雾对此传感器的响应规律，确立了甄别黑烟或白烟的火灾探测报警算法处理技术。试验证明探测器对于可燃物阴燃或明火产生的不同粒径、不同颜色、不同温度的广谱烟雾达到了良好的均衡灵敏响应性能。3.综合描述及选用原则选用原则：点型光电感烟探测器一般适用于饭店、旅馆、教学楼、电子计算机房、通讯机房、办公楼的厅堂、卧室、办公室书库、档案库等等场所。有大量水汽滞留、可能产生腐蚀性气体、气流速度大于5m/s、相对湿度经常大于95%、在正常情况下有烟滞留的场所不宜选用感烟探测器。保护面积：当空间高度为6m～12m时，一个探测器的保护面积，对一般保护场所而言为80m2。空间高度为6m以下时，保护面积为60m2。具体参数应以《火灾自动报警系统设计规范》(GB50116)为准。2.1.1红外光束感烟式烟雾报警器1.原理介绍红外光束感烟探测器是线型探测器，它是对警戒范围内某一线状窄条周围烟气参数响应的火灾探测器。它同前面两种点型感烟探测器的主要区别在于线型感烟探测器将光束发射器和光电接受器分为两个独立的部分，使用时分装相对的两处，中间用光束连接起来。红外光束感烟探测器又分为对射型和反射型两种。感烟式火灾探测器适宜安装在发生火灾后产生烟雾较大或容易产生阻燃的场所；它不宜安装在平时烟雾较大或通风速度较快的场所。2.产品分析①选用产品：JTY-HF-C33型线型光束感烟火灾探测器②原理结构探测器结构示意图如下:图5光束感烟探测器结构图Fig.5BlockdiagramofthePhotoelectricsmokedetector固定轴螺丝：用来紧固发射器、接收器，应在调试前拧紧；角度紧固螺丝：用来旋转定位发射器、接收器，应在调试后拧紧；指示灯：接收器分别有红色、黄色指示灯，用来指示探测器的状态；安装固定孔：应尽量固定在发射或接收器重心位置，且使支撑架与墙壁紧固贴实安装，固定孔间距离如图所示；出线孔：用于外部连接线，护线管应使用φ16以上金属软管；安装方式：除正常安装方式外，也可将支撑架反过来安装，或也可将接收、发射器与支撑架成90°夹角安装。③性能指标表1发射器性能指标项目规格型号JTY-HF-C33（发射器）发射距离、连接150m以上红线接：24V、黑线接：0V工作电压、电流DC16V~35V8mA~10mA使用温度、湿度-15℃~RH0%~95%重量、光轴调整发射器：1左右：±25°、上下：±25°表2电流型接收器性能指标项目规格型号JTY-HF-C33（接收器）监视距离、灵敏度5m~100m4.3dB62%工作电压、电流DC16V~35V抗电源反接功能30mA指示灯红色灯：预火警、火警黄色灯：遮挡预故障、故障使用温度、湿度-15℃~RH0%~95%接收器连接P红线：24V（+）、S黄线：信号输出、G黑线：24V（－）信号输出值故障：0mA、正常：5mA、火警：20mA重量、光轴调整发射器：1左右：±25°、上下：±25°表3开关型接收器性能指标项目规格型号JTY-HF-C33（接收器）监视距离、灵敏度5m~100m4.3dB62%工作电压、电流DC16V~35V抗电源反接功能30mA指示灯红色灯：预火警、火警黄色灯：遮挡预故障、故障使用温度、湿度-15℃~RH0%~95%接收器连接P红线：24V、G黑线：0V、黄线：2根、兰线：2根信号输出值故障：兰线断开正常：兰线闭合火警：黄线、兰线闭合重量、光轴调整发射器：1左右：±25°、上下：±25°表4电压型接收器性能指标项目规格型号JTY-HF-C33（接收器）监视距离、灵敏度5m~100m4.3dB62%工作电压、电流DC16V~35V抗电源反接功能30mA指示灯红色灯：预火警、火警黄色灯：遮挡预故障、故障使用温度、湿度-15℃~RH0%~95%接收器连接P红线：24V（+）、S黄线：信号输出、G黑线：24V（－）信号输出值故障：0V（高阻）、正常：5V、火警：20V重量、光轴调整发射器：1左右：±25°、上下：±25°本产品出厂时已标定报警灵敏度，现场调试完毕即达到报警要求。当有火情时，探测器始终报火警。当火情撤销后，探测器延时1分钟自动复位或接收器重新上电复位火警。④性价比分析红外烟雾警报器普遍价格较高，精度高，本产品JTY-HF-C33型线型光束感烟火灾探测器(以下简称探测器)，内置单片计算机，具备全面的分析判断能力，通过在探测器内部固化的运算程序，可自动完成对外界环境变化的补偿及火警﹑故障的判断，并通过指示声、光和信号输出线给出状态指示。该探测器设有调试指示功能，调试方法简单、方便。特别适用于无遮挡空间的高层建筑群，如各类商场、厅堂馆所、古建筑物、大型车间、仓库、隧道、及各种建筑的夹层、闷顶等，凡是在火灾形成前有烟雾出现的场所均可使用本产品。性价比较高。⑤不足之处及改进意见在探测器使用过程中,探测器窗口很容易积聚灰尘等粒子,这些粒子的存在会减弱红外光束到达接收器的辐射通量,从而影响探测器的感烟探测灵敏度。为了抵消此作用,在接收器设计中,增加了感烟动作阈值自动补偿电路,这样,对于长时间逐步累加起来的灰尘等不会引发探测器误报火警。同时在探测器设计中,增加了故障监控环节,自动监视探测器线路是否发生故障或红外光束是否被非火灾因素所遮挡。当故障发出后,信号线输出故障报警信号,并切断火灾报警输出,避免由于故障发生而输出误报火警。3.综合描述及选用原则选用原则：由于离子烟雾报警器对小粒子较敏感，所以在烹饪时会有较快的反应。①将烟雾报警器安装在离烟雾源的地方较远处，那么烟雾粒子到达报警器时就会变弱很多，如果你选择了这种方法，就应该弄清楚空气的流动方向。否则也起不到什么效果。②安装一个光电烟雾报警器。当发生的火灾产生的是较小的粒子，你可能失去较早报警的机会，但是你也省去多个烟雾报警器失灵的麻烦。③安装一个离子/光电联合烟雾报警器。如果两种传感器结合在一起，离子传感器的敏感度可以设置的小一些，这样装置就会减少误报，同时你也可以拥有一个对蔓延快的熊熊大火和蔓延较慢的闷烧的火灾都有较大灵敏度的烟雾报警器。④安装一个有静音功能的离子烟雾报警器。这样你可以让报警器降低灵敏度15分钟，抽烟或做饭时避免刺耳的报警声。改进意见：由于各类烟雾报警器均采用烟雾颗粒遮挡原理，这就需要烟雾达到一定量，而不是鉴别烟雾为何种烟雾。这样可能导致两种失误：第一，可能烟雾未达到要求量警报器不工作，导致工作不及时；第二，可能对其他烟雾产生误报。我的改进意见是，利用对有害气体敏感的气敏元件能，感知火灾发生时产生的有害气体这样可以避免上述两种情况的发生。2.2防盗大师：C&K防盗报警系统2.2.1C&K防盗报警器材简介C&K防盗报警系统是C&K公司的防盗报警器材产品。C&K公司（中文名为：时机防盗系统有限公司）成立于1982年10月，在1986年进入中国市场。C&K防盗产品以其自身的卓越品质、系列产品的优势和良好的性能价格比以及持续不断改进的产品质量和售后服务，占领了中国防盗产品市场60%左右的份额。C&K发展到今天已经成为同行业中最大的、也是最成功的国际性防盗产品制造企业之一。C&K为了保证产品质量的稳定性和可靠性，其生产管理和质量保证体系在1993年就已全部通过了ISO9002的认证。此外C&K产品还有2个方面的突出优势，进一步保证了产品品质。首先是整机中元部件的自行设计和制造，这是从基础元件上解决整机技术参数的一致性和可靠性的唯一有效办法。例如探测器，这是一种集数字/模拟，高频/低频，微波/红外于一身的设备，采用了很多非标准的特殊部件。有些厂家依靠外加工或移植其他产品部件来拼装探测器。而C&K的探测器则是从微波振荡二极管到谐振腔天线、菲涅尔红外透镜，甚至到制造透镜的特殊工具，都是自行设计，自行生产的。这就从根本上保证了产品一致性。其次是C&K对产品的环境试验。试验条件大多超过了美国保险商实验室(UL)标准。为了解决室内环境试验问题，该公司建造了一个500平米的试验室，这是该行业中唯一的全天候试验室，室内可制造各种极端环境变化，高温、低温、干燥、潮湿、甚至可以造雨。为了试验气候影响，C&K对每一种新产品要在世界上各种有代表性气候条件的地区，实际安装试用几个月到一年的时间。例如在平均每年有3万次闪电的澳大利亚达尔文港作抗雷击试验；在人中最密集的地区之一---香港作电气干扰试验；在赤道国家印尼作高湿气候试验；在有90%住宅邻海的佛罗里达作大气腐蚀试验；在西班牙作夏季高温气候试验；在阿拉斯加作低温气候试验；并且在法国一些古老建筑物内作探测性能试验。上述这些艰苦的试验，炼就了C&K一代又一代的新产品，也为C&K赢得了世界殊荣。2.2.2C&K防盗报警系统的组成C&K报警系统由以下三个部分组成：1．C&K探测器。图6C&K探测器示意图Fig.6图6C&K探测器示意图Fig.6SchematicdiagramofC&KdetectorsC&K探测器种类包括微波/被动红外双鉴器、被动红外单鉴器、玻璃破碎感应器、主动红外对射、以及门磁开关等五大类。探测器的安装方式有表面型、卧式型、吸顶型、旋转支架型。在探测器中所采用的技术方式可分为双鉴式移动探测、智能双鉴式移动探测、微波源监控、自检技术、红外视场单边触发、红外主导、双频声波感应技术和无线传输──频谱扩展通信等8种。本文主要介绍双鉴式移动探测技术。2．报警控制主机。报警控制主机是整个报警系统的大脑和灵魂。报警控制主机接收探测器传递而来的报警信息，判断是否有人入侵。如果有人入侵，该主机控制报警执行机构发出警报声、向用户示警并且根据用户的设置选择是否向公安部门报警。C&K的报警控制主机目前是以具有通信功能的2300系列为主，同时也为单机使用的客户提供3--6防区的控制器，如ML2,ML3型。年内还将推出5832主机，不但在通信方面具有兼容性，而且在组网、密码、防区、指令等功能上更加完善，更适合于大型系统使用。3．联网报警中心软件。联网报警中心软件的作用是，当多台报警控制主机同时连接到公安部门的接警中心时，能够保证报警主机与接警中心之间通讯的准确性、安全性、快速性和方便性。防止漏报、误报和犯罪分子利用高科技进行切断或屏蔽。C&K报警中心软件名称是监察者(MONITOR)。目前已广泛使用的是监察者Ⅱ3.0版本，主要适用于2300系列控制主机联网。C&K监察者Ⅱ软件要在WINDOWS95以上版本操作系统下运行。这是因为窗口的点靶操作简单易行，配用鼠标器作功能选择和操作。此外WINDOWS还具有在程序和存储管理间多任务作业和动态连接的特性。使用监察者Ⅱ必须安装加密狗以防非法盗用。2.2.3C&K防盗报警系统各部分的原理1.C&K探测器（1）双鉴式移动探测技术基本原理：①多普勒效应：物体辐射的波长因为波源和观测者的相对运动而产生变化。探测器不断向视区内发射微波，当人进入微波视区时，由于多普勒效应的存在，会使反射波的频率发生改变，这就是我们的检测量。探测器根据检测量的改变可以计算出人的体积和移动速度。②红外感应工作原理。人体都有恒定的体温，一般在37度，所以会发出特定波长10um左右的红外线，被动式红外探头就是靠探测人体发射的10um左右的红外线而进行工作的。人体发射的10um左右的红外线通过菲涅尔透镜增强后聚集到红外感应源上。红外感应源通常采用热释电元件，这种元件在接收到人体红外辐射温度发生变化时就会失去电荷平衡，向外释放电荷，后续电路经检测处理后就能产生报警信号。③菲涅尔透镜。菲涅尔透镜多是由聚烯烃材料注压而成的薄片，镜片表面一面为光面，另一面刻录了由小到大的同心圆。菲涅尔透镜的在很多时候相当于红外线及可见光的凸透镜，效果较好，但成本比普通的凸透镜低很多。菲涅尔透镜利用透镜的特殊光学原理，在探测器前方产生一个交替变化的“盲区”和“高灵敏区”，以提高它的探测接收灵敏度。当有人从透镜前走过时，人体发出的红外线就不断地交替从“盲区”进入“高灵敏区”，这样就使接收到的红外信号以忽强忽弱的脉冲形式输入，从而加强其能量幅度。菲涅尔透镜作用有两个：一是聚焦作用；二是将探测区域内分为若干个明区和暗区，使进入探测区域的移动物体能以温度变化的形式在PIR（被动红外线探测器）上产生变化热释红外信号。④对微波和红外两种触发信号作算法处理，最终确定视区内是否有入侵者。图7菲涅尔透镜成像示意图Fig.7SchematicdiagramoftheFresnellens⑤双鉴式探测的误报率较低。此外由于是双鉴比较图7菲涅尔透镜成像示意图Fig.7SchematicdiagramoftheFresnellens（2）智能双鉴式移动探测技术智能探测器是指在双鉴技术上进行微处理器控制，进一步降低由于小动物或恶劣环境引起的误报。它从红外，微波及微处理器三个角度降低误报。①红外：采用灵敏度均一的光学透镜。一个探测器的光学透镜如果灵敏度不均一是无法正确区分入侵者和小动物之间的差异的。当一只猫走过灵敏度过强的区域时看上去会象一个入侵的人那么大，这样就导致探测器产生误报。相反，当一个入侵的人走过一个灵敏度太弱的区域时看上去会象一个小动物，这样会导致探测器漏报。下图给出了C&K探测器用菲涅尔透镜和标准菲涅尔透镜的视区图：图8C&K产品灵敏度示意图图9采用标准菲涅尔透镜的红外灵敏度示意图从图8和图9的对比可以很明显看出标准镜存在漏报或误报的可能性非常大，而C&K产品则避免了这些情况。灵敏度均匀的透镜就可以避免这种漏报和误报，该透镜的每一面都能将相同的红外能量聚集在电热元件上。因此，所有探测波瓣的形状和大小都能保持一致。这样就产生了每个波瓣都灵敏度均匀一致的扇型探测视区。②微波：使用S-波段，波长13cmS波段具有良好的鉴别动物的能力。当使用S波段时，人与动物的多谱勒反射频率有很大的区别；同时，四肢与躯干的多谱勒反射频率也有很大的区别。如右图所示。通过检测反射频率的幅值，它们之间的比例关系，可以区别动物和人。③微处理器：这是新型探测器的大脑通过对人与动物反射频谱的大量分析，建立了数据丰富的识别数据库，使C&K的新型探测器具有识别动物的高智能化。（3）产品分析①选用产品：DT500/DT500T三鉴（智能双鉴）探测器②产品特点能抵抗较大动物引起的误报（动物的重量之和可达45公斤）内置微处理器，无论被动红外还是微波技术都能对输入的信号进行分析和处理灵敏度均匀一致的光学系统，解决被探测主体近大远小的误差真实的温度补偿享有专利的俯视区反射式光路系统能捕获潜行的入侵者③技术指标探测范围：11米电源要求：35mA/10VDC，10—14.5VDC40mA（最大），12VDC灵敏度探测视区内正常步速：2—4步微波频率：2.45GHz防拆开关：25mA，30VDC（仅DT—500T有）报警继电器励磁A型，100Ma/30VDC工作温度：－10°—＋49°抗辐射干扰：30V/m，10MHz—1000MHz抗白光干扰：6500Lux外型尺寸：130×70×40mm认证：UL；ULC；IC；FCC；CE④不足之处及改进意见缺点：1）该产品采用12V直流电源，内置充电电源，且该探测器为有线报警设备，故在安装时需要额外布线。对于居室来说，探测器一般安装在房间顶部角落，对于已装修居室来说，墙外布线安装很不方便。2）该产品的微波采用的是S波段，波长13厘米，其探测精度和灵敏度较使用k波段的探测器较低，误报率较高。改进意见：1）改变内部供电结构，比如加入一个小功率的Boost升压电路，采用1.5V的5号或者7号电池供电，这样可以减少电源线的布置和变压器的使用，也方便了电源的更换。2）改变有线报警的设置，采用蓝牙等技术实现无线报警，从而彻底消除布线的麻烦。3）采用Ku波段测距，提高探测器的精度和灵敏度。（4）各种探测器比较为了进一步说明C&K探测器产品的性能和价格对比，我们给出了下面这一张探测器性价比较。表5C&K探测器产品性能比较型号保护范围特点适用场所价格1IS150双元红外，保护15m×12m的立体空间，探测视角90度经济型探测器、灵敏度较高。壁挂安装，安装高度2.3m，适合无小动物的居家场所，￥2302MC735TMC760T单红外，带微处理器。保护11m×15m/18m×25m的立体空间，探测视角90度防止小动物误报,如老鼠、猫（体重不超过11kg），外观小巧，灵敏度适中、价格适中。壁挂安装，安装高度2.3m，适用一般的居住场所，允许有小动物￥430￥5003DT500T三鉴，保护区域为11m×9m的立体空间，探测视角80度防止大动物误报,如老鼠、猫、狗（体重不超过45kg）。缺点是灵敏度较低。为普及型探头。壁挂安装，安装高度2.2m，适用于环境恶劣，动物较多的场所￥6304DT725三鉴，保护区域为7.6m×9m的立体空间，探测视角90度防止环境误报，如室内电器较多，自动屏蔽户外干扰。灵敏度高，防动物效果较差。为普及型探头。壁挂安装，安装高度2.3m，适用于办公场所、居家、沿街店面￥5805DT700DT706三鉴，保护区域为11m×12m/15m×18m的立体空间，探测视角90度防止环境误报，如室内电器较多，自动屏蔽户外干扰。外观精致、灵敏度高，防动物效果较差。壁挂安装，安装高度2.3m，适用于办公场所、居家、沿街店面￥750￥8506DT750四鉴，防止遮挡，保护区域为11m×11m的立体空间，探测视角90度能防止意外或故意的遮挡，防止环境误报，如室内电器较多，自动屏蔽户外干扰。灵敏度高，防动物效果较差。壁挂安装，安装高度2.3m，适用于安全级别要求较高的场所。￥9507DT6360三鉴，保护区域为直径12m的立体空间，安装高度2.4~4.5m，探测视角360度吸顶安装，外观豪华，与原有装修合为一体，不易为外人觉查。带防动物功能。安装高度建议不超过4.5m，适用于对外观要求较高的大厅，最好为方型。￥13008DT900四鉴，防遮挡，保护区域为15m×12m或27m×21m的方型立体空间，可选增加近距主动红外，防遮挡、防小动物。壁挂安装，安装高度2~4m。适用车间、仓库、自选商场等需防范大面积区域的场所。￥21309DT906四鉴，防遮挡，保护区域为37m×3m或61m×5m的窄长立体空间，可选增加近距主动红外，防遮挡、防小动物。壁挂安装，安装高度2~4m。适用走廊、车间、仓库、自选商场等需防范窄长区域的场所。￥250010FG1025R玻璃破碎探测器，保护前方最远为7.6m的玻璃吸顶安装，外观豪华，与原有装修合为一体，不易为外人觉查。不带方向性，可保护四面都为玻璃的场所。￥53011FG1025Z玻璃破碎探测器，保护前方最远为7.6m的玻璃吸顶安装，外观豪华，与原有装修合为一体，不易为外人觉查。带方向性，仅保护探测器前方160度的玻璃。￥5802.C&K报警控制主机C&K控制主机具有的基本功能可分为如下八类。现以2300系列中具有代表性的SYSTEM238C主机为例,分别说明。①组网功能238是一个现场控制指挥中心，相当于前线指挥部。监视控制着8个防区,3个警区。如果用户需要扩大防范区域或要将现场警情上报到公安局或保安值班室等治安部门，就可以利用238的组网功能。借用市内电话网通信，传递报告，接受遥控指挥。238主机可与两个中心站通讯,为了防止电话线路“占线”情况导致通信失败，可以设置双报告、后备报告、分类报告三种形式。另外，可由指令设置拨号次数，反复拨叫中心站电话直至拨通。也可以由指令设置拨号前延时，若在延时结束前撤防，警情也就不上报中心站。图10组网示意图Fig.10Networkdiagrams238系统组网建站均要由当地治安主管部门负责实施管理。建站的主要设备是一台工控机（或原装品牌计算机，多媒体配置）、打印机、专用调制解调器等。软件采用C&K“监察者Ⅱ”（3.0版本），操作系统为WINDOWS95以上版本。中心站要配接2条市内电话线路,网内每个238系统均要接入电话线。②密码操作功能238设有四种密码，具有不同的控制权限，可分配给不同级别的管理人员使用。238设有一个安装员码，八个用户码。【安装员码】---为最高一级操作码。也称编程码,是由五位数组成的数码。可用于编写238全部指令,确定238的具体功能和参数。【主码】-------为1#用户码,既可控制其他用户码的使用,也可更改其他用户码。用户码是由四位数组成的数码。主码对系统的控制权限由[安装员码]决定,主码不能更改其他用户码对系统的控制权限。【用户码】-----238系统可配用八个用户码。1#用户码作为[主码],2#-8#用户码可分配给一般管理人员使用，用户码对系统的控制权限与主码相同。【访客码】-----为8#用户码(兼)。访客码可为外单位来本地访问时使用。访客码可由主码更改。其使用期限为1-15天，由[安装员码]决定。到期后,自行失效。如再作为8#用户码使用，需要重新由[安装员码]编写有关指令。访客码对系统的控制权限与用户码相同.③指令功能238系统之所以能够对复杂多变的局面应付自如，均应归功于它的指令系统。238可设置的指令有56条，控制着70余种功能和参数。用户可根据现场的情况，部分或全部调用这些指令，使防范区域达到所要求的保护级别。如此之多的指令可能会使人感到迷惑不解，但是对付复杂社会中的复杂“人物”，是非复杂不可的。只要潜心进入编程，逐步了解各指令的含义，自然会豁然贯通，运用自如。④防区功能238系统设置了8个防区,每个防区回路可根据防范空间配接若干个探头。回路终端采用了防破坏功能电路，对于任何试图剪断或短路电缆线的破坏行为均可立即报警并同时将报警的防区上报到中心站。此外用户还可根据不同的时间对不同的防区设置不同的功能。可选用的功能有：单撤防----在系统布防后可单独对一个或几个防区分别撤防。群撤防----在系统布防后可对某几个防区同时撤防。延时区----防区允许在设定的时间内通行，即作为出入口。每次出入超过设定时间会触发报警。即时区----防区禁止进入或通行。否则，立即触发报警。内防区----必须通过外部延时防区才可进入，如直接进入会立即触发报警。选择防区功能的原则是既要保证正常出入，又要杜绝“可乘之机”。而这就需要用户的周密策划和指令的灵活运用。⑤防劫持功能这是238为对付劫匪而设置的功能。当值班人员在匪徒胁迫下在键盘上输入自已的用户码对系统撤防或布防时，可将用户码的最后一位数加上1或减去1,如用户码为4587，改为4586或4588，238主机会判定该用户码的持有者已被劫持,立即将劫持报告发到中心站，并注明是第几号用户码送出的报告，此时系统会仍旧执行用户的命令，不露声色，直待警察到来.⑥声光功能238主机可配接警铃、普通警号、防拆警号报警。警声有断续、持续、变调三种可选。也可选择无声报警，由键盘发光管指示。当防区作为出入口时，键盘上的蜂鸣器还可作为门铃使用，此时出入防区不发出报警，仅是门铃响2秒钟。当防区作为延时区，有人进入或退出时，蜂鸣器还可发出提示声，也称预警声。表示要此人注意是否超出规定时间，到时提示音消失，超时则触发报警。用户在熟悉并使用了以上各钟声响之后，值班时会有一种轻松感，因为你仅通过声响就可以判断哪个防区有人出入，哪个防区有人超时，哪个防区起火，哪个防区进贼。⑦自检功能作为安全防范系统，其工作的可靠性是第一位的，否则其他功能无从谈起，用户的安全也无法保证。为此238主机不但在软硬件的设计生产中采用了多种可靠性设计方法，而且还在软件中设置了自检程序。可以定期检查主机的工作情况，如备用电池、保险管、交流电源、通讯、防区回路等，出现故障会立即报告中心站。此外，当238主机运行程序中断或卡死时，会自动复位，从而消除了外界电磁干扰对主机的影响，克服一般报警控制器经常遇到“死机”这一致命弱点。⑧人机对话功能238主机还可配置液晶显示屏键盘，显示屏分为上下两行，每行可显示8个字符。这使238系统具有了人机对话的功能。编写指令时，它可以逐条显示指令单元地址和你所写入的内容；日常操作时，可以显示输入的命令，命令有效它会告诉你已经执行了，命令无效它会提醒你键入错误；系统值守时，它会显示各防区的工作状态；报警时它会通知你是哪个防区出现警情；系统现故障它会警告你，并显示故障原因。此外你还可以在键盘上存入单位名称、各防区的位置和名称等信息，以便查阅。显示内容累计不超过50条。掌握起来是很容易的。以上这些基本功能是看起来难做起来容易。C&K为了使初装的用户尽快熟悉掌握系统性能，在产品出厂时将软件程序的有关指令均编写了预定值，当系统安装完成后即可开机投入运行，此时主机只适用于本地操作，无通讯功能。用户在掌握了编程方法并且熟悉了各防区的功能后，就可以根据需要重新编写指令，部分或全部调用这些系统的功能。2.2.4C&K防盗报警系统不足之处及改进意见1.238主机所使用的C&K探测器是有限设备，需要在装修时就安排好布线，同时需要配置电源。该探测器内部的12V电源一旦损坏就需要进行更换，对于已装修好的居室来说，使用该探测器不是很方便。改进意见：现在有一些无线的探测器，采用1.5V5号电池供电，按实际使用经验来看，一次性换用金霸王的电池可以维持一年半左右的时间，而且不需要提前布线，经济性实用性都比较好。2.国内生产的C&K报警器材可靠性差。国内的232、236、238等主机以及其配用探测器虽然价格较低，但是可靠性非常差。比如主机的键盘，国产橡胶键盘很容易就损坏导致按键失灵现象；而国产的双鉴探测器误报率普遍高于国际市场的产品，其受温度影响较大，在夏季和冬季灵敏度有着不小的偏差。改进意见：提高生产工艺，选用优质材料，引进国际市场的产品进行竞争，提高国内产品的市场竞争力。3．目前不管是国内产品还是国际市场的产品，在通讯功能和人机界面这两个方面都做得不足。比如说，报警主机外接拨号器和通讯设备后，在别人打电话到用户家中而用户长时间（这个时间可以设定）不接后会提示输入布防密码等信息。也就是说，报警主机和用户的家庭电话共享了一个号码，造成了一定的负面影响。但是单独给报警主机使用一个号码却又增加了运营成本。其次，238主机包括其他的很多报警主机的指令系统繁杂，需要系统学过其指令系统的人才能运用自如，在人机界面这方面还略有不足。改进意见：①报警主机外接通讯设备后可以采用一些固定的暗语区别开与用户还是外来电话的联系。②将指令系统用软件包装成一个更容易使用的界面，不再需要输入指令而只需要做选择就可以使用指令。设置权限，根据输入密码区别权限，不同的权限可以使用不同的指令。加强人机沟通。2.3红外线门窗检测器2.3.1结构和工作原理光电三极管是一种相当于在基极和集电极接有光电二极管的普通三极管，，结构与晶体管类似，但也有其特殊地方。e.b.c分别表示光电三极管的发射极.基极和集电极。正常工作时保证基极--集电极结（b—c结）为反偏正，并受光结（即基区为光照区）。光电三极管通常有npn和pnp型两种结构。常用的材料有硅和锗。例如用硅材料制作的npn结构有3DU型，pnp型有3GU型。采用硅的npn型光电三极管其暗电流比锗光电三极管小，且受温度变化影响小，得到了广泛应用。防盗报警系统是用物理方法或电子技术，自动探测发生在布防监测区域内的侵入行为，产生报警信号，并提示值班人员发生报警的区域部位，显示采取对策的系统。防盗报警系统是预防抢劫、盗窃等意外事件的重要设施。一旦发生突发事件，就能通过声光报警信号在安保控制中心准确显示出事地点，使于迅速采取应急措施。防盗报警系统与出入口控制系统、闭路电视监控系统、访客对讲系统和电子巡更系统等一起构成了安全防范系统。防盗报警系统通常由:探测器（又称报警器）、传输通道和报警控制器三部分构成。报警探测器是由传感器和信号组成的，用来探测入侵者入侵行为的，由电子和机械部件组成的装置，是防盗报警系统的关键，而传感器又是报警探测器的核心元件。2.3.2红外线门窗检测器的分类红外线报警器分主动式和被动式两种。主动式红外线报警器，是报警器主动发出红外线，红外线碰到障碍物，就会反弹回来，被报警器的探头接收。如果探头监测到，红外线是静止不动的，也就是不断发出红线线又不断反弹的，那么报警器就不会报警。当有会动的物体触犯了这根看不见的红线的时候，探头就会检测到有异常，就会报警。被动式报警器少了一项功能，就是发射红外线。物理学上告诉我们，当物体的温度高于0K的时候，就会发出红外线，换句话说任何物体都能发出红外线。而其后的原理，被动式报警器和主动式是一样的。红外线报警器对温度敏感,温度越高的物体辐射出的红外线越强,当感应到环境中存在高出背景强度的辐射时,就触发反警。2.3.3产品分析2.3.3.1主动红外报警器材①选用产品：Sn-100L~250L四光束红外对射②原理结构主动红外入侵报警器是由发射机和接收机组成，发射机是由电源、发光源和光学系统组成，接收机是光学系统、光电传感器、放大器、信号处理器等部分组成。主动红外报警器是一种红外线光束遮挡型报警器，发射机中的红外发光二极管在电源的激发下，发出一束经过调制的红外光束(此光束的波长约在0.8～0.95微米之间)，经过光学系统的作用变成平行光发射出去。此光束被接收机接收，由接收机中的红外光电传感器把光信号转换成信号，经过电路处理后传给报警控制器。由发射机发射出的红外线经过防范区到达接收机，构成了一条警戒线。正常情况下，接收机收到的是一个稳定的光信号，当有人入侵该警戒线时，红外光束被遮挡，接收机收到的红外信号发生变化，提取这一变化，经放大和适当处理，控制器发出的报警信号。目前此类报警器有二光束、三光束还有多光束的红外栅栏等。一般应用在周界防范居多，最大的优点就是防范距离远，能达到被动红外的十倍以上探测距离。图11主动红外入侵探测器原理框图Fig.11BlockdiagramofactiveIRDetectorsforintruderalarm③性能指标警戒距离50m100m150m光束数4束探测方式4光束同时遮断检知式消耗电流95mA100mA100mA电源电压DC13.8V-24VAC11V-18V环境温度-25°C～+55°C光源数字滤波式报警输出1C继电器接点输出接点容量DC30V/0.5AMAX感应速度35-700msec可变产品尺寸：355(H)X99(W)X104(D)mm④性价比分析主动式红外报警器可以做到简单，经济可靠。最大的优点就是防范距离远，能达到被动红外的10倍以上探测距离。⑤不足之处及改进意见飞鸟、动物、温度、光线、空气流动、雾气、雨雪等等环境因素以及安装方式、角度、位置等因素都很容易引发误报。目前报警系统出现误报、漏报主要有以下几个方面原因。无线探测器抗干扰能力羞表现为同频干扰容易造成误报、漏报。红外探测器对入侵行为判断力不够准确造成误报、漏报。红外探测器易受温度、光线等环境因素影响而产生误报。因此要降低防盗报警器的误报、漏报最重要的是要从多方面的因素加以考虑，比如从技术和性能方面选择探测器、包括传感探头的选择、菲涅尔透镜的外形设计，微处理器程序，多鉴技术、自动跳码的滚动编码技术、生产工艺、使用方法，温度补偿，灵敏度探测距离调整等。这些综合因素都决定了探测器的性能和误报率。2.3.3.2被动红外报警器材①选用产品：HWHD-4000M型被动红外线防盗报警系统②原理结构图12被动红外入侵探测器原理框图Fig.12BlockdiagramofpassiveIRDetectorsforintruderalarm被动式红外报警器主要由光学系统、热释电红外传感器、信号滤波和放大、信号处理和报警电路等几部分组成。菲涅尔透镜可以将人体辐射的红外线聚焦到热释电红外探测元上，同时也产生交替变化的红外辐射高灵敏区和盲区，以适应热释电探测元要求信号不断变化的特性；热释电红外传感器是报警器设计中的核心器件，它可以把人体的红外信号转换为电信号以供信号处理部分使用；信号处理主要是把传感器输出的微弱电信号进行放大、滤波、延迟、比较，为报警功能的实现打下基础。图13菲涅尔透镜检测示意图Fig.13SchematicofFresnellens③性能指标电源：AC220V±10%，DC12V工作频率：36.6MHz工作温度：-35°C—+50°C无线距离：≥1000米具有报警实时记忆，当报警器报警时，主机时钟自动定时。报警指示灯：报警时灯光会闪烁。报警方位：当警戒点发生盗情时，相应的方位灯发亮。主机可接收：1－60路探测器④性价比分析被动红外警报器本身不发射任何类型辐射，期间功耗很小，隐蔽性较好，价格低廉。⑤不足之处及改进意见缺点是容易受各种热源，阳光源干扰；被动红外穿透力差，人体的红外辐射容易被遮挡，不易被探测器接收；易受射频辐射干扰；环境温度和人体温度接近时，探测器灵敏度明显下降，有时造成短时失灵。改进措施1）使用优质材料选择镜面材料：改进菲涅尔透镜所用的材料，使其具有很好的波长选择特性。在容许人体所发出的红外光线通过的同时，尽可能阻挡白光中其他波长的光线，消除白光干扰。双重屏蔽薄膜：在传感器前，加贴特殊的传导滤光膜，称为双重屏蔽薄膜。此膜的作用，一方面可减少阳光、汽车前灯、荧光灯等光源的影响。另一方面此薄膜还具有抗RF无线电频率干扰的作用，使探测器具有20V/M或30V/M的抗干扰能力。磁力保护继电器：该继电器可以防无线电磁干扰和外力破坏。2）改进光学系统球形透镜：探测器在工作时，其探测范围在上下、左右要张开一定的角度。而在有效的探测范围内，其各项灵敏度应尽量保证一致。为了改善探测扇面的均匀特性，采用了球形透镜，使透镜上每个探测区域的焦距保持一致，灵敏度不变。密封光学系统：在透镜和电路板之间采用隔热塑料盒，将传感器置于密封盒内，处于相对恒温的条件，可以减少电路元器件发热引起的干扰;在传感器周围采用碳黑海绵对白光进行吸收，可减少外界白光干扰，同时也起到了防尘、防潮、防小虫侵入的作用。选择：被动红外报警器主要是根据外界红外能量的变化来判断是否有人在移动。人体的红外能量与环境有差别，当人通过探测区域时，报警器收集到的这个不同的红外能量的位置变化，进而通过分析发出报警。但报警探头探测到外界环境不只是探测到人体发出的红外能量，许多物体在一定的条件下都会散发红外能量，而在可见光中这种能量尤其突出，所以任何被动红外报警器的抗白光干扰就成了一个重要的指标，这对探测器的误报率起着决定性的作用，。建议企业在室内使用被动报警器，因为室内光线稳定、红外能量比较恒定的情况下，这种环境下探测效果非常好。企业在选择红外报警器时候应该根据自身的环境特点进行的选择，这样才能使红外线防盗系统发挥最大的作用。相比被动红外报警器，主动红外系统一般用在周界防范，在选择主动红外报警器时，也需要注意以下问题：1)主动红外入侵报警器受雾影响严重，室外使用时均应选择具有自动增益功能的设备(此类设备当气候变化时灵敏度会自动调节);另外，所选设备的探测距离实际警戒距离留出20%以上的余量，以减少气候变化引起系统的误报警。多雾地区、环境脏乱风沙较大地区的室外不宜使用主动红外入侵测器。2)在室外使用时一定要选用双光束或3光束主动红外入侵报警器，以减少动物、落叶等引起系统的误报警。3)在围墙上、屋顶上或空旷地带使用主动红外入侵报警器时，应选择具有避雷功能的设备。遇有折墙，且距离又较近时，可选用反射器件，以减少报警器使用数量。2.4燃气检测器2.4.1燃气体检测报警器的基本结构和工作原理2.4.1.1可燃气体检测报警器的基本结构可燃气体检测报警器主要有三部分组成，一是检测器，采集空气中的可燃气体，安装在可燃气体释放源附近；二是控制器，显示油气浓度，当达到设定值时，发出警报或其它信号，一般安装在有人值守的值班室；三是连接部分，是指防电磁干扰的铠装电缆或加金属套管的电缆，将检测器的信号传递至控制器。2.4.1.2可燃气体检测报警器的工作原理当检测器检测到空气中的油气时，将油气浓度的大小转化为相应的信号，由连接电缆传送至控制器，控制器在将电信号转化为数字信号，在液晶显示器上显示出油气的浓度值，但值大于设定值时，便由蜂鸣器或警示灯发出报警信号，或启动连锁系统，关闭释放源.2.4.2燃气体检测报警器的分类家用燃气报警器的核心部件是气体传感器。目前按照气敏特性来分.气体传感器主要分为:半导体型、催化燃烧型和电化学型。半导体传感器是利用一种金属氧化物薄膜制成的阻抗器件其电阻随着气体含量不同而变化。自从1962年半导体金属氧化物陶瓷气体传感器问世以来半导体气体传感器已经成为当今应用比较普遍的一类气体传感器。针对可燃气体(天然气、石油气)催化燃烧型传感器的工作原理是气敏材料在通电状态下可燃气体在表面或者在催化剂作用下燃烧，由于燃烧使气敏材料温度升高从而使电阻发生变化以测量气体含量的变化。催化燃烧传感器的探测精度不受其它气体的干扰及其空气中污染物的影响，抗干扰性好。近年来，部分家用燃气泄露报警器生产厂家选用催化燃烧型传感器不仅大大提高了报警的准确性，减少了误报，并为报警器的长期有效使用提供了保障。电化学传感器是探测煤制气泄露或燃气不充分燃烧形成的一氧化碳最可靠的传感器。电化学气体传感器是通过检测电流来检测气体的浓度.分为不需供电的原电池式以及需要供电的可控电位电解式目前其可以检测许多有毒气体和氧气，后者还能检测血液中的氧浓度。电化学传感器的主要优点是气体的高灵敏度以及良好的选择性，不足之处是有寿命的限制(一般为两年)。2.4.3产品分析2.4.3.1电阻式半导体气体传感器①选用产品：MQ-6半导体可燃气体传感器②原理结构图14表面吸附控件型的工作示意图Fig.14SchematicofGassensorsworingbycontrolsadsorbedonsurface气体传感器以陶瓷管为框架，外覆一层敏感膜的材料，利用膜两端的镀金引脚进行测量。敏感膜的材料最常用的有金属氧化物、高分子聚合物材料和胶体敏感膜等。它的两个关键部分是加热电阻和气体敏感膜。金电极连接气敏材料的两端，使其等效为一个阻值随外部待测气体浓度变化的电阻。由于金属氧化物有很高的热稳定性，而且这种传感器仅在半导体表面层产生可逆氧化还原反应，半导体内部化学结构不变，因此，长期使用也可获得较高的稳定性。金属氧化物一旦加热，空气中的氧就会从金属氧化物半导体结晶粒子的施主能级中夺走电子，而在结晶表面上吸附负电子，使表面电位增高，从而阻碍导电电子的移动，所以，气体传感器在空气中为恒定的电阻值。这时还原性气体与半导体表面吸附的氧发生氧化反应，由于气体分子的离吸作用使其表面电位高低发生变化，因此，传感器的电阻值要发生变化。对于还原性气体，电阻值减小；对于氧化性气体，则电阻值增大。这样，根据电阻值的变化就能检测气体的浓度。图15可燃气体报警器电路Fig.15Combustiblegasalarmingcircuit③性能指标使用材料：半导体可燃气体传感器MQ-6所使用的气敏材料是在清洁空气中电导率较低的二氧化锡(SnO2)。检测气体液化气、异丁烷、丙烷、LPG检测浓度300-10000ppm（丙烷、丁烷、液化石油气）回路电压（Vc）≤24VDC加热电压（VH）5.0V±0.2VACorDC负载电阻（RL）可调加热电阻（RH）31Ω±3Ω（室温）加热功耗（PH）≤900mW敏感体表面电阻（Rs）2KΩ-20KΩ(2000ppmC3H8)灵敏度（S）Rs(inair)/Rs(1000ppm异丁烷)≥5浓度斜率（α）≤0.6(R2000ppm/R1000ppmLPG)温度、湿度20℃±2℃；65%±5%RH标准测试电路Vc:5.0V±0.1V；VH:5.0V±0.1V预热时间不少于48小时④性价比分析半导体传感器制造简单.成本低廉，目前，国内使用的家用燃气泄露报警器超过90%选用半导体传感器.虽然购买成本低廉但厨房内的油烟蒸汽以及温湿度的变化产生的误报给使用者带来极大的困扰和不便。有的用户不胜误报之烦，干脆一关了之，不再使用.⑤不足之处及改进意见不足之处体现在必须在高温通电的状态下工作、对气体或气味的选择性差、元件参数分散、稳定性不理想、功率高等方面,不宜应用于计量准确要求的场所。改进措施：改变材料本身：添加贵金属催化剂和开发新型的气敏材料，改变半导体气敏材料的电阻和敏感特性，改变材料的电导率；设计新型的气体传感器：基于气体传感器的互补反馈和互补增强原理设计新型组合结构，提高传感器的稳定性和选择性；气敏材料的超微粒化增大气敏元件的灵敏度；借助仿生技术，模仿生物嗅觉机能,利用性能彼此重叠的多个化学传感器(简称气体传感器阵列)和适当模式识别系统来模仿生物，利用仿生技术可以制作有效的识别简单和复杂气味的传感器。2.4.3.2催化燃烧型传感器①选用产品：MC101型载体催化元件②原理结构利用催化燃烧的热效应原理，由检测元件和补偿元件配对构成测量电桥，当遇到可燃性气体时，可燃气体在检测元件载体表面及催化剂的作用下发生燃烧，载体温度就升高，通过它内部的铂丝电阻也相应升高，从而使平衡电桥失去平衡，输出一个与可燃气体浓度成正比的电信号。利用惠斯登电桥测量电路可测出敏感元件电阻值的变化量，并可以进一步推算出相应的瓦斯含量。图16催化燃烧式瓦斯传感器原理图Fig.16SchematicsofGassensorsusingCatalyticcombustion图16中的r2为敏感元件，r1为补偿元件、r1与r2制作材料相同，r1表面未涂催化剂，不参与催化反应。在无瓦斯的新鲜空气中r2=r1，调整电桥使之平衡，信号输出端电压UAB=0。当有瓦斯时，在敏感元件r2表面发生催化燃烧，r2的阻值增加为r2+△r2，但r1阻值不变，从而导致电桥失去平衡。当采用恒压电源E供电时，电桥输出的不平衡电压为:设r2=r1=r>>△r2，则有式(2)表明，电桥输出电压与瓦斯浓度近似成正比。因此在一定的范围内，电桥输出电压与瓦斯浓度呈线性关系，根据测得的电压值便可推算出瓦斯浓度值。图17双臂热导池构造Fig.17Blockdiagramoftwo-armThermalconductivitycells③性能指标工作电压(V)3.0±0.1工作电流(mA)110±10灵敏度(mV)1%甲烷25~501%丁烷30~501%氢气25~45线形度（%）≤5测量范围（％LEL）0~100响应时间(90%)小于10秒恢复时间(90%)小于30秒使用环境-40－+70℃低于95%RH储存环境-20—+70℃低于95%RH外形尺寸（mm）Φ12mm×8mm④性价比分析催化燃烧探头式传感器采用最普遍应用的可燃性气体探测技术，无论是对于有机气体还是无机气体。它应用范围广，被誉为“不挑剔的传感器”，对于烷烃类及非烷烃类可燃气体均有较好的反应。催化燃烧式被认为是可燃性气体检测的一种工业标准，并以其可靠性和良好的现场工作性能赢得了很高的信誉。它在安装维护中的灵活性和低成本使它更容易被接受。特点如下：1）高选择性：凡是可以燃烧的，都能够检测；凡是不能燃烧的，传感器都没有任何响应。当然，“凡是可以燃烧的，都能够检测”这一句有很多例外，但是，总的来讲，上述选择性是成立的。2）计量准确，响应快速，寿命较长。传感器的输出与环境的爆炸危险直接相关，在安全检测领域是一类主导地位的传感器。⑤不足之处及改进意见缺点：1）工作温度高，检测元件的表面温度一般在200到300℃，内部温度最高可达到700到800℃，因此催化燃烧式传感器不能做成本安防爆型结构，只能做成隔离防爆型结构；2）元件易受硫化物、卤素化合物等的影响，降低使用寿命；3）在缺氧环境下用可燃气体报警器检测时指示值误差较大。4）不同可燃气体的燃烧值不同,传感器测量的是燃烧引起的电阻变化而不是浓度的变化,因此不同可燃气体即使在相同的浓度下读数也可能不同。改进措施：催化燃烧式传感器检测电路催化燃烧法是检测可燃气体的一种重要的方法。催化传感器自20世纪6O年代问世以来，一直采用的检测方法为电桥检测，即将敏感元件r。、补偿元件r2及电阻器组成惠斯顿电桥。但这种传统检测方法存在诸多问题：1)检测范围小：催化传感器在制作过程中进行稳定性老化处理时，元件表面形成了稳定的积碳。当气体体积分数过高时，造成催化传感元件上的温度过高，将传感元件表面的积碳烧去，温度降低时又会逐渐恢复;2)相应速度慢：在电桥检测方法中，传感器的输出信号是由于传感器的温度升高、Pt丝阻值增大产生的。由于传感器的温度变化有较长时间的延迟，故信号相应时间较长;3)传感器使用寿命短：有关试验表明：催化传感器的工作温度越高，其灵敏度衰减得越快，不仅调校周期缩短，使用寿命也相应缩短，这是因为催化载体在高温的作用下发生了再结晶的过程。催化传感器的以上问题靠传感器本身的制作工艺是无法解决的，而是要通过新的检测方法，使催化传感器在检测可燃气体时工作温度保持不变，则可以从根本上解决上述问题，这是由于催化传感器工作在恒温状态，不会因为温度过高而使敏感元件的物理特性发生改变。其检测电路如图2所示。图18检测电路组成图Fig.18BlockdiagramoftheDetectingcircuit检测电路工作时，气体在敏感元件表而发生氧化放热反应，使催化传感元件的温度升高，阻值增大，电桥输出不平衡，这种不平衡经由反馈电路反馈至恒温控制电路，恒温控制电路控制流经电桥的电流下降，使敏感元件温度下降，阻值减小，直到电桥重新恢复平衡状态。通过这种反馈，使催化传感元件工作在恒定的温度。并且，恒温控制电路可以控制敏感元件的工作温度:敏感元件处于工作温度(约500摄氏度)时，可燃气体与之发生催化燃烧反应;敏感元件处于非工作温度(约200摄氏度)时，可燃气体不与之发生催化燃烧反应。2.4.3.3电化学式气体传感器①选用产品：一氧化碳传模组M405②原理结构电化学式气体传感器，主要利用两个电极之间的化学电位差，一个在气体中测量气体浓度，另一个是固定的参比电极。电化学式传感器采用恒电位电解力一式和伽伐尼电池力一式工作。有液体电解质和固体电解质，而液体电解质又分为电位型和电流型。电位型是利用电极电势和气体浓度之间的关系进行测量;电流型采用极限电流原理，利用气体通过薄层透气膜或毛细孔扩散作为限流措施，获得稳定的传质条件，产生正比于气体浓度或分压的极限扩散电流。图19恒定电位电解式传感器的工作原理Fig.19SchematicsoftheConstantpotentialelectrolysissensor图20恒电位电解式气敏传感器结构Fig.20Blockdiagramoftheconstant-potentialGassensors③性能指标探测气体：一氧化碳探测范围：0-1000ppm传感器类型：电化学气体传感器工作电压：5-12V工作电流：<2uA精度：0-150ppm（+-5ppm）150-400（+-10ppm）预热时间：30s预期寿命：>2年使用环境：温度：0~55摄氏度储存环境：湿度：20%~90%RH温度：-10~55摄氏度外形尺寸：31*24*24mm重量：约20克④性价比分析电化学传感器价格适中，它的主要优点是气体的高灵敏度以及良好的选择性，不足之处是有寿命的限制一般为两年。⑤不足之处及改进意见缺点：一些气体传感器不但对与之相应的气体（即它们按照设计应该反应的气体）反应，而且对其他气体（干扰气体）也发生反应，因此有必要注意在设计和安装过程中避免将这些传感器用在有可能有干扰气体存在的地方。传感器需要定期标定，通常为三个月一次（视不同品牌，工作环境，工作状态等因素的影响）；传感器在使用1到3年后通常需要更换（视不同品牌，工作环境，工作状态等因素的影响）。另外，有些品牌的传感器使用的是电解溶液，这就需要定期填充电解液。改进措施：电化学气体传感器大都是以水溶液作为电解质，电解质的蒸发或污染，常会导致传感器的信号下降，使用寿命短；由于在空气中有被测物质存在，传感器中的有效成分被消耗，因此传感器一旦被启封，就视为参加了使用，即使没用于测量，它的生命也在缩短；电化学型气体传感器的寿命期望值为2年，使用不当它的寿命可能更短，而传感器更换的费用较高。为了避免由于水溶液电解液引起的上述问题，人们将注意力转向固体电解质。目前已有有机凝胶电解质气体传感器、固体聚合物电解质气体传感器等产品问世。有机凝胶是在有机电解质中掺杂无机盐类，使电导率得到改善的一类电解质。用其制作的传感器可在常温下工作，但气体在电极的吸附脱附速度较漫，达90%响应的响应时间需数分钟，而且还存在着与高浓度气体接触一次，输出需长时间才能回零等缺点。这种传感器除能检测硫化氢外，还能检测HCN,N02"COC12(光气)等气体。2.4.4选用原则根据测量对象与测量环境根据测量对象与测量环境确定传感器的类型。要进行—个具体的测量工作，首先要考虑采用何种原理的传感器，这需要分析多方面的因素之后才能确定。因为，即使是测量同一物理量，也有多种原理的传感器可供选用，哪一种原理的传感器更为合适，则需要根据被测量的特点和传感器的使用条件考虑以下一些具体问题：量程的大小；被测位置对传感器体积的要求；测量方式为接触式还是非接触式；信号的引出方法，有线或是非接触测量；传感器的来源，国产还是进口，价格能否承受，还是自行研制。在考虑上述问题之后就能确定选用何种类型的传感器，然后再考虑传感器的具体性能指标。灵敏度的选择通常，在传感器的线性范围内，希望传感器的灵敏度越高越好。因为只有灵敏度高时，与被测量变化对应的输出信号的值才比较大，有利于信号处理。但要注意的是，传感器的灵敏度高，与被测量无关的外界噪声也容易混入，也会被放大系统放大，影响测量精度。因此，要求传感器本身应具有较高的信噪比，尽量减少从外界引入的于扰信号。传感器的灵敏度是有方向性的。当被测量是单向量，而且对其方向性要求较高，则应选择其它方向灵敏度小的传感器；如果被测量是多维向量，则要求传感器的交叉灵敏度越小越好。响应特性（反应时间）传感器的频率响应特性决定了被测量的频率范围，必须在允许频率范围内保持不失真的测量条件，实际上传感器的响应总有—定延迟，希望延迟时间越短越好。传感器的频率响应高，可测的信号频率范围就宽，而由于受到结构特性的影响，机械系统的惯性较大，因有频率低的传感器可测信号的频率较低。在动态测量中，应根据信号的特点(稳态、瞬态、随机等)响应特性，以免产生过火的误差。

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