智能化安全防范系统
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安全防范系统
第一章 概述
安全防范是指以维护社会公共安全为目的，防入侵、防被盗、防破坏、防暴和安全检查等措施。为了达到上述目的采用了以电子技术、传感器技术和计算机技术为基础的安全防范技术的器材设备，并将其构成一个系统，由此应运而生的安全防范技术正逐步发展成为一项专门的公共安全技术学科。
现代化大厦的安全防范系统包括防盗报警、电视监控、出入口监控、访客对讲和电子巡更等。
一、 防盗报警系统
防盗报警系统就是用探测器对建筑内外重要地点和区域进行布防，它可以及时探测非法入侵，并且在探测到有非法入侵时，及时向有关人员示警。例如门磁开关、玻璃破碎报警器等可有效探测外来的入侵，红外探测器可感知人员的楼内的活动等，一旦发生入侵行为，能及时记录入侵时间、地点，同时通过视频控制系统录下现场情况。
二、 闭路电视监视系统
闭路电视监视系统在重要的场所安装摄像头，保安人员在控制中心便可以监视整个大楼内、外情况，从而大大加强了保安的效果。另外，监视系统在接到报警系统和出入口控制系统的示警信号后，能自动进行实时录像，录下报警时的现场情况，以供事后重放分析。先进的视频报警系统可以根据监视区域图像的移动，发生报警信号，并录下现场情况。
三、 出、入口控制系统
出、入口控制就是对建筑内、外正常的出入进行管理。该系统主要控制人员的出入及在楼内相关区域的行动，通常在大楼的入口处、金库门、档案室门和电梯等处安装出入控制装置，比如磁卡IC卡识别器或者密码键盘等，用户要想进入，必须拿出自己的磁卡/IC卡或输入正确的密码，或两者兼备，控制器识别有效才被允许通过。
四、访客对讲系统
在住宅楼（高层商住楼）或居住小区，设立来访客人与居室中的人们双向可视/非可视通话，经住户确认可遥控入口大门的电磁门锁，允许来访客人进入，同时住户又能通过对讲系统向物业中心发出求助或报警信号。 四、 电子巡更系统
电子巡更系统是在规定的巡查路线上设置巡更开关或读卡器，要求保安人员在规定时间里在规定的路线进行巡逻，保障保安人员的安全及大楼的安全。
随着计算机技术、通信技术的不断发展，安全防范技术也得到飞速发展，随着现场总线技术的成熟，大规模、大容量、高度智能化和集成化安全防范系统出现，为维护社会公共安全提供了根本保证。
第二节 防盗报警系统
一、 系统组成
防盗报警是指用来探测入侵者的移动或其他行为的报警系统。当系统运行时，只要有入侵行为的出现，就能发出报警信号。
防盗报警系统的组成如图4-1所示。
探测器信道控制器信道报警中心图 4 – 1 防盗报警系统组成
1． 探测器
探测器是用来探测入侵者移动或其他动作的电子和机械部件所组成的装置。探测器通常由传感器和信号处理器组成，有的探测器只有传感器而没有信号处理器，探测器的核心部分是传感器。
入侵探测器应该有防拆保护、防破坏保护。当入侵探测器受到破坏，拆开外壳或信号传输线短路、断路及并接其他负载时，探测器应该发生报警信号。入侵探测器应有抗小动物干扰的能力。在探测范围内，如有直径30mm，长度为150mm的具有与小动物类似的红外辐射特性的圆筒大小的物体，探测器不应该报警。入侵探测器应有抗外界干扰的能力，探测器对与射束轴线成15°或更大一点的任何界外光源的辐射干扰信号，应不产生误报和漏报。探测器应该有承受常温气流和电铃的干扰，不产生误报。探测器应能承受电火花干扰能力。探测器应有步行实验显示器，并有关断或遮挡该显示器的装置。探测器应有对准指示，便于安装调试。探测器宜在下列条件下工作：室内，-10~55℃，相对湿度不大于95%；室外，-2~75℃，相对湿度不大于95%。
2.信道
信道是探测电信号传送的通道。信道的种类较多，通常分有线和无线信道，有线信道是指探测电信号通过双绞线、电话线、电缆或光缆向控制中心传输；无线信道是对探测电信号先调制到专用的无线电频道由发送天线发出，控制器或控制中心的无线接收机将空中的无线电波接收下来后，解调还原出控制报警信号。
3.控制器
报警控制器由信号处理器和报警装置组成。报警信号处理器是对信号中传来的探测电信号进行处理，判断出电信号中“有”或“无”的情况，并输出相应的判断信号。若探测电信号中含有入侵者入侵信号时，则信号处理器发出告警信号，报警装置发出声或光报警，引起防范工作人员的警觉。反之，若探测电信号中无入侵者的入侵信号，则信号处理器送出的“无情况”的信号，则报警器不发出声、光报警信号。智能型的控制器还能判断系统出现的故障，及时报告故障性质、位置等。
4．控制中心（报警中心）
通常为了实现区域性的防范，即把几个需要防范的小区，联网到一个警戒中心，一旦出现危险情况，可以集中力量打击犯罪分子。而各个区域的报警控制器的信号，通过电话线、电缆、光缆，或无线电波传到控制中心，同样控制中心的命令或指令也能回送到各区域的报警值班室，以加强防范的力度。
二、 传感器
探测器通常由传感器和信号处理器组成，传感器是探测器的核心部分。
传感器是一种物理量的转化装置，在入侵探测器中，传感器通常把压力、振动、声响和光强等物理量，转换成易于处理的电量（电压、电流和电阻等）。信号处理器的作用是把传感器转化成的电量进行放大、虑波和整形处理，使它成为一种合适的信号，能在系统的传输信道中顺利地传送，通常把这种信号称为探测电信号。
如传感器的输入量为X，输出量为Y，那么Y=F(X)称为转换函数，它表示了传感器的输入/输出特性，而传感器在实际运行时，除了输入量X以外，还会有环境的干扰，如气压、温度、振动和噪声等的影响，因此实际上转换函数应是一个多元的函数Y=F（X、Q、A、…..），在设计和选用传感器时，应把干扰传感器输出量Y的Q、A等因素降低到最低限度。
传感器输出的电量通常是一种连续变化的物理量，这种物理量在电子技术中称为模拟量，由这种传感器组成的探测器称为模拟量探测器，如光电二极管输出的电流随光照强度的变化而变化就是一种连续变化的电流量，热敏电阻随温度变化而电阻值发生的变化也是一种连续变化的量。
由于报警信号控制器只能识别两个信号，即“有”或“无”，有信号就发出声光报警信号，若无则不发出信号，所以就需将连续变化的模拟量转换成只有“有”或“无”两种状态的物理量，只有“有”和“无”两种状态的电量和电子技术中称数字量，通常用“1”表示有信号，用“0”表示无信号。把模拟信号转换成数字信号通常在探测器中完成，也可以在报警控制器中完成。通常是将模拟传感器中输出的模拟量经放大（也有不需要放大），然后与基准信号相比较，在基准信号以下判定为“无”危险的情况，超过基准信号，判定为“有”危险情况，即将模拟量转换成“有”和“无”两种数字信号。
也有少数传感器输出的信号只有两种状态，如干簧管继电器，“通”或“断”两个状态就能直接送到报警控制器中，来控制声光报警器的开或关。 1． 开关传感器
开关传感器是一种简单、可靠的传感器，也是一种最廉价的传感器，广泛应用的安防技术中。它将压力、磁场或位移等物理量转化成电压或电流。
（1） 微动开关、簧片型接触开关。开关在压力作用下，开关接通；无压力作用的情况下，开关断开。开关与报警电路接在一起，从而发出报警信号，此类开关通常用在某些点入侵探测器中，以监视门、窗、柜台等特殊部位。
（2） 舌簧继电器。亦称干簧继电器，是一种将磁场力转化成电量的传感器，其结构如图4 – 2 所示。
开关簧片触点玻璃管 图 4 -2 干簧管继电器构造
干簧管的干簧触点通常做成动合、动断或转换三种不同形式。开关簧片通常烧结在与簧片热膨胀相适应的玻璃管上，管内充以惰性气体（如氮气）以避免触点氧化和腐蚀。由于触点密封在充有氮气的玻璃管中，有效地防止了空气中尘埃与水气的污染，大大提高了触点工作的可靠性和寿命，可靠通断到108次以上。触点间距离短、质量小、吸合功率效、实效度高和动作时间短，释放和吸合时间在1ms左右，满足电子电路中对动作速度的要求，因此广泛应用在通信、检测电路中，无需调整、维修，使用方便、价格便宜又是干簧管继电器的重要优点，使其得到广泛的应用。
干簧管中的簧片用铁镍合金做成，具有很好的导磁性能，与线圈或磁块配合，构成了干簧管继电器状态的变换控制器。簧片上触点常镀金、银、铑等金属，以保证通断能力，因此簧片又是继电器的执行机构。
动合舌簧继电器的簧片固定在玻璃管的两端，它在外磁场（线圈或永久磁铁）的作用下，其自由端产生的磁极极性正好相反，两触点相互吸合，使外电路闭合，外磁场不作用时，触点断开，故称动合式舌簧继电器。
动断舌簧管则将簧片固定在玻璃管的同一端，触点簧片在外磁场的作用下，其自由端产生的磁极极性正好相同，两触点相互排斥而断开。常态下，无外磁场作用，两触点闭合，故称动断式开关舌簧管。
在动合的舌簧片上再加一组动断的触点，就构成转换型干簧管，有些干簧管带有多组动合、动断触点。
2． 压力传感器
压力传感器把传感器上受到的压力变化转换成相应的电量，进行放大处理成探测电信号。 3.声传感器
把声音信号（如说话、走动、打碎玻璃、据钢筋等）转换成一定电量的传感器，称为声传感器。
声音是一种机械波，声音的传播是机械波在媒质中传播的过程。频率在20~20000Hz之间的声波，人耳能接收到，称可闻声波，频率低于20Hz、人耳听不到的声波称次声波，频率高于20000Hz的声波称超声波。
（1） 驻极体传感器。驻极体是一种永远性带电的介电材料，它能把声能或机械能转换成电能，或者将电能转换成机械能或声能。
驻极体传感器的核心是驻极体箔，它由一张绝缘薄膜构成，薄膜上带有电荷，通常由聚四氟乙烯等碳卤聚合物制成，具有极高的绝缘电阻，通过外电场对绝缘薄膜两侧充电，则膜上电荷能长时间保存，若在常温和相对干燥的环境下保存，聚四氟乙烯上的电荷能保存近百年，在常温和相对湿度为95%的潮湿环境下，电荷的衰减时间也能达到近十年。
通常把一片驻极体膜紧贴在一块金属板上，另一片驻极体膜相对安放，中间间隔一个10um的薄空气层，构成一驻极体传感器，两片相对而立的驻极体膜形成了一个电容器，根据静电感应的原理，与驻极体相对应的金属板上会感应出大小相等、方向相反的电荷，那么驻极体上的电荷在空隙中形成静电场，在声波作用下，驻极体箔会有一个位移，在驻极体膜开路的条件下，膜片两端感应静电场静电压。
驻极体箔的位移与所加声强成正比，因此传感器输出的电压仅与声强有关，而与频率无关。驻极体传感器能保证在声频范围内具有恒定的灵敏度，这是极大的优点。
（2） 磁电传感器。磁电式声传感器是有一个固定磁场和在这个磁场中可做垂直轴向运动的线圈组成。线圈安装在一个振动膜上，振动膜在声强的作用下运动，带动线圈在固定的磁场中作切割磁力线的运动，此时在线圈两端的感应电动势E的大小为
E=Blu
式中 B -------磁感应强度；
l --------线圈的长度；
u --------线圈的运动速度。
线圈运动的速度与声强的大小有关，于是线圈的输出电压就与声强的大小联系在一起。
4.光电传感器
光电传感器通常是指将可见光转换成某种电量的传感器，光敏二极管是最常见的光传感器，光敏二极管的外形与一般二极管一样，只有它的管壳上开有一个嵌着玻璃的窗口，以便于光线射入，为增加受光面积，PN结的面积做得较大，光敏二极管工作在反向偏置的工作状态下，并与负载电阻相串联。当无光照时，它与普通二极管一样，方向电流很小（小于0.1uA），称为光电载流子，在外电场的作用下，光电载流子参与导电，形成比暗电流大得多的反向电流，该反向电流称为光电流。光电流的大小与光照强度成正比，于是在负载电阻上就能得到随光照强度变化的电信号。
