主动式红外探测器中红外接收器的工作原理

主动式红外探测器中红外接收器的工作原理集团标准化工作小组 #Q8QGGQT-GX8G08Q8-GNQGJ8-MHHGN#

主动式红外探测器中红外接收器的工作原理

主动红外探测器能主动发射红外光，即当被探测目标侵入所防范的警戒线时就会遮挡掉红外发射机与接收机之间的红外光束，我们把这种能响应被遮挡红外光束，并进入报警状态的电子装置称为主动红外探测器。下面介绍一下能接收红外光束的光电探测器。

由于同质半导体硅不同的掺杂形成的PN结、不同质的半导体组成的异质结，或金属与半导体接触形成的肖特基势垒都存在内建电场。当光照这种半导体时，半导体对光的吸收就产生了光生电子和空穴，它们在内建电场的作用下就会向相反的方向移动和积聚而产生电位差。这就相当于向PN结加上一个正电压，就是光生电动势。如果将这样的PN 结与外电路相连，就有电流流过外电路，从而在负载电阻上得到一个随入射光变化的电压信号。这就是不加电源，能将光信号转变为电信号的光电池的工作原理。

与上述光电池不同，光敏二极管一般在负偏压情况下使用，由于施加了大反偏压，增加了耗尽层的宽度和结电场。这样，在结区强电场的作用下，在耗尽层中产生的电子—空穴对不必经过引起复合的扩散过程，就可对电流作出贡献，显然，提高了光敏二极管的灵敏度。但值得注意的是，为了提高灵敏度及响应时间，却不能无限地加大反向偏压，因为它会受到PN结表面漏电及反向击穿电压等因素的限制。

光敏三极管是一种相当于在基极和集电极之间接有光电二极管的普通三极管，在正常工作情况下，此光电二极管应反向偏置。因此，不管是P—N—P还是N—P—N光敏三极管，一般用基极—集电极结作为受光结。当集电极加上相对于发射极为正电压且基极开路时，基极—集电极结处于反向偏压下。它的工作机理完全与反偏下的光敏二极管相同。这里，入射光子在基区及收集区被吸收而产生电子—空穴对，形成光生电压，由此产生的光生电流由基极进入发射极，从而在集电极回路中得到一个放大了的信号电流。

因此，从这点可以更明确地说，光敏三极管是一种相当于将基极集电极光敏二极管的电流加以放大的普通晶体管放大器。

主动式红外接收探测器就是用半导体硅作成的硅光电池、硅光电二极管或硅光电三极管，它们同硅CCD一样，能接收400nm—1100nm的可见光与近红外光。

主动式红外探测器的工作原理

主动红外探测器的发射机发出一束经调制的红外光束，被红外接收机接收，从而形成一条红外光束组成的警戒线。当被探测目标侵入该警戒线时，红外光束被部分或全部遮挡，此时接收机接收的信号就会发生变化，它经放大与信号处理后，即控制发出报警信号。

主动红外的发射光源，通常用红外发光二极管，其特点是体积小、重量轻、寿命长、功耗小，交直流供电都能工作，晶体管、集成电路都能直接驱动。还有一些半导体激光器，如砷镓铝双异质结半导体激光器等，也工作在红外波段，因而也是一种主动红外探测器。主动红外探测器的光源通常采用脉冲调制的脉冲波形，其发射机采用自激多谐振荡器作为调制电源，使它产生很高占空比的脉冲波形，去调制红外二极管发光，以发射出红外脉冲调制光谱。这样，就降低了电源的功耗，提高了灵敏度，和系统抗杂散光的干扰能力。

对光束遮挡型的探测器，要适当选取有效的报警最短遮光时间。因为遮光时间选得太短，会引起不必要的噪声干扰，如小鸟飞过、小动物穿过都会引起报警；而遮光时间选得太长，又可能导致漏报。因此，通常以10m/s的速度通过镜头的遮光时间，来定最短遮光时间。如人的最小宽度为20cm，则最短遮断时间为20cm/(10m/s)=20ms。所以，最短遮光时间大于20ms，系统报警；遮光时间小于20ms，则不报警。

主动红外探测器多采用双光路，可提高其抗干扰、防误报的能力。这种主动红外探测器寿命长、价格低、易调整，因此被广泛使用在电视监控报警系统工程中。

当主动红外探测器用在室外自然环境时，比如无星光和月亮的夜晚，以及夏日中午阳光的背景辐射的强度比可超过100dB时，这就使接收机的光电传感器工作环境相差太大。通常采用截止滤光片，滤去背景光中的极大部分能量（主要滤去可见光的能量），使接收机的光电传感器在各种户外光照条件下的使用条件基本相似。

此外，大雾还会引起传输中红外光的散射，缩短主动红外探测器的有效探测距离，在安防工程中必须考虑。如实测某红外探测器：在无雾时有效探测距离7km；浅雾时有效探测距离；轻雾时有效探测距离1km；中雾时有效探测距离；重雾时有效探测距离。

激光与一般光源相比，有方向性好、亮度高、单色性好、相干性好等特点，所以当要求距离远时，可采用红外半导体激光器来代替红外发光二极管作红外光源。由于能量集中，可以在光路上加反射镜，反射激光，围成光墙。从而用一套激光探测器可以封锁一个场地的四周，或封锁几个主要的通道路口。

主动式红外探测器的选择安装调试

主动红外探测器的选购要点

1、对白光的过滤能力

所谓过滤白光，主要是过滤太阳光等自然光和车头灯等人工光，因为硅光电接收探测器对这些光都可以接收，所以必须滤除。目前一般都采用二种方法：一是使用阻止白光通过的特殊材质的外壳，看起来是黑色的，能阻断全部可见光；二是使用特殊设计的菲涅耳镜片，其投光器可将特定波长的信号红外光按一定角度发出去，而受光器只接收以特定角度入射的这一特定波长的红外光，它经折射后形成园锥形聚焦到硅光电传感器的感光面上，这样就将其他非信号光过滤掉了。

2、探测距离及其余量

要了解主动红外探测器的探测距离，并且其探测距离余量不得少于6倍。否则，不能保障探测器能够在最恶劣的气候条件下正常工作。

3、光束数量与频率

目前，主动红外探测器的光束数量有一、二、三、四光束四种，频率有单一固定频率、可选频率和可调频率三种，可根据实际需要选取。一般，光束数量越多，越难被树叶与小动物等同时遮断，因而可有效排除单光束因遮挡而产生的误报。此外，利用不同频率的主动红外对射，还可有效解决因系统中的对射红外光散射而造成对其他对射的干扰，以避免漏报。

4、使用温度与响应时间

由于主动红外探测器多在室外使用，因而必须要适应环境温度的变化。一般要求在－35℃—55℃为好，太低或太高的温度都会影响电子电路及元器件的正常工作。

一般，红外线的切断时间在50ms—500ms，因此产品的响应时间应该可以根据需要进行调整。

5、外观工艺及有否密封

因主动红外探测器应用于室外，所以在设计上与制作工艺上要更加严格。不但需要外形美观牢固，还要采用橡胶密封圈等来对外壳进行密封。

6、有否防雷电措施

雷电冲击有直接和感应两种：直接雷电冲击的电能扩散量很大，大到迄今没有任何措施可防止电子设备不受破坏，但发生的概率相对很小。感应冲击常是带电的云层运动或附近的雷电冲击引起的，它们都会在电气回路中感应出电涌电压，从而引起电子设备损