对双鉴式入侵探测器响应特性进行干扰的研究

王晓莉

（安徽广播电视大学省直分校，安徽 合肥 230001）

1 双鉴式入侵探测器的原理

双鉴式入侵探测器[1]是指将微波探测技术与被动红外探测技术复合使用的探测器，它将微波和红外探测技术集中运用在一体。在控制范围内，只有在两种探测技术下都探测到物体时，才输出报警信号。

报警器微波探测方式的工作原理基于多普勒效应：微波的波长很短，在1 mm～1 000 mm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，此时可认为报警产生。微波探测原理如图1所示。

图1 微波探测原理

被动红外探测器是靠探测人体发射的红外线来进行工作的：探测器收集外界的红外辐射，进而由菲涅尔透镜聚集到红外传感器上；热释电元件接收了红外辐射后，温度就会发生变化，进而向外释放电荷，检测处理后产生报警。红外探测原理如图2所示。

图2 红外探测原理

双鉴技术即将微波和红外探测技术相结合，在探测范围内，只有两种报警技术的探测器都产生报警信号时才输出报警信号。

微波探测技术对物体的正面移动敏感，而被动红外探测技术则对物体从侧面切割探测区域的移动方式敏感。双鉴式探测器既能保持微波探测器可靠性强、与热源无关的优点，又集合了被动红外探测器无需照明和亮度要求、可昼准备运行的特点，大大降低了探测器的误报率。双鉴探测方式提高了探测性能，误报率也仅是单技术微波报警器误报率的几百分之一[2]。

2 实验方案及结论

本实验搭建了一个双鉴式探测器响应特性的实验环境，通过实验一系列材料的遮挡效果并模拟入侵路线，来研究入侵后报警器的响应特性，分析报警响应的盲点。

2.1 实验思路

针对双鉴式探测器的基本原理，初步考虑有三种可能的途径：（1）遮挡，可遮挡人体发出的红外光或遮挡探测器；（2）对着探头作垂直运动；（3）提高红外背景，降低探测器灵敏度。目前的入侵探测器[3]多采取各种防破解措施，如防遮挡、模式识别等，难以采用简单的方式解除报警，可行的方案可能是上述三种途径的程序化组合。

项目实施中，首先调研目前常用探测器的工作原理与探测性能，选择几种代表性的产品作为实验对象，进行以下实验。

（1）红外辐射遮挡材料实验

选择可遮挡人体红外辐射的材料进行模拟实验，研究其可行性。环境在温度、湿度、噪音等方面往往会有变化，探测器在实际设计上对其有一定的适应性，从而防止过多的误报警[4]。可利用这一点将遮挡材料由远及近缓慢地覆盖住探测窗口，使周围的环境参数在一个微小的范围内缓慢地改变，使探测器对报警事件的探测数达不到报警的阈值，并且探测不到人体自身的红外线辐射，最终避免报警[5]。

（2）移动实验

实验分为两部分：一是红外光源移动，装置同上，光源对着探头作垂直运动，研究其响应；二是用金属板对着探头作竖直运动，研究其响应。可将行进线路做分段切割，即先实验水平移动和竖直移动条件下的遮挡效果，最终利用无线遥控车、机器人等设备来进行实战，避免人体的红外辐射造成报警响应。

探测器的实际安装过程中，为了达到最佳的探测效果，报警器一般安装在房间内的角落处，离地面2.2～2.5 m，探测区域成扇形，力求与入侵者的行进路线成最大化的切割可能性。为此，考虑先在水平方向上，在远处首先将遮挡材料迂回到探测扇区的最大夹角110°外部区域（即盲区），再缓慢推进至报警器下侧前方，最后竖直向上缓慢移动来覆盖住探测器周围。

（3）干扰实验

设计实验装置，模拟人体红外辐射，在静止状态下逐步提高装置的红外强度，测量探测器响应；在此基础上，人在红外光源后移动，测量探测器响应，研究提高背景干扰探测器的可行性。图3为实验过程示意。

为此，可利用红外线灯照射探测器，造成其处于红外线饱和状态。

另外，在具体实验中，可考虑以下几方面：

图3 干扰实验过程示意

（1）PIR和微波频道自身避免误报的能力不够：PIR对热辐射干扰敏感，而MW对无线电频率干扰敏感。结合使用这些技术则显著地提高探测器的抗扰性，最终带来较低的误报率。因两种技术必须同时探测以生成警报，由此实现误报率的降低。目前主流报警器采取微波和被动红外报警信号相与的方式，即这两种方式同时探测到入侵者方可报警[6]。故考虑破坏方式其中之一，即可达到欺骗报警器的效果。

（2）考虑用化学液体进行喷雾遮挡，造成报警器短时间对人体探测的失效状态，人员撤退后可自行挥发、不留痕。

（3）人体散发的红外线可考虑用红外线吸收材料来进行遮挡，内外有三层，从内向外分别起到隔热、向内反射红外线、易于导热的作用。可考虑使用微波保鲜膜、塑料雨衣、防辐射服等材料。

（4）一般国产的探测器抗干扰、抗辐射都非常差，因此可运用电磁辐射破坏探测器的内部电路。

2.2 实验装置

实验中，将探测器置于一定高度，并利用铝合金框架、滑轮、塑料板、棉线等器材设计了一套机械传动装置，如图4所示。

图4 实验装置

用木板和滑轮做了一个平台，它在铝合金框架构成的导轨上可平稳地自由移动。在平台上放置各种遮挡材料，向报警器缓慢靠近或离开，以模拟出水平遮挡和垂直遮挡的效果。该装置可进行上面所述的红外辐射遮挡材料实验和移动实验。在遮挡材料的选择上，主要实验各材料对波长在10 μm附近的人体红外线的透过程度[7]：

（1）可考虑表面粗糙、内部有大量空隙的材质，因表面能尽量地散射探测器和人体自身发射出的红外线，内部的空隙中充满大量空气，亦可进一步散射红外线。为此，可选择纸板、绒布、海绵、门垫等[8]。

（2）另外，对以Visonic的Hunter探测器为代表的带主动红外的被动红外探测器，也可考虑在光学线路上进行改变，为此可考虑根据其砷化镓发光二极管所发射的波长长度来制作相应的镀膜滤光片。性能参数包括：940 nm附近透过，其他波长范围内截止，截止深度＜1%，尺寸为10 cm×10 cm×0.3 cm[9]。

2.3 实验数据

在水平方向上，将遮挡材料由远及近缓慢推进到报警器前，分别记录下各报警器报警时两者的间距，每个报警器实验5次，结果如表1所示。

表1 报警器实验数据 （单位：cm）

关于实验有以下几点说明：

（1）数值“0”表示通过缓慢移动，遮挡材料可零距离地紧贴探测器而不报警，这时达到最佳的遮挡效果；

（2）实验中，每次距探测器50 cm处开始缓慢移动遮挡材料；

（3）实验中，移动2～3 cm后，停顿30 s再继续移动，以确保报警时遮挡材料的位置的准确性；

（4）实验装置周围用纸板遮挡，以尽量减少人体红外线的干扰，实验人员从外部来操纵遮挡材料的移动。

另外，先将遮挡材料在水平方向移动到一定距离，再进行竖直方向移动，故竖直方向移动的距离数值可参考表1。竖直切割探测区域的效果要明显好于水平方向的切割实验。低于5 mm/s的速度均为安全速度，即不触发探测器报警[10]。

2.4 实验结论

经过上面的实验，可得出如下结论：

（1）红外辐射遮挡材料实验

经实验，没有任何一种材料可以实现普遍适用的零距离遮挡效果。根据表1的实验数据，给出了对于不同的报警器而言所适用的遮挡材料，如表2所示。

表2 遮挡材料的适用性列表

①对于没有防遮挡功能的报警器而言，可适用除金属外的常见材料挡住人体所发射的红外线，不让探测器检测到即可。

②对于有普通防遮挡功能及反遮挡技术的报警器而言，海绵、门垫之类表面粗糙、内部有大量空隙的材质较为适合。因为这种材质可在表面和内部有效地散射红外线，同时几乎不改变微波的发射频率，从而不触发报警功能。

③对于带主动红外的被动红外探测器而言，海绵之类表面粗糙、内部有大量空隙的材质，或镀膜滤光片之类可改变光学线路的材质较为适合，因为滤光片可在光学线路上改变由砷化镓二极管发射出的红外线至其他处，表面镀了增透膜后，更加大了红外线的透过率，减少了反射率。经进一步实验，在报警器和海绵间加入滤光片后，可将二者的优势结合，使遮挡效果更佳。

（2）移动实验

①经多次实验，遮挡材料距探测器水平距离30～40 cm处为探测器响应敏感的临界范围。遮挡材料与探测器间的距离低于此数值后，应适当减慢推进时的遮挡速度，控制在5 mm/s以内，该速度不会触发探测器的反遮挡功能。撤退时速度也相应减慢，避免引起报警。该速度值可继续降低，视实战中时间紧张程度而定。

②离报警器10～15 cm处为较安全的遮挡临界值，参照国标，考虑到报警器有110°左右的探测范围限制，可适当加大遮挡材料面积。

③报警器探测到可能的入侵后，有30 s的判断滞后期。进入临界范围内，应在移动2～3 cm后，停顿30 s，再继续移动。

④对于微波探测而言，用金属板来遮挡，会在距探测器水平距离30～40 cm处，立即产生报警信号。

（3）干扰实验

①红外线灯照射后，无法避免Rokonet的iWise RK810DT探测器的报警[11]。

②提升环境温度，可利用空调的压缩机等设备，但在实战中不太可行、实用，故放弃。

3 结论

经实验，目前市场中普遍安装的报警器均可采用遮挡的方式来干扰响应，效果较好。具体可在实行遮挡时，采用机器人手臂等方式来抓取海绵之类表面粗糙、内部有大量空隙，或镀膜滤光片之类可改变光学线路的介质，先在高度上升至与报警器大致相同，然后在距报警器水平距离30～40 cm处，以低于5 mm/s的速度缓慢地将材料逐渐接近它，离报警器10～15 cm处停下，撤退时亦是如此[12]。

[1]微波与被动红外复合入侵探测器认证测试标准.GB10408.1-2000，GB10408.6-1991.

[2]主动红外入侵探测器认证测试标准：GB10408.1-2000，GB10408.4-2000，GB16796-1997.

[3]惠晓实，黄婕.红外传感器寻呼报警系统[J].电子技术应用，1998，24（6）：39-40.

[4]邱亮南.试论主动红外和激光入侵探测器[J].中国安防，2008（3）：58-62.

[5]何傅成.遮挡式微波入侵探测器的原理特点及典型应用[J].中国安防，2009（7）：57-59.

[6]袁继俊.红外探测器发展述评[J].激光与红外，2006（12）：30-33.

[7]郭瑞萍，李静，孙葆森.国外红外探测器材料技术新进展[J].兵器材料科学与工程，2009（5）：36-40.

[8]梁光清.基于被动式红外探测器的人体识别技术研究[D].重庆：重庆大学，2009.

[9]王英瑞.红外探测器响应非均匀性对系统灵敏度的影响[J].红外与激光工程，2006（6）：55-59.

[10]张晨.被动式红外探测器三维探测模型研究[J].中国安防，2014（3）：80-84.

[11]张小华.以色列RIT公司引领新一代红外探测器的发展[J].红外，2013（3）：47-48.

[12]史衍丽.红外探测器材料与器件的发展[J].科学，2013（11）：22-25.