探測器(通信工程術語)

探測器是接收地物電磁輻射的物理元件，其功能是實現能量轉換，測量和記錄接收到的電磁輻射能。常用的探測元件有感光膠片、光電敏感元件、固體敏感元件和波導。探測器是報警系統中最關鍵的組成部分，是整個報警系統的前端部件，直接決定著防盜報警系統的靈敏性和穩定性。探測器由感測器和信號處理組成，而感測器又是探測器的核心元件。採用不同原理的感測器件，可以構成不同種類、不同用途，達到不同探測目的的報警探測裝置。

基本介紹

• 中文名：探測器
• 外文名：prober
• 重要性：報警系統中最關鍵的組成部分
• 組成：由感測器和信號處理組成
• 核心元件：感測器
• 分類：無線和有線

簡介

探測器是報警系統中最關鍵的組成部分，是整個報警系統的前端部件，如同是整個系統的“眼睛”，對報警系統起著非常重要的作用，直接決定著防盜報警系統的靈敏性和穩定性。探測器由感測器和信號處理組成，而感測器又是探測器的核心元件。採用不同原理的感測器件，可以構成不同種類、不同用途，達到不同探測目的的報警探測裝置。

目前，市面上的探測器有無線和有線之分，這是按照安裝方式不同的最直觀的分類。按照使用環境的不同，又分為室內和室外兩大類。每一類里又有小的分類， 比如說主動紅外、被動紅外、微波、雙鑒式、三鑒式、幕簾式等等，分類的細化，足以證明探測器產品線的豐富多彩和市場需求的層出不窮。在實際套用中，根據使用情況不同，合理選擇不同防範類型的探測器，才能滿足各種不同的要求。

市面上的探測器產品種類繁多，套用的技術也相當多樣，但紅外技術(包括主動與被動紅外)可以說是市面上的主流。此外，在紅外技術基礎上加微波技術的雙鑒探測技術也是一種。因此，目前單紅外與雙鑒的探測器產品仍是獨占市場的鰲頭。

紅外(PIR)技術

紅外技術（PIR）是信息獲取的主要手段之一, 紅外系統的核心是紅外探測器。由於套用的迫切需求, 紅外探測器的發展非常迅速, 20世紀後半葉, 單元、多元線列和小規模面陣器件技術已經成熟, 廣泛套用于軍、民各個領域;進入90年代以來, 已經由分立型器件發展為集成化的焦平面陣列, 器件性能極大提高, 促進了整機和套用技術的發展。

分立器件與焦平面陣列

分立型紅外探測器, 是指器件單獨封裝實現光電轉換功能, 每個探測器元單獨輸出信號, 再與前放等信號處理電路相連, 每個器件都形成一個單獨的通道, 其結構如圖所示。

分立型器件信號輸出與前放連線示意圖

紅外焦平面陣列(IRFPA)是指大規模M ×N(元)面陣型或4N或6N(元)型探測器晶片與信號處理電路晶片集成互連耦合後, 共同封裝在一個外殼中, 在焦平面上實現光電轉換和信號處理, 將各元件的光電信號多路傳輸至一條或幾條輸出線, 以行轉移或幀轉移的視頻信號的形式輸出, 探測器結構大大簡化, 包括電源線、驅動電路和信號輸出等全部引出線大約只需40條。

與分立型器件相比, 紅外焦平面陣列的元數可以提高几個數量級, 擴展到材料和工藝技術允許的規模。紅外焦平面陣列從結構、製造、檢測到性能都發生了質的變化, 是新一代紅外探測器。

熱探測器與非製冷焦平面陣列

熱型探測器接收紅外輻射後, 輻射能引起靈敏元溫度變化而產生信號, 對不同波長輻射能量的回響是相同的, 即對波長無選擇性, 在室溫工作, 常用有熱電偶、熱電堆、熱敏電阻、熱電探測器等, 與光子型探測器相比, 其靈敏度低、回響時間偏長。通常認為回響時間比較快的熱電探測器,其回響時間也在毫秒量級, 探測率為10⁸ 量級。因此分立式熱型器件無法用於掃描成像, 只有熱電攝像管可以成像套用。非製冷紅外焦平面陣列的出現, 改變了這種狀況, 使熱型探測器可以用於凝視成像。

長期以來, 人們一直探索在不製冷條件下工作的IRFPA。以熱型探測器為基礎發展而來的非製冷焦平面陣列, 由於其結構簡單、使用方便而受到重視。面陣凝視焦平面陣列用於紅外成像時, 不需光機掃描, 在一幀時間內器件對景物輻射積分, 然後以電掃描的方式, 從各元件取出信號, 由於電採樣時間可以很短, 整個幀時間幾乎都是探測器的回響時間(積分時間), 可達幾十毫秒, 可以有效地利用積分時間長的優勢, 使信號增強, 在此時間內還可多次採樣。而M ×N元凝視成像使器件信噪比大為提高理論上信噪比可以提高(M ×N)^{1 /2} , 這就給原來性能較低、回響較慢的熱探測器提供了可以做成凝視焦平面陣列用於成像在一般場合套用的可能。用可以和電視兼容的每秒25 幀成像為例, 每幀時間為40ms, 對於時間常數為毫秒級的熱型探測器來說,凝視成像要求的時間常數已不成問題。

非製冷紅外焦平面陣列目前已達640 ×480 元, 套用最多的是160 ×120元、320 ×240元器件。其功能材料主要有:測輻射熱計型的無定型矽(a - S i)、氧化釩(VOx)和熱電型的鋯鈦酸鉛(PZT)、鈦酸鍶鋇(BST)、鉭酸鈧鉛(PST)等。目前非製冷焦平面熱像儀的NETD可達0. 1℃, 能滿足一般工業需要和部分中低端軍用需要。

光子探測器及其焦平面陣列

紅外光子探測器一般由半導體材料製成, 光子直接激發光敏材料的束縛電子成導電電子, 滿足一定能量的光子才能產生激發作用, 因此光敏材料的禁頻寬度或雜質能級決定了其回響波長, 稱回響對波長有選擇性。針對套用最廣的三個大氣透過視窗, 發展了1 ～ 3μm的短波紅外(SWIR)、3 ～ 5μm的中波紅外(MWIR)和8 ～ 14μm 的長波紅外(LWIR)探測器。光子探測器靈敏度高, 回響快, 但大多在低溫工作, 需要製冷。

焦平面陣列是新型紅外器件, 有些分立式探測器(如光導型探測器)不適宜焦平面結構;而另一些器件, 作為分立型器件使用時, 性能無優勢, 基本不用, 但由於其材料均勻性好、便於大規模集成和便於與矽信號處理電路集成而出現在焦平面的行列中。

微波(MAST)技術

微波探測的原理是探測器持續發射微波，並接收反射回的微波信號。當探測區內的目標移動時，原發射信接號與反射的信號之間會有頻率差異，通常稱為都卜勒效應。微波探測器用於探測移動物體，根據頻率改變的大小來生成相應強度的探測信號。一般而言，探測信號的強弱取決於目標的大小以及與探測器的距離。目標越大，距離越短，生成的探測信號就越強。如果有物體在探測區內移動，例如螢光燈和水管內流動的水，都有可能引起誤報。但如果在安裝時根據具體環境設定靈敏度， 則可以避免誤報。微波靈敏度與目標移動的速度也緊密相關，當目標緩慢移動時，微波感測設備生成低頻信號；當目標快速移動時，則生成高頻信號。

目前使用微波技術的探測器也非常之多。但單用微波技術來做探測器的卻沒有幾家，大都是採用和紅外技術相結合的使用方式。將PIR與MAST技術相結合，並且僅在兩個系統都同時探測到目標時才生成警報。PIR探測器與MAST測器分別具有不同的物理特性。PIR探測器通過監視PIR能量水平的變化來探測目標， 而MAST測器通過監視發射的微波信號與接收到的微波信號之間的頻率差異來探測目標。二者的有機結合，更好的提升了探測性的穩定性，減少了誤報、漏報。

新技術套用與發展方向

早在2005年，豪恩安全就率先推出了三鑒式探測器，由此掀開了有線探測器多種探測方式的序幕。隨著技術的不斷成熟，紅外、微波等多種技術的結合使用已經不是很困難的事情，而隨著人們對安全要求的日漸提高，對有線探測器誤報、漏報要求的提升，探測感應技術也在不斷變化和發展著。在第十一屆安博會上，Bosch推出了集合長距離被動紅外感應單元、中短距離被動紅外感應單元、反光抑制單元、溫度補償單元、微波探測單元5個內部感測器技術的探測器，從而做出最為精確的報警決策。由此掀開了探測器多種感測技術結合使用的新篇章。作為行業巨頭的Bosch，多年來一直引領著市場的發展，在報警市場中有著舉足輕的作用。由此我們可以看出，探測器技術正在尋找新的突破。

都卜勒效應+能量分析技術、自動全方位立體溫度補償功能、脈衝計數功能、抗白光功能、人工智慧技術、多種探測模式技術、雙重感光禁止技術、數位技術等等也相繼套用到探測器技術中來。從而對探測器產品性能穩定，產品質量提高和產品不斷突破發展起到了推進作用。

智慧型化將會成為探測器的一個發展趨勢。但短時間內還不能徹底實現，如何解決探測器對周圍環境如溫度、濕度、颳風、打雷等變化做出一個合適的調節以減小誤報率，它不僅需要前端探測器感測技術的更新，更需要在後端主機系統對報警系統誤差做分析的基礎上進行技術革新，這將是廠家在探測器技術發展方面所要追尋的方向。

另外，探測器集成性的特性也越來越突出。如探測器與攝像機、應急燈聯動，與火災和煙霧報警器集成等等。一旦入侵者進入到被監控區域，探測器就會聯動起應急燈，發出音響警告，並啟動攝像機進行攝像，並將報警和攝像信息傳輸到遠程報警中心。