双鉴探测器的原理及应用
所谓双鉴探测器，是指将两种不同技术原理的探测器整合成一体，当两种探测器都报警时才发出报警的装置。

该类探测器是入侵探测器的一种，它兼具两种探测器的优点，误报警率显著降低。

目前，市面主流的双鉴探测器是用微波（或超声波）和被动红外等两种技术复合的探测器。

本文介绍双鉴探测器的原理，探讨了导致失效或误报警的原因。

1 原理概述
1.1 微波（或超声波）探测的原理
微波探测是利用“多普勒效应”实现目标探测。

1）多普勒效应
1842年，奥地利科学家多普勒发现：当声音、光和无线电波等振动源相对于观测者运动时，观测者所收到的振动频率与振动源所发出的频率有所不同。

这种效应被称为“多普勒效应”。

由“多普勒效应”引起的频率变化叫做“多普勒频移”，它与相对速度成正比、与振动的频率成反比，这被称为多普勒原理。

2）微波（或超声波）探测的原理
微波探测的原理是，探测器持续发射微波，并接收发射回来的微波信号。

当探测区有目标移动时，利用多普勒原理，即可实现目标探测。

微波探测器的灵敏度取决于：
●目标的移动速度；
●目标的外形大小；
●目标发射能力；
●目标与探测器之间的距离
微波探测器会根据频率改变的大小来产生相应强度的探测信号。

一般来说，探测灵敏度取决于目标的外形大小以及与探测器的距离。

目标越大，距离越短，探测灵敏度就越高。

图1 微波探测器的原理效果
1.2 PIR（被动红外探测）的原理
被动红外探测简称为PIR（Passive Infrared Detection），是利用红外辐射特性，感应移动物体与背景物体的温度差异，从而实现目标探测。

在移动物进入探测区域前，现场红外辐射稳定不变，一旦有移动物体进入，则会通过光学系统，将红外线辐射聚到热释电红外传感器上，使其输出比前期更强的电信号，而发出警报。

1）红外辐射特性
任何物体，其自身温度只要高于绝对零度（即0K，或-273.15℃），就会不停地产生热辐射，而温度低于1725°C的物体产生的热辐射光谱集中在红外光区域。

不同温度的物体，其释放的红外能量的波长是不一样的，因此，红外波长与温度的高低是相关的。

由于物体本身的物理和化学性质的不同、本身温度不同所产生的红外辐射的波长和距离也不尽相同，通常分为三个波段。

●近红外（波长范围0.75μm～3μm）
●中红外（波长范围3μm～25μm）
●远红外（波长范围25μm～1000μm）
2）人体的红外辐射特征
在室温条件下，任何物品均有辐射。

温度越高的物体，红外辐射越强。

人是恒温动物，红外辐射也最为稳定。

人体辐射的红外光，其波长在3μm～50μm范围内，其中8μm～14μm占46%，峰值波长在9.5μm。

3）被动红外探测的工作原理
公元前300年，人们就发现热释电效应。

所谓热释电效应，是指晶体随温度的变化，而在晶体表面产生电荷聚集的物理现象，并且该种材料自发极化的强度随温度的变化而变化。

关于热释电效应的最早记录，是电气石吸引小物体。

热释电的现代名称是英国物理学家D.布儒斯特在1824年引入的。

被动红外探测（PIR）主要有热释电红外传感器和光学系统等两个关键元件。

●热释电红外传感器：可以将波长为8μm～12μm之间的红外信号变化转变为电信号，对其
他波长的白光信号具有抑制作用。

而人体辐射正好在这个范围内，可以较好地识别出人。

●光学系统一般有反射镜和菲涅尔透镜等两种。

其中，菲涅尔透镜有两个作用。

一是聚焦作
用，将红外信号折射（反射）在热释电红外传感器上；二是将警戒区内分为若干个明区和暗区，使进入警戒区的移动物体能以温度变化的形式在PIR上产生变化热释红外信号，这
样PIR就能产生变化的电信号。

被动红外探测器的灵敏度取决于背景的表面面积、目标的表面面积、目标的速度以及探测器的距离。

图2 PIR探测器的原理效果
当目标穿过探测区时，探测器收到一个较强的探测信号；而目标正面移向探测器时，探测器收到的一个相对较弱的信号。

若探测区域太小，所有目标后会形成相同的探测信号，因为任何一个目标都占满了整个探测区。

2 失效的可能因素
1）算法因素。

由于入侵探测器的输出是0/1开关量，其算法大多是采用当前时刻相对于上一时刻的采集变化量，当超过（或低于）预设值时，则改变输出的开关状态，以触发报警。

对于双鉴探测器来说，只有两种探测都出现逻辑上的改变，双鉴探测器才可以改变开关状态，以触发报警。

若上一时刻，探测器因计数溢出，或者未采集到数据，都可能导致相对变化量的计算失效，从而引起探测器暂时失效。

2）损坏性故障。

3）漂移性故障。

3 误报警的可能因素
双鉴探测器还可能会因为以下因素，出现误报警。

●微波技术。

微波探测用于探测移动物体。

如果有物体在探测区内移动，例如荧光灯和水管
内流动的水，都有可能引起误报警。

●灵敏度受影响。

微波通常会在遇到物体时反射回来，反射强度的高低视材质而定。

当探测
器安装在混凝土墙上，由于正反射，所以具有较高的灵敏度；由于木材吸收微波，所以木结构具有较低的灵敏度；在金属办公家具或电视等设备的地方，灵敏度偏高。

●渗透影响。

最易受渗透影响的是混凝土建筑的窗户，房内的反射微波将从窗户泄露，若窗
户面向公路或停车场，则很有可能受外面活动影响。

●微波串扰。

可能会受到其他微波探测器或外部高能量雷达的干扰。

●光干扰。

PIR探测器感应温度变化，即红外辐射量的变化。

但来自窗户的阳光、汽车头灯光
束，可能会引起误报警。

●整体温度变化。

●房间内从热的传真机中吐出的纸。

●晃动的窗帘或阳光刚照晒后的百叶窗。

●动物（老鼠、鸟类、猫或狗）。

●来自窗户、加热器或空调的热气流或冷气流。

4 结束语
双鉴探测器，在安防、军事、反恐、机场、智能控制中有着十分广泛的用途。

因此，在选用时，要特别注意技术参数选择，以及应用现场的安装与调试。

参考文件：
[1] GB 10408.6-2009 微波和被动红外复合入侵探测器。