圖2-2  干簧繼電器的構造

    干簧管的干簧觸點常做成常開、常閉或轉換三種不同形式。開關簧片通常燒結在與簧片熱膨脹系數相近的玻璃管上，管內充有氮氣或惰性氣體以避免觸點被氧化和腐蝕，還可以有效防止空氣中塵埃與水氣污染。
干簧管中的簧片是用鐵鎳合金制成，具有很好的導磁性能，與線圈或磁塊配合，構成了干簧繼電器狀態的變換控制器，簧片上的觸點鍍金、銀、銠等貴金屬，以保證通斷能力。常開舌簧繼電器的兩個簧片在外磁場作用下其自由端產生的磁極極性正好相反，二觸點相互吸合，外磁場不作用時觸點是斷開的，故稱常開式舌簧繼電器。常閉舌簧管的結構正好與常開式相反，是無磁場作用時吸合，有磁場作用時斷開。轉換式舌簧繼電器有常開、常閉兩對觸點，在外磁場作用下狀態發生轉換。
使用時通常把磁鐵安裝在被防范物體（如門、窗等）的活動部位（門扇、窗扇），干簧管安裝在固定部位（門框、窗框），如圖2-3所示。

圖2-3  安裝在門窗上的磁控開關

磁鐵與舌簧管的位置要調整適當，以保征門窗關閉時磁鐵與干簧管接近而干簧管觸點動作，當門窗打開時干簧管觸點復位而產生報警信號。
（3） 易斷金屬導線
易斷金屬線是一種用導電性能好的金屬材料制成的機械強度不高、容易斷裂的導線，用它作為傳感器時，可將其捆繞在門、窗把手或被保護的物體上，當門、窗被強行打開或物體被意外移動時金屬線斷裂，使與其連通的電路斷路而發出報警信號。易斷金屬導線可以是0.1mm～0.5mm的漆包線,也可以采用一種導電膠粘帶。易斷金屬導線具有結構簡單、價格低廉的優點，缺點是不便于偽裝且沒有自恢復功能。
（4） 壓力墊
壓力墊也可以作為開關報警探測器的一種傳感器。壓力墊通常放在防范區域的地毯下面，如圖2-4所示。將兩長條形金屬帶平行相對地分別放在地毯背面和地板之間，兩條金屬帶之間有幾個位置使用絕緣材料支撐，使兩條金屬帶互不接觸，此時相當與傳感器開關斷開，當入侵者進入防范區域時，踩踏地毯而使相應部位受力凹陷，兩條金屬帶接觸，此時相當于傳感器開關閉合而發出報警信號。

圖2-4  壓力墊使用示意圖

2．壓力傳感器
壓力傳感器把傳感器上受到的壓力變化轉換為相應的電量變化，經過放大成為電信號。某些晶體材料，當某方向受到外力作用時，其內部就會產生極化現象，在某方向兩個表面上產生正負電荷，當作用力改變時，電荷的大小和極性隨之改變，晶體所產生的電荷量大小和極性隨之改變，晶體所產生的電荷量大小與外力的大小成正比，這種現象稱正壓電效應。反之某些晶體加一交變電場，晶體將產生機械變形，這種現象稱逆壓電效應。圖2-5為壓電效應原理示意圖。

圖2-5  壓電效應原理示意圖

具有壓電效應的晶體材料我們稱之為壓電材料。壓力傳感器就是利用壓電材料的正壓電效應制成。
現在常用的壓電材料是人工合成的。天然的壓電單晶也有，但效率低，利用難度較大，用的較少，只有在高溫或低溫等特殊狀態下，才利用單晶石英晶體。
壓電陶瓷是人工燒結的一種常用多晶壓電材料，壓電陶瓷燒結方便，容易成形，強度高，而且壓/電轉換的系數大，為天然單晶石英晶體的幾十倍，而制造成本只有石英單晶的百分之一，因此壓電陶瓷廣泛被用做壓力傳感器材料。
常用的壓電陶瓷材料有鈦酸鋇、鈮鎂酸鉛，鉛鈦酸鉛等。
壓電陶瓷材料燒結后，zui初并不具有壓力特性。這種陶瓷材料內部有許多無序排列的“電疇”，這些“電疇”在一定外界溫度下，接受一強化電場的作用，使其按外電場的方向整齊排列，這就是極化過程。極化后的陶瓷材料在撤去外電場后，其內部電疇的排列不變，具有很強的極化排列，這時陶瓷材料才具有壓電性。
壓電陶瓷材料通常做成長方體。當某一方向上的對應兩面受到外力作用時，在壓電陶瓷的這兩面上就會出現電荷堆積，電量的大小與受力的大小成正比。此時壓電陶瓷相當于一個靜電發生器，或是一個以壓電材料為介質的電容器，電容量的大小為
C=ε?ε0?A/δ
式中，
ε0 —— 真空介電常數（8.85×10-12 F/m）;
ε  ——  壓電材料相對介電常數；
A  —— 受力極板面積；
δ —— 壓電材料厚度。
而電容兩端的開路電壓U=Q/C，Q為極板上電荷量的大小，與所受外力成正比，一般電量Q很小，因此感應出的U也很小。為了能檢測出U的變化，要求壓電陶瓷本身有相應的阻抗，同時前端放大器也應有*的輸入阻抗，通常探測器的前端放大器用場效應管來擔當。由于輸入阻抗過高，很容易竄入干擾信號，為此前端放大器應直接接在傳感器的輸出端，信號經放大后輸出一個高電平、低阻抗的探測電信號。
有機壓電材料是新近研究開發出來的新型壓電材料，如聚氯乙烯、聚二氟乙烯等，它具有柔軟、不易破碎的特點。
半導體壓力傳感器是利用硅結晶的壓電電阻效應以及二極管、晶體管的電流、電壓特性制成的元件。當硅半導體材料受到外力作用時，晶體處于扭曲狀態，由于載流子遷移率的變化而導致晶體阻抗變化的現象稱之為壓電電阻效應。用ΔR表示晶體阻抗的變化,它的變化率為：
ΔR/R = （Δρ/ρ）?τ?σ=G?σ
式中，
τ——壓電電阻系數
ρ——電阻率
σ——應力
G ——比例因子
半導體壓力傳感器的比例因子G高達200，G越高，靈敏度越高。
圖2-6所示為半導體壓力傳感器結構。當硅膜片受壓時，擴散電阻值發生變化，將R1、R2、R3、R4接成橋路，如圖2-7所示。

圖2-6  半導體壓力傳感器結構

圖2-7  壓力傳感器輸入輸出橋

圖2-8為半導體壓力傳感器的壓電傳輸特性，可以看出輸出電壓隨壓力的變化而變化，且線性度較好。

圖2-8  壓電傳輸特性

用來檢測壓力的傳感器還有靜電容式壓力傳感器和硅振動式壓力傳感器。靜電容式壓力傳感器是將壓力膜微小的位置變化轉換成靜電容變化的傳感器。硅振動式壓力傳感器是用微加工方法將膜片加工成長50?m、寬20?m～30?m、厚5?m的硅振子膜片，當膜片受到壓力時，則把壓力轉換為張力，使膜片產生振動。但為使振子不直接與測量膜片接觸，防止振子的污染和劣化，而將其全部封在真空室內，故硅振動式壓力傳感器的工作條件要求*，在這里就不詳述了。

（2） 激光入侵探測器
激光與一般光源相比有如下特點：
a．方向性好，亮度高。一束激光的發散角可做到小于10-3～10-5弧度，即使在幾公里以外激光光束的直徑也僅擴展到幾毫米或幾厘米。由于激光光束發散角小，幾乎是一束平行光束，光束能聚集在一個很小的平面上，產生很大的光功率密度，其亮度很高。
激光光源和其它光源的亮度比較：
光源       亮度（w/Sr?cm2）
蠟燭       0.5
電燈        470
太陽表面   0.165M
氦-氖激光  15M
紅寶石激光   10億兆～37億兆
b．激光的單色性和相干性好。
激光是單一頻率的單色光，如氦氖激光器的波長為6328?，在其頻率范圍內譜線寬度ΔU=10-1Hz，而其他一般光的ΔU = 107-109 Hz。光的相干性取決于其單色性。
光的相干長度δm與譜線寬度的關系是：
δm=c/ΔU，其中c為光速。
一般光源的相干長度為幾個毫米。單色光源氦-86燈，λ=6057?，相干長度δm=38.6cm；而氦氖激光器λ= 6328?，δm=40km。
按激光器的工作物質來分，激光器可分為如下幾種：
固體激光器：它的工作物質為固體，如釹玻璃、紅寶石等。
液體染料激光器：它的工作物質為液體染料，如若丹明香豆素等。
氣體激光器：它的工作物質是二氧化碳、氦-氖、氮分子等。
半導體激光器：它的工作物質是半導體材料，如砷化鎵。
激光探測器與主動紅外式探測器有些相似，也是由發射器與接收器兩部分構成。發射器發射激光束照射在接收器上，當有入侵目標出現在警戒線上，激光束被遮擋，接收機接收狀態發生變化，從而產生報警信號。
激光探測器的作用距離：

                                              

式中
    P1——激光功率；
    QT——光束發散角；
    M—— 調制光速調制度；
    SR——接收面積；
    PR——接收到的功率。
由上式可以看出，要提高探測器的作用距離，應增大激光源的發射光率，增加光學系統的透過率，減少發射裝置的發散角，也可采用高靈敏的光電傳感器。
激光具有高亮度，高方向性，所以激光探測器十分適用于遠距離的線控報警裝置。由于能量集中，可以在光路上加裝反射鏡，圍繞成光墻，從而可以用一套激光器來封鎖場地的四周，或封鎖幾個主要通道路口。
激光探測器采用半導體激光器的波長在紅外線波段時，處于不可見范圍，便于隱蔽，不易被*分子所發現。激光探測器采用脈沖調制，抗干擾能力較強，其穩定性能好，一般不會因機器本身而產生誤報，如果采用雙光路系統，可靠性更會大大提高。
3．面型入侵探測器
面型入侵探測器的警戒范圍為一個面。當警戒面上出現入侵目標時即能發出報警信號。振動式或感應式報警探測器常被用做面報警探測器，例如把用做點報警探測器的振動探測器安裝在墻面或玻璃上，或安裝在某一要求保護的鐵絲網或隔離網上，當入侵者觸及時網發生振動，探測器即能發生報警信號。
面型入侵探測器更多的是使用電磁感應探測器。電場畸變探測器是一種電磁感應探測器，當目標侵入防范區域時，引起傳感器線路周圍電磁場分布的變化，我們把能響應這畸變并進入報警狀態的裝置稱為電場畸變探測器。這種電場畸變探測器有平行線電場畸變探測器、泄漏電纜電場畸變探測器。
（1） 平行線電場畸變入侵探測器
平行線電場畸變入侵探測器是由傳感器線支撐桿、跨接件和傳感器電場信號發生接收裝置構成，如圖2-10所示。傳感器是一些平行線（2條～10條）構成，在這些導線中一部分是場線，它們與振蕩頻率為1kHz～40kHz的信號發生器相連接，工作時場線向周圍空間輻射電磁場能量。另一部分線為感應線，場線輻射的電磁場在感應線上產生感應電流。當入侵者靠近或穿越平行導線時，就會改變周圍電磁場的分布狀態，相應地使感應線中的感應電流發生變化，由接收信號處理器分析后發出報警信號。
傳感器線通過跨接件固定在支撐桿上。跨接件上有特種鋼彈簧片，一方面可以拉緊傳感器線，另一方面可使探測區內有連接的電磁場，沒有盲區。信號發生、接收器安裝在中間支撐桿上。
平行線電場畸變入侵探測器主要用于戶外周界報警。通常沿著防范周界安裝數套電場探測器，組成周界防范系統。信號分析處理器常采用微處理器，信號分析處理程序可以分析出入侵者和小動物引起的場變化的不同，從而將誤報率降到了zui低。
（2） 泄漏電纜電場畸變入侵探測器
所謂泄露電纜是一種特制的同軸電纜，見圖2-11，其中心是銅導線，外面包圍著絕緣材料（如聚乙烯），絕緣材料外面用兩條金屬散層以螺旋方式交叉纏繞并留有孔隙。電纜zui外面為聚乙烯保護層。當電纜傳輸電磁能量時，屏蔽層的空隙處便將部分電磁能量向外輻射。為了使電纜在一定長度范圍內能夠均勻地向空間泄漏能量，電纜空隙的尺寸大小是沿電纜變化的。

圖2-10  平行線電場畸變探測器

圖2-11  泄漏電纜結構示意圖

把平行安裝的兩根泄漏電纜分別接到高強信號發生器和接收器上就組成了泄漏電纜入侵探測器。當發生器產生的脈沖電磁能量沿發射電纜傳輸并通過泄漏孔向空間輻射時，在電纜周圍形成空間電磁場，同時與發射電纜平行的接收電纜通過泄漏孔接收空間電磁能量并沿電纜送入接收器，泄漏電纜可埋入地下，如圖示2-12所示。當入侵者進入探測區時，使空間電磁場的分布狀態發生變化，因而接收電纜收到的電磁能量發生變化，這個變化量就是入侵信號，經過分析處理后可使報警器動作。
泄漏電纜探測器可全天候工作，抗干擾能力強，誤報漏報率都較低，適用于高保安，長周界的安全防范場所。
（3） 振動傳感電纜型入侵探測器
這種入侵探測器是在一根塑料護套內裝有三芯導線的電纜兩端，分別接上發送裝置與接收裝置，并將電纜波浪狀或呈其它曲折形狀固定在網狀的圍墻上（如圖2-13所示）。用這樣有一定長度的的電纜構成一個防區。每兩個或四個、六個防區共用一個控制器（稱為多通道控制器），由控制器將各防區的報警信號傳送至控制中心。當有入侵者觸動網狀圍墻，破壞網狀圍墻等行為使其震動并達到一定強度時（安裝時強度可調，以確定其報警靈敏度），就會產生報警信號。這種入侵探測器精度*，漏報率為零，誤報率幾乎為零。且可全天候使用（不受氣候的影響）。它特別適合圍網狀的周界圍墻（即采用鐵網構成的圍墻）使用。

圖2-12  泄漏電纜產生空間場示意圖

圖2-13  振動傳感電纜型入侵探測器示意圖

（4） 電子圍欄式入侵探測器
電子圍欄式入侵探測器也是一種用于周界防范的探測器。它由三大部分組成，即脈沖電壓發生器、報警信號檢測器以及前端的電圍欄，其系統原理框圖如圖2-14所示。
當有入侵者入侵時，觸碰到前端的電子圍欄或試圖剪斷前端的電子圍欄，都會發出報警信號。
這種探測器的電子圍欄上的裸露導線，接通由脈沖電壓發生器發出的高達1萬伏的脈沖電壓（但能量很小，一般在4焦耳以下，對人體不會構成生命危害），所以即使入侵者戴上絕緣手套，也會產生脈沖感應信號，使其報警。這種電子圍欄如果使用在市區或來往人群多的場合時，安裝前應事先征得當地*等部門的同意。
（5） 微波墻式入侵探測器

圖2-14  電子圍欄式入侵探測器

微波墻式入侵探測器，主要也是用于周界防范。它類似主動紅外對射式入侵探測器的工作方式，不同的是用于探測的波束是微波而不是紅外線。另外，這種探測器的波束更寬、呈扁平狀、象一面墻壁的形狀，所以防范的面積更大。其安裝后構成的原理框圖如圖2-15所示。

圖2-15  微波墻式入侵探測器原理圖

這種探測器在使用時，應注意使墻式微波波束控制在防范區域內，不向外擴展，以免引起誤報。另外，在防范區域（波束）內，不應有花草樹木等物體，以免當有風吹動時，產生誤報。
4．空間入侵探測器
空間入侵探測器是指警戒范圍是一個空間的報警器。當這個警戒空間任意處的警戒狀態被破壞，即發生報警信號。聲入侵探測器和微波入侵探測器以及被動紅外探測器等都屬于空間入侵探測器。
（1） 聲入侵探測器
聲入侵探測器是常用的空間防范探測器。通常將探測說話、走路等聲響的裝置稱聲控探測器。當探測物體被破壞（如打碎玻璃、鑿墻、鋸鋼筋）時，發生固有聲響的裝置稱為聲發射探測器。
① 聲控入侵探測器
聲控探測器是用聲傳感器把聲音信號變成電信號，經前置放大送報警控制器處理后發出報警處理信號，也可將報警信號經放大推動喇叭和錄音機，以便監聽和錄音。
駐極體傳感器被廣泛地應用在聲控探測器中。在聲控探測器中使用的駐極體送話器由一個金屬極板蒙上機械張緊的駐極體箔（約10?M），駐極體箔與金屬板之間構成一只電容。根據靜電感應的原理，與駐極體相對著的金屬板上就會感應出大小相等、方向相反的電荷。駐極體電荷在空隙中形成靜電場。在聲波作用下，駐極體箔發生運動，產生位移，在電容極板上感應出電壓。
駐極體送話器的頻率響應范圍主要取決于送話器的結構。在此頻率范圍內，駐極體箔的位移與所加的聲強成正比，送話器的輸出電壓僅與聲強有關，而與頻率無關，音頻駐極體送話器在20Hz～15000Hz的頻率范圍內有恒定的靈敏度。
② 聲發射入侵探測器
聲發射探測器是監控某一頻帶的聲音發出報警信號，而對其它頻帶的聲音信號不予響應。主要監控玻璃破碎聲、鑿墻、鋸鋼筋聲等入侵時的破壞行為所發出的聲音，玻璃破碎聲發射探測器通常也用駐極體傳話器作聲電傳感器。當玻璃破碎時，發出的破碎聲由多種頻率的聲響構成。據測定，主要頻率為10kHz～15kHz高頻聲響信號。當錘子打擊墻壁、天花板的磚、混凝土時會產生一個頻率為1kHz左右的衰減信號，大約持續5ms；據鋼筋時產生頻率約3.5kHz、持續時間約15ms的聲音信號。采用帶通濾波器濾去高于或低于探測聲信號的干擾信號，經放大后產生報警信號。
③ 次聲入侵探測器
次聲為頻率很低的音頻信號。探測器的工作原理與聲發射探測器相同，不過采用低通濾波器濾去高頻和中頻音頻信號，而放大次低頻信號報警。
房屋通常由墻天花板、門、窗、地板同外界隔離。由于房屋里外環境不同，強度、氣壓等均有一定差異，一個人想闖入就要破壞這空間屏障，如打開門窗、打碎玻璃、鑿墻開洞等，由于室內外的氣壓差，在缺口處產生氣流擾動，發出一個次聲；另外由于開門、碎窗、破墻產生加速度，則內表面空氣被壓縮產生另一次聲，而這二次聲頻率大約為1Hz左右。兩種次聲波在室內向四周擴散，先后傳入次聲探測器，只有當這二次聲強度達到一定閾值后才能報警，所以只要外部屏障不被破壞，在覆蓋區域內部開關門窗，移動家俱，人員走動，都低于閾值，不會報警。但是這種特定環境下如果采用其它超聲、微波或紅外探測器都會導致誤報。
④ 超聲波入侵探測器
所謂超聲波是指頻率在20kHz以上的音頻信號，這種音頻信號人的耳朵是聽不到的。超聲波探測器是利用超聲波技術構造的探測器，通常分為多普勒式超聲波探測和超聲波聲場型探測器兩種。
多普勒式超聲波探測器是利用超聲對運動目標產生的多普勒效應構成的報警裝置。通常，多普勒式超聲波探測器是將超聲波發射器與接收器裝在一個裝置內。所謂多普勒效應是指在輻射源（超聲波發生器）與探測目標之間有相對運動時，接收的回波信號頻率會發生變化。如圖2-16所示，設超聲波發射接收器發射的信號為：
U = U_m Sin（ωot+jo）
式中，ωo為發射超聲波的角頻率，ωo=2πfo，jo為發射信號的初始相位。那么當發射接收器與目標間有相對運動時，經目標反射后超聲波發射接收器接收到的回波信號為：
Ur= U_m Sin[ωo（t-tr）+jo]
=U_m Sinjj
式中，tr為超聲波往返于超聲波發射接收器和目標之間所需的時間，設目標與發射接收器之間的距離為S（t），超聲波的速度為c，則有
tr=2S（t）/c
且S（t）= So-vr?t
式中，So為初始時刻目標與發射接收器的距離，vr為目標與發射接收器相對運動的徑向速度。回波的角頻率為
ωr=dψ/dt=ωo?（1+2vr/c）
也可寫成fr=f0（1+2vr/c）= f0+fd
fd=（2vr/c）?f0
由此可見目標以徑向速度vr向發射接收器運動，使接收到的信號頻率不再是發射頻率fo，而是fo+fd，這種現象稱多譜勒效應，fd稱為多譜勒頻率。當目標背向探測器運動時，νr為負值，則所接收的回波信號頻率為fo-fd。
超聲波發射器發射25kHz～40kHz的超聲波充滿室內空間，超聲波接收器接收從墻壁、天花板、地板及室內其它物體反射回來的超聲能量，并不斷的與發射波的頻率加以比較。當室內沒有移動物體時，反射波與發射波的頻率相同，不報警；當入侵者在探測區內移動時，超聲反射波會產生大約±100Hz多普勒頻移，接收機檢測出發射波與反射波之間的頻率差異后，即發出報警信號。

圖2-16  多譜勒效應示意圖

場型超聲波入侵探測器是將發射器和接收器分別安裝在不同位置。超聲波在密閉的房間內經固定物體（如墻、地板、天花板、家具）多次反射，布滿各個角落。由于多次反射，室內的超聲波形成復雜的駐波狀態，有許多波腹點和波節點。波腹點能量密度大，波節點能量密度低，造成室內超聲波能量分布的不均勻。當沒有物體移動時，超聲波能量處于一種穩定狀態；當改變室內固定物體分布時，超聲能量的分布將發生改變。而當室內有一移動物體時，室內超聲能量發生連續變化，而接收器接收到這連續變化的信號后，就能探測出移動物體的存在，變化信號的幅度與超聲頻率和物體移動的速度成正比。
（2） 微波入侵探測器
微波是一種頻率很高的無線電波，波長很短，一般在0.001m～1m之間,由于微波的波長與一般物體的幾何尺寸相當,所以很容易被物體所反射。按工作原理微波入侵探測器可分為移動型微波探測器和阻擋型微波探測器。
① 移動型微波探測器
移動型微波探測器又稱多普勒式微波入侵探測器。其工作原理與多譜勒式超聲波探測器相同，只不過探測器發射和接收的是微波而不是超聲波。
微波發射器通過天線向防范區域內發射微波信號，當防范區域內無移動目標時，接收器接收到的微波信號頻率與發射信號頻率相同，為fo。當有移動目標時，由于多普勒效應，目標反射的微波信號頻率將發生偏移，偏移的多普勒頻率為fd，接收機分析fd的大小以產生報警信號。
由于多普勒效應告訴我們，偏移的多普勒頻率fd，正比于目標徑向的移動速度而反比于工作波長，所以微波探測器較多普勒超聲探測器有更高的靈敏度。
多普勒微波探測器的探測距離通常用下式表示：

                                                    

式中，
PI——微波發射功率；
GI——發射天線的增益；
λ——微波波長；
σ——目標截面積；
k——卡爾茲曼常數，k=1.38×10-23J/K；
To——接收機噪聲溫度；
Bn——接收機等噪聲帶寬；
Fn——接收機噪聲系數；
L——微波系統損耗；
M——檢測所需要的zui小信噪比。
由上式可以看出，要增加探測距離，可增加發射天線增益，提高發射天線的方向性，將視角變小。而提高發射功率固然可以增大探測距離，但不經濟，尤其是大功率的微波幅射還有損健康，所以一般不采用。
② 阻擋型微波探測器
阻擋型微波探測器由發射器、接收器和信號處理器組成。使用時將發射天線和接收天線相對放置在監控場地的兩端，發射天線發射的微波束直接送達接收天線。當沒有運動目標遮斷微波束時，微波能量被接收天線接收，發出正常工作信號；當有運動目標阻擋微波束時，天線接收到的微波能量減弱或消失，此時產生報警信號。