专利名称：红外激光对射光墙式入侵探测器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种安全防范用入侵探测装置，尤其是采用平行传输且光强均匀分布的红外激光光墙以对射方式布防的红外激光对射光墙式入侵探测器。
背景技术：
在区域安全防范领域，采用红外LED多光束对射(一端发射一端接收)方式来实时监测光束阻断并发送报警信号的普通红外对射式入侵探测器已得到广泛应用，由于普通光源存在穿透能力低、发射功耗高等固有缺陷，造成现有产品普遍存在探测距离短、能耗偏高、性能不稳定、误报率和漏报率均偏高等诸多缺陷，很大程度上限制了该类产品的全面普及。考虑到激光是一种受激辐射产生的高亮度定向能束，较自发辐射产生的普通光源具有方向性好、单色性好、强相干性、发散角小、能量密度大、穿透力强(基本不受雨、雾、雪、沙尘等影响)、抗干扰性好(基本不受阳光、灯光、雷电、电磁波等干扰)、电磁兼容性好(光通路抗电磁干扰能力强，对外界不产生电磁干扰)等优点，因此特别适用于长距离、恶劣环境、狭窄光通道的入侵探测场合。故为克服现有普通红外对射探测器的诸多缺陷，采用红外激光作为发射光源是一种较理想的解决方案。然而，现有的红外激光入侵探测器仍沿用普通红外对射探测器的红外L E D多光束对射原理，产品性能上相对传统探测器并无明显优势，在安装、使用和维护方面依然存在如下问题I)在小目标入侵探测场合，光束数量、漏报率、可靠性和成本之间存在不可避免的矛盾(若漏报率要求越低，所需光束数量就越多，系统可靠性就越低，制造、安装和维护成本相应也越高);2)由于仅能探测入侵目标阻断的光束数量及次序，无法准确换算投影长度及变化，因而不便于防干扰智能识别入侵目标；3)在远距离入侵探测场合，发射端出光功率密度要求较大，通常难以满足国家强制性标准之防护要求。
实用新型内容为弥补现有红外激光多光束对射式入侵探测器的诸多不足，本实用新型提供了一种红外激光对射光墙式入侵探测器，能通过红外激光对射光墙、发射功率自适应调节和入侵目标智能识别算法等手段，显著降低入侵探测器的误报率和漏报率。一种红外激光对射光墙式入侵探测器，具有接收端及发射端，发射端包括激光发射电路、半导体激光器、光强发射光路、对光调整部，激光发射电路对半导体激光器传达信号使得半导体激光器发射红外激光，光墙发射光路包括接受红外激光并将红外激光均匀扩散为扇形光束的一字透镜、把所述扇形光束准直为平行光束的发射端菲涅尔透镜、消除平行光束中的杂散光的发射端消杂散光阑，对光调整部调整发射端发出的光束使接收端能接收光束；接收端包括接收来自发射端的光束并对光束进行红外滤波的红外滤光片、使得光束准直为相互平行光束的接收端消杂散光阑、接收相互平行光束并得到相互平行光束强度的传感部、以及能接收传感部所得的光电信号并根据信号强度判断是否有阻碍发射器与接收器之间的光束传播的入侵目标的判断部，当所述判断部有入侵目标时，接收端输出越界报警信号。进一步，本实用新型提供的红外激光对射光墙式入侵探测器还可以具有这样的特征一字透镜为鲍威尔棱镜。进一步，本实用新型提供的红外激光对射光墙式入侵探测器还可以具有这样的特征传感部包括接收相互平行光束并将相互平行光束聚焦到一个焦点上的接收端菲涅尔透镜；以及感应焦点上的光电信号并将光电信号传送给判断部的光电传感器。进一步，本实用新型提供的红外激光对射光墙式入侵探测器还可以具有这样的特征传感部为光电传感器阵列。实用新型作用与效果本实用新型提供的红外激光对射光墙式入侵探测器能通过红外激光对射光墙、发射功率自适应调节和入侵目标智能识别算法等手段，显著降低入侵探测器的误报率和漏报率，改善现有红外激光多光束对射式入侵探测器的诸多不足，可广泛适用于包括小目标入侵探测在内的多种应用场合；另外，由于将多光束扩展为光墙传输，发射端出光功率密度大幅降低，从而易于满足国家强制性标准之防护要求；再者，由于仅须一路半导体激光器，故可显著提升系统可靠性，降低制造、安装和维护成本。
图1是本实用新型在实施例一中的红外激光对射光墙式入侵探测器的光路结构A之侧视图(上)、俯视图(下)和剖面图(右);图2是本实用新型在实施例二中的红外激光对射光墙式入侵探测器的光路结构B之侧视图(上)、俯视图(下)和剖面图(右)；图3是本实用新型在实施例一中的红外激光对射光墙式入侵探测器的发射端的电路结构意图；图4是本实用新型在实施例一中的红外激光对射光墙式入侵探测器的接收端的电路结构意图；图5是本实用新型在实施例一中的红外激光对射光墙式入侵探测器的入侵目标智能识别算法的控制流程图；图6是本实用新型在实施例一中的红外激光对射光墙式入侵探测器的入侵目标智能识别算法的控制时序图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。实施例一一种红外激光对射光墙式入侵探测器包括发射端和接收端组成。图3是本实施例一中的红外激光对射光墙式入侵探测器发射端的电路结构示意图。如图3所示，本实施例中的发射端的电路结构主要由电源电路、微处理器、驱动电路、射频接收电路、防拆保护电路、半导体激光器等部分构成，其原理是射频接收电路接收来自接收端的控制指令，并将控制指令输出至微处理器，微处理器按预设的调频和占空比输出一定幅度的脉宽调制(PWM)信号，再通过驱动电路对PWM信号进行功率放大，驱动半导体激光器工作，从而将电信号转为光信号对外输出；电源电路对输入电源进行降压、稳压和滤波处理，为系统提供符合要求的直流电源；防拆保护电路用于传感发射端遭受的破坏或拆卸行为，并通过微处理器将触发信号加载至PWM信号，再以光通讯方式向接收端传输。图1是本实施例中的红外激光对射光墙式入侵探测器的光路结构A之侧视图(上)、俯视图(下)和剖面图(右)。如图1所示，本实用新型中入侵探测器的光路结构A分为发射端(I)和接收端(2)两部分，发射端主要由上述的激光发射电路、半导体激光器(11)、鲍威尔棱镜(12)、发射端菲涅尔透镜(13)和发射端消杂散光阑(14)等光学组件构成，接收端主要由红外滤光片(21)、接收端消杂散光阑(22)、接收端菲涅尔透镜(23)、光电传感器和对光调整部等光学组件构成。发射端通过半导体激光器产生脉冲红外准直激光束，再通过鲍威尔棱镜(其划线优于柱面透镜，能消除高斯光束的中心热点和褪色边缘分布，生成光密度均匀、稳定性好、直线性好的扇形光束)将激光束扩散为扇形光束，随后通过长条形非球面发射端菲涅尔透镜(平面化的聚光镜，具有轻薄低成本的优点，非球面设计能消除球形像差)将自焦点扩散的扇形光束准直为平行光束，最后通过长条形第一消杂散光阑(光梳通道内壁为涂黑毛面，用于吸收透镜加工误差引起的杂散光)进一步准直平行光束后向接收端发出一堵条形截面、光强均布、平行传输且侧面向外适当扩散的对射光墙(3);接收端通过长条形红外滤光片对红外入射光墙进行滤波，再通过长条形接收端消杂散光阑得到准直平行光束，最后通过长条形接收端菲涅尔透镜将平行光束聚焦于焦点上，光电传感器接收该焦点的光电信号。对光调整部调整光束使得发射端发射的光束能够被接收端很好的接收。另外为方便对光调整部调试和减少因外界扰动引发的误报(强风、冰雹和振动等外界扰动可能导致光束偏离接收端)，发射端的长条形非球面的发射端菲涅尔透镜经改进设计可使所述扇形光束经所述发射端菲涅尔透镜后形成中间平行侧面向外扩散的光束。其次，要提高光束平行度，就必须减小光束发散角，而发散角与光波长成正比、与出光口径成反比；因此在激光波长确定后，提高光束平行度的方法只有尽量加大出光口径。图4是本实用新型在实施例一中的红外激光对射光墙式入侵探测器的接收端的电路结构示意图。如图4所示，本实施例中的接收端的电路结构主要由电源电路、信号调理电路、微处理器(包括发射功率自适应调节部和判断部)、驱动电路、射频发射电路、信号输出电路、报警装置、防拆保护电路、对准指示电路、光电传感器等部分构成，其原理是接收端的传感器部将来自发射端的对射光墙信号转为光电信号，经信号调理电路进行放大和滤波后输入微处理器，微处理器经发射功率自适应调节和入侵目标智能识别算法处理后输出功率调节和越界报警信号，再经驱动电路进行功率放大，通过信号输出电路(包括继电器和数据总线)和射频发射电路对外输出；电源电路对输入电源进行降压、稳压和滤波处理，为系统提供符合要求的直流电源；防拆保护电路用于传感接收端遭受的破坏或拆卸行为，接收端和/或发射端的防拆报警信号统一由接收端按前述方式对外输出；对准指示电路用于指示发射端的对准程度，通过目测LED灯亮度判断光轴是否对准光电传感器。图5是本实用新型在实施例一中的红外激光对射光墙式入侵探测器的入侵目标智能识别算法的控制流程图；图6是本实用新型在实施例一中的红外激光对射光墙式入侵探测器的入侵目标智能识别算法的控制时序图。如图5、6所示，本实用新型中入侵目标智能识别算法的控制流程及时序是发射端老化光衰后发射功率自适应调节范围受限，如遇窗口积灰、恶劣天气、强光直射等外界干扰，接收端的信号强度或信噪比会逐渐减弱；为避免影响入侵目标的准确识别，防止对落叶或小动物等非入侵目标的误报警，越界报警输出的触发条件是目标入侵时接收端信号强度的衰减速率高于门限值，且越界报警时接收端信号强度的衰减比率低于门限值。即:吨-况7 )-"(/) ^ &且^ V,式中T-系统采样周期；
MT' "(/ - Ml)M-入侵信号过渡时间的序列门限；η—采样信号序列(η=0，I, . . .N ；Ν为越界报警响应时间的序列门限)；·u (t)、u (t-MT)、u (t+nT) —接收端分别在t、(t_MT)、(t+nT)时刻接收到的信号强度；Ki一目标入侵时接收端信号强度的衰减速率门限；Ka—越界报警时接收端信号强度的衰减比率门限。实施例二本实施例中省略了与实施例一中相同的结构组成，相同的结构使用相同的数字编号。图2是本实用新型在本中的红外激光对射光墙式入侵探测器的光路结构B之侧视图(上)、俯视图(下)和剖面图(右)。如图2所示，本实施中的红外激光对射光墙式入侵探测器的光路结构B之发射端与光路结构A相同，而接收端的传感部为光电传感器阵列(25)，当对射光墙被入侵目标部分或全部阻断时，通过光电传感器阵列接收到的模拟量或开关量信号，同样可实现入侵目标的智能识别。实施例作用与效果综上所述，上述实施例中的红外激光对射光墙式入侵探测器通过红外激光对射光墙、发射功率自适应调节和入侵目标智能识别算法等手段，显著降低入侵探测器的误报率和漏报率，改善现有红外激光多光束对射式入侵探测器的诸多不足，可广泛适用于包括小目标入侵探测在内的多种应用场合；另外，由于将多光束扩展为光墙传输，发射端出光功率密度大幅降低，从而易于满足国家强制性标准之防护要求；再者，由于仅须一路半导体激光器，故可显著提升系统可靠性，降低制造、安装和维护成本。
权利要求1.一种红外激光对射光墙式入侵探测器，具有接收端及发射端，其特征在于其中，所述发射端包括，激光发射电路、半导体激光器、光墙发射光路、对光调整部，所述激光发射电路对所述半导体激光器发送信号使所述半导体激光器发射红外激光，所述光墙发射光路包括接受所述红外激光并将所述红外激光均匀扩散为扇形光束的一字透镜、把所述扇形光束准直为平行光束的发射端菲涅尔透镜、消除所述平行光束中的杂散光的发射端消杂散光阑，对光调整部调整所述发射端发出的光束使所述接收端能接收所述光束；所述接收端包括接收来自所述发射端的所述光束并对所述光束进行红外滤波的红外滤光片，使得所述光束准直为相互平行光束的接收端消杂散光阑，接收所述相互平行光束并得到所述相互平行光束强度的传感部，以及能接收所述传感部所得的光电信号并根据信号强度判断是否有阻碍所述发射器与所述接收器之间的光束传播的入侵目标的判断部，当所述判断部判断有所述入侵目标时，所述接收端输出越界报警信号。
2.根据权利要求1所述的红外激光对射光墙式入侵探测器，其特征在于其中，所述一字透镜为鲍威尔棱镜。
3.根据权利要求1所述的红外激光对射光墙式入侵探测器，其特征在于其中，所述传感部包括接收所述相互平行光束并将所述相互平行光束聚焦至焦点上的接收端菲涅尔透镜；以及感应所述焦点上的光电信号并将所述信号强度传送给所述判断部的光电传感器。
4.根据权利要求1所述的红外激光对射光墙式入侵探测器，其特征在于其中，所述传感部为光电传感器阵列。
专利摘要一种红外激光对射光墙式入侵探测器，由发射端和接收端两部分组成，能通过红外激光对射光墙、发射功率自适应调节和入侵目标智能识别算法等手段，显著降低入侵探测的误报率和漏报率。
文档编号G08B13/183GK202855002SQ20122023485
公开日2013年4月3日 申请日期2012年5月18日 优先权日2012年5月18日
发明者曹民 申请人:上海理工大学