專利名稱：紅外激光對射光墻式入侵探測器的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種安全防范用入侵探測裝置，尤其是采用平行傳輸且光強均勻分布的紅外激光光墻以對射方式布防的紅外激光對射光墻式入侵探測器。
背景技術(shù)：
在區(qū)域安全防 范領域，采用紅外LED多光束對射(一端發(fā)射一端接收)方式來實時監(jiān)測光束阻斷并發(fā)送報警信號的普通紅外對射式入侵探測器已得到廣泛應用，由于普通光源存在穿透能力低、發(fā)射功耗高等固有缺陷，造成現(xiàn)有產(chǎn)品普遍存在探測距離短、能耗偏高、性能不穩(wěn)定、誤報率和漏報率均偏高等諸多缺陷，很大程度上限制了該類產(chǎn)品的全面普及。考慮到激光是一種受激輻射產(chǎn)生的高亮度定向能束，較自發(fā)輻射產(chǎn)生的普通光源具有方向性好、單色性好、強相干性、發(fā)散角小、能量密度大、穿透力強(基本不受雨、霧、雪、沙塵等影響)、抗干擾性好(基本不受陽光、燈光、雷電、電磁波等干擾)、電磁兼容性好(光通路抗電磁干擾能力強，對外界不產(chǎn)生電磁干擾)等優(yōu)點，因此特別適用于長距離、惡劣環(huán)境、狹窄光通道的入侵探測場合。故為克服現(xiàn)有普通紅外對射探測器的諸多缺陷，采用紅外激光作為發(fā)射光源是一種較理想的解決方案。然而，現(xiàn)有的紅外激光入侵探測器仍沿用普通紅外對射探測器的紅外L E D多光束對射原理，產(chǎn)品性能上相對傳統(tǒng)探測器并無明顯優(yōu)勢，在安裝、使用和維護方面依然存在如下問題I)在小目標入侵探測場合，光束數(shù)量、漏報率、可靠性和成本之間存在不可避免的矛盾(若漏報率要求越低，所需光束數(shù)量就越多，系統(tǒng)可靠性就越低，制造、安裝和維護成本相應也越高);2)由于僅能探測入侵目標阻斷的光束數(shù)量及次序，無法準確換算投影長度及變化，因而不便于防干擾智能識別入侵目標；3)在遠距離入侵探測場合，發(fā)射端出光功率密度要求較大，通常難以滿足國家強制性標準之防護要求。

發(fā)明內(nèi)容
為彌補現(xiàn)有紅外激光多光束對射式入侵探測器的諸多不足，本發(fā)明提供了一種紅外激光對射光墻式入侵探測器，能通過紅外激光對射光墻、發(fā)射功率自適應調(diào)節(jié)和入侵目標智能識別算法等手段，顯著降低入侵探測器的誤報率和漏報率。一種紅外激光對射光墻式入侵探測器包括發(fā)射端及接收端組成，發(fā)射端包括激光發(fā)射電路、半導體激光器、光強發(fā)射光路、對光調(diào)整部，激光發(fā)射電路對半導體激光器傳達信號使得半導體激光器發(fā)射紅外激光，光強發(fā)射光路包括接受紅外激光并紅外激光均勻擴散為扇形光束的一字透鏡，把扇形光束準直為平行光束的發(fā)射端菲涅爾透鏡，消除平行光束中的雜散光的第一消雜散光闌，調(diào)整發(fā)射端發(fā)出的光束使得接收端能夠接收光束的對光調(diào)整部；接收端包括接收發(fā)射端發(fā)射過來的所述光束并對所述光束進行紅外濾波的紅外濾光片；使得光束準直為相互平行光束的第二消雜散光闌，接受相互平行光束并感應相互平行光束的強度的傳感部；判斷部能夠接收傳感部所感應的光電信號并根據(jù)光電信號判斷是否有阻礙發(fā)射器與接收器之間的光束傳播的入侵目標，當判斷部判斷有入侵目標時，接收端發(fā)出越界報警信號進一步，本發(fā)明提供的紅外激光對射光墻式入侵探測器還可以具有這樣的特征一字透鏡為鮑威爾棱鏡。進一步，本發(fā)明提供的紅外激光對射光墻式入侵探測器還可以具有這樣的特征傳感部包括接收相互平行光束并將相互平行光束聚焦到一個焦點上的接收端菲涅爾透鏡；以及感應焦點上的光電信號并將光電信號傳送給判斷部的光電傳感器。進一步，本發(fā)明提供的紅外激光對射光墻式入侵探測器還可以具有這樣的特征傳感部為光電傳感器陣列。進一步，本發(fā)明提供的紅外激光對射光墻式入侵探測器還可以具有這樣的特征通過改進設計發(fā)射端菲涅爾透鏡，可使扇形光束經(jīng)發(fā)射端菲涅爾透鏡后形成中間平行、側(cè)面向外擴散的光束，從而方便對光調(diào)試和減少因外界擾動引發(fā)的誤報。進一步，本發(fā)明提供的紅外激光對射光墻式入侵探測器還可以包括發(fā)射功率自適應調(diào)節(jié)部，在外界干擾工況下接收端的信號強度或信噪比發(fā)生逐漸減弱、影響入侵目標的準確識別時，接收端向發(fā)射端發(fā)出控制指令對所述半導體激光器的發(fā)射功率進行自適應調(diào)節(jié)，使所述接收端的信號強度或信噪比維持恒定。進一步，本發(fā)明提供的紅外激光對射光墻式入侵探測器還可以具有這樣的特征判斷部采用入侵目標智能識別算法的原理是發(fā)射端老化光衰后半導體激光器的發(fā)射功率自適應調(diào)節(jié)范圍受限，在外界干擾工況下接收端的信號強度或信噪比會逐漸減弱，為避免影響入侵目標的準確識別并防止對非入侵目標的誤報警，須滿足目標入侵時接收端信號強度的衰減速率高于門限值、越界報警時接收端信號強度的衰減比率低于門限值兩個條件，才能觸發(fā)越界報警輸出。進一步，本發(fā)明提供的紅外激光對射光墻式入侵探測器還可以具有這樣的特征上述條件的表達式為
MT丨 JiO-Mj)該公式中T_系統(tǒng)采樣周期；M_入侵信號過渡時間的序列門限；11一采樣信號序列(n=0, I, . . . N ；N為越界報警響應時間的序列門限)；u(t)、u(t-MT)、u(t+nT)一接收端分別在t、(t-MT)、(t+nT)時刻接收到的信號強度屯一目標入侵時接收端信號強度的衰減速率門限；Ka—越界報警時接收端信號強度的衰減比率門限。發(fā)明作用與效果本發(fā)明提供的紅外激光對射光墻式入侵探測器能通過紅外激光對射光墻、發(fā)射功率自適應調(diào)節(jié)和入侵目標智能識別算法等手段，顯著降低入侵探測器的誤報率和漏報率，改善現(xiàn)有紅外激光多光束對射式入侵探測器的諸多不足，可廣泛適用于包括小目標入侵探測在內(nèi)的多種應用場合；另外，由于將多光束擴展為光墻傳輸，發(fā)射端出光功率密度大幅降低，從而易于滿足國家強制性標準之防護要求；再者，由于僅須一路半導體激光器，故可顯著提升系統(tǒng)可靠性，降低制造、安裝和維護成本。


圖I是本發(fā)明在實施例一中的紅外激光對射光墻式入侵探測器的光路結(jié)構(gòu)A之側(cè)視圖(上)、俯視圖(下)和剖面圖(右);圖2是本發(fā)明在實施例二中的紅外激光對射光墻式入侵探測器的光路結(jié)構(gòu)B之側(cè)視圖(上)、俯視圖(下)和剖面圖(右);圖3是本發(fā)明在實施例一中的紅外激光對射光墻式入侵探測器的發(fā)射端的電路結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明在實施例一中的紅外激光對射光墻式入侵探測器的接收端的電路結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是本發(fā)明在實施例一中的紅外激光對射光墻式入侵探測器的入侵目標智能 識別算法的控制流程圖；圖6是本發(fā)明在實施例一中的紅外激光對射光墻式入侵探測器的入侵目標智能識別算法的控制時序圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。實施例一一種紅外激光對射光墻式入侵探測器包括發(fā)射端和接收端組成。圖3是本實施例一中的紅外激光對射光墻式入侵探測器發(fā)射端的電路結(jié)構(gòu)示意圖。如圖3所示，本實施例中的發(fā)射端的電路結(jié)構(gòu)主要由電源電路、微處理器、驅(qū)動電路、射頻接收電路、防拆保護電路、半導體激光器等部分構(gòu)成，其原理是射頻接收電路接收來自接收端的控制指令，并將控制指令輸出至微處理器，微處理器按預設的調(diào)頻和占空比輸出一定幅度的脈寬調(diào)制(PWM)信號，再通過驅(qū)動電路對PWM信號進行功率放大，驅(qū)動半導體激光器工作，從而將電信號轉(zhuǎn)為光信號對外輸出；電源電路對輸入電源進行降壓、穩(wěn)壓和濾波處理，為系統(tǒng)提供符合要求的直流電源；防拆保護電路用于傳感發(fā)射端遭受的破壞或拆卸行為，并通過微處理器將觸發(fā)信號加載至PWM信號，再以光通訊方式向接收端傳輸。圖I是本實施例中的紅外激光對射光墻式入侵探測器的光路結(jié)構(gòu)A之側(cè)視圖(上)、俯視圖(下)和剖面圖(右)。如圖I所示，本發(fā)明中入侵探測器的光路結(jié)構(gòu)A分為發(fā)射端(I)和接收端(2)兩部分，發(fā)射端主要由上述的激光發(fā)射電路、半導體激光器(11)、鮑威爾棱鏡(12)、發(fā)射端菲涅爾透鏡(13)和發(fā)射端消雜散光闌(14)等光學組件構(gòu)成，接收端主要由紅外濾光片(21)、接收端消雜散光闌(22)、接收端菲涅爾透鏡(23)、光電傳感器(24)和對光調(diào)整部等光學組件構(gòu)成。發(fā)射端通過半導體激光器產(chǎn)生脈沖紅外準直激光束，再通過鮑威爾棱鏡(其劃線優(yōu)于柱面透鏡，能消除高斯光束的中心熱點和褪色邊緣分布，生成光密度均勻、穩(wěn)定性好、直線性好的扇形光束)將激光束擴散為扇形光束，隨后通過長條形非球面發(fā)射端菲涅爾透鏡(平面化的聚光鏡，具有輕薄低成本的優(yōu)點，非球面設計能消除球形像差)將自焦點擴散的扇形光束準直為平行光束，最后通過長條形第一消雜散光闌(光梳通道內(nèi)壁為涂黑毛面，用于吸收透鏡加工誤差引起的雜散光)進一步準直平行光束后向接收端發(fā)出一堵條形截面、光強均布、平行傳輸且側(cè)面向外適當擴散的對射光墻(3);接收端通過長條形紅外濾光片對紅外入射光墻進行濾波，再通過長條形接收端消雜散光闌得到準直平行光束，最后通過長條形接收端菲涅爾透鏡將平行光束聚焦于焦點上，光電傳感器接收該焦點的光電信號。對光調(diào)整部調(diào)整光束使得發(fā)射端發(fā)射的光束能夠被接收端很好的接收。另外為方便對光調(diào)整部調(diào)試和減少因外界擾動引發(fā)的誤報(強風、冰雹和振動等外界擾動可能導致光束偏離接收端)，發(fā)射端的長條形非球面的發(fā)射端菲涅爾透鏡經(jīng)改進設計可使所述扇形光束經(jīng)所述發(fā)射端菲涅爾透鏡后形成中間平行側(cè)面向外擴散的光束。其次，要提高光束平行度，就必須減小光束發(fā)散角，而發(fā)散角與光波長成正比、與出光口徑成反比；因此在激光波長確定后，提高光束平行度的方法只有盡量加大出光口徑。圖4是本發(fā)明在實施例一中的紅外激光對射光墻式入侵探測器的接收端的電路結(jié)構(gòu)示意圖。如圖4所示，本實施例中的接收端的電路結(jié)構(gòu)主要由電源電路、信號調(diào)理電 路、微處理器(包括發(fā)射功率自適應調(diào)節(jié)部和判斷部)、驅(qū)動電路、射頻發(fā)射電路、信號輸出電路、報警裝置、防拆保護電路、對準指示電路、光電傳感器等部分構(gòu)成，其原理是接收端的傳感器部將來自發(fā)射端的對射光墻信號轉(zhuǎn)為光電信號，經(jīng)信號調(diào)理電路進行放大和濾波后輸入微處理器，微處理器經(jīng)發(fā)射功率自適應調(diào)節(jié)和入侵目標智能識別算法處理后輸出功率調(diào)節(jié)和越界報警信號，再經(jīng)驅(qū)動電路進行功率放大，通過信號輸出電路(包括繼電器和數(shù)據(jù)總線)和射頻發(fā)射電路對外輸出；電源電路對輸入電源進行降壓、穩(wěn)壓和濾波處理，為系統(tǒng)提供符合要求的直流電源；防拆保護電路用于傳感接收端遭受的破壞或拆卸行為，接收端和/或發(fā)射端的防拆報警信號統(tǒng)一由接收端按前述方式對外輸出；對準指示電路用于指示發(fā)射端的對準程度，通過目測LED燈亮度判斷光軸是否對準光電傳感器。圖5是本發(fā)明在實施例一中的紅外激光對射光墻式入侵探測器的入侵目標智能識別算法的控制流程圖；圖6是本發(fā)明在實施例一中的紅外激光對射光墻式入侵探測器的入侵目標智能識別算法的控制時序圖。如圖5、6所示，本發(fā)明中入侵目標智能識別算法的控制流程及時序是發(fā)射端老化光衰后發(fā)射功率自適應調(diào)節(jié)范圍受限，如遇窗口積灰、惡劣天氣、強光直射等外界干擾，接收端的信號強度或信噪比會逐漸減弱；為避免影響入侵目標的準確識別，防止對落葉或小動物等非入侵目標的誤報警，越界報警輸出的觸發(fā)條件是目標入侵時接收端信號強度的衰減速率高于門限值，且越界報警時接收端信號強度的衰減比率低于門限值。即間-"(,)> K I L m < A',式中T-系統(tǒng)采樣周期；
MT' Uii-Ml)M-入侵信號過渡時間的序列門限；n—采樣信號序列(n=0，I, . . .N ；N為越界報警響應時間的序列門限)；u (t)、u (t-MT)、u (t+nT)-接收端分別在t、(t-MT)、(t+nT)時刻接收到的信號強度；Ki一目標入侵時接收端信號強度的衰減速率門限；Ka—越界報警時接收端信號強度的衰減比率門限。實施例二本實施例中省略了與實施例一中相同的結(jié)構(gòu)組成，相同的結(jié)構(gòu)使用相同的數(shù)字編號。圖2是本發(fā)明在本中的紅外激光對射光墻式入侵探測器的光路結(jié)構(gòu)B之側(cè)視圖(上)、俯視圖(下)和剖面圖(右)。如圖2所示，本實施中的紅外激光對射光墻式入侵探測器的光路結(jié)構(gòu)B之發(fā)射端與光路結(jié)構(gòu)A相同，而接收端的傳感部為光電傳感器陣列(25)，當對射光墻被入侵目標部分或全部阻斷時，通過光電傳感器陣列接收到的模擬量或開關(guān)量信號，同樣可實現(xiàn)入侵目標的智能識別。實施例作用與效果綜上所述，上述實施例中的紅外激光對射光墻式入侵探測器通過紅外激光對射光墻、發(fā)射功率自適應調(diào)節(jié)和入侵目標智能識別算法等手段，顯著降低入侵探測器的誤報率 和漏報率，改善現(xiàn)有紅外激光多光束對射式入侵探測器的諸多不足，可廣泛適用于包括小目標入侵探測在內(nèi)的多種應用場合；另外，由于將多光束擴展為光墻傳輸，發(fā)射端出光功率密度大幅降低，從而易于滿足國家強制性標準之防護要求；再者，由于僅須一路半導體激光器，故可顯著提升系統(tǒng)可靠性，降低制造、安裝和維護成本。
權(quán)利要求
1.一種紅外激光對射光墻式入侵探測器具有接收端及發(fā)射端組成，其特征在于 其中，所述發(fā)射端包括，激光發(fā)射電路、半導體激光器、光墻發(fā)射光路、對光調(diào)整部，所述激光發(fā)射電路對所述半導體激光器發(fā)送信號使所述半導體激光器發(fā)射紅外激光，所述光墻發(fā)射光路包括接受所述紅外激光并將所述紅外激光均勻擴散為扇形光束的一字透鏡，把所述扇形光束準直為平行光束的發(fā)射端菲涅爾透鏡，消除所述平行光束中的雜散光的發(fā)射端消雜散光闌，調(diào)整所述發(fā)射端發(fā)出的光束使所述接收端能接收所述光束的對光調(diào)整部；所述接收端包括接收來自所述發(fā)射端的所述光束并對所述光束進行紅外濾波的紅外濾光片，使得所述光束準直為相互平行光束的接收端消雜散光闌，收所述相互平行光束并得到所述相互平行光束強度的傳感部；所述判斷部，能接收所述傳感部所得的光電信號并根據(jù)信號強度判斷是否有阻礙所述發(fā)射器與所述接收器之間的光束傳播的入侵目標，當所述判斷部判斷有所述入侵目標時，所述接收端輸出越界報警信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的紅外激光對射光墻式入侵探測器，其特征在于 其中，所述一字透鏡為鮑威爾棱鏡。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的紅外激光對射光墻式入侵探測器，其特征在于 其中，所述傳感部包括接收所述相互平行光束并將所述相互平行光束聚焦至焦點上的接收端菲涅爾透鏡；以及感應所述焦點上的光電信號并將所述信號強度傳送給所述判斷部的光電傳感器。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的紅外激光對射光墻式入侵探測器，其特征在于 其中，所述傳感部為光電傳感器陣列。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的紅外激光對射光墻式入侵探測器，其特征在于 其中，所述發(fā)射端菲涅爾透鏡通過改進設計，使得所述扇形光束經(jīng)過所述發(fā)射端菲涅爾透鏡后形成中間平行、側(cè)面向外擴散的光束，從而方便對光調(diào)試和減少因外界擾動引發(fā)的誤報。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的紅外激光對射光墻式入侵探測器，其特征在于，還包括 發(fā)射功率自適應調(diào)節(jié)部，在外界干擾エ況下接收端的信號強度或信噪比發(fā)生逐漸減弱、影響入侵目標的準確識別時，接收端向發(fā)射端發(fā)出控制指令對所述半導體激光器的發(fā)射功率進行自適應調(diào)節(jié)使所述接收端的信號強度或信噪比維持恒定。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的紅外激光對射光墻式入侵探測器，其特征在于 其中，所述判斷部采用入侵目標智能識別算法，其原理是所述發(fā)射端老化光衰后所述半導體激光器的發(fā)射功率自適應調(diào)節(jié)范圍受限，在外界干擾エ況下所述接收端的信號強度或信噪比會逐漸減弱，為避免影響入侵目標的準確識別，并防止對非入侵目標的誤報警，須滿足目標入侵時接收端信號強度的衰減速率高于門限值、越界報警時接收端信號強度的衰減比率低于門限值兩個條件，才能觸發(fā)越界報警輸出。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的紅外激光對射光墻式入侵探測器，其特征在于所述條件的表達式為
全文摘要
一種紅外激光對射光墻式入侵探測器，由發(fā)射端和接收端兩部分組成，能通過紅外激光對射光墻、發(fā)射功率自適應調(diào)節(jié)和入侵目標智能識別算法等手段，顯著降低入侵探測的誤報率和漏報率。
文檔編號G08B13/183GK102651158SQ201210162508
公開日2012年8月29日 申請日期2012年5月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月18日
發(fā)明者曹民 申請人:上海理工大學