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(b)红外滤光片通透曲线
图2.4 人体红外辐射和干涉滤光片的通滤光谱
(3)热释电陶瓷元件
这种元件也称热电探测元，它是由高热电系数的钛酸铝系陶瓷等材料构成的。这种强电介质的热电元件能够遥感人体发出的微量红外线，并明显地感觉到其相对温度的变化过程，使探测元的自发极化值发生变化，即产生热—电效应。
有的热释电器件内装两个陶瓷元件，有的器件内装一个陶瓷元件。前者是将两个特性一致的探测元进行串接，以组成差动平衡电路，其目的在于抑制因探测元自身温度变化而产生的干扰。
(4)场效应管匹配器
在热释电传感器的壳内，还装有一个场效应管(FET)和栅极电阻Rg。Rg与探测元并接，它能将探测元表面的极化值或电荷的变化以电信号的形式加至场效应管的栅极。场效应管的作用与驻极体话筒相似，起阻抗变换作用，它的输入阻抗极高，而输出阻抗低。通过场效应管的匹配和放大，在它的源极输出反映外来红外线能量变化的相应幅度的电脉冲。其脉冲频率一般为0.3～5Hz。场效应管的输出阻抗为10～47k?。 2.1.3 多视场菲涅尔光学镜
1.红外作用距离与光学聚焦系统
由于人体辐射出的红外线能量相当弱，因而，只采用热释电红外传感器组装的探测器，其探测距离一般为1～2m。为提高其探测灵敏度，最好在热释电传感器的前面加装一套特殊的光学系统，这就是菲涅尔透镜(Fennel Lens)。
目前，与红外传感器配套的光学系统有三种，即反射式、透射式和折射式，其中反射式光学系统的灵敏度最高，其探测距离可达25～60m；透射式的灵敏度最低，探测距离为2～10m；折射式居中，兼有反射式和透射式的优、缺点。反射式系统的红外传感器要置于镜前，体积大，不好密封，在防尘、
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防水、抗击、隐蔽性等方面较差，尤其在防盗报警方面不宜采用。而透射式系统的体积小，密封容易，稳定性好，其价格相对较低，因此目前国外多采用透射式系统。
2.红外能量的变化值和菲涅尔镜
热释电红外传感器对红外辐射能量的绝对值并不感兴趣，感兴趣的应是红外辐射能量变化值的大小。例如，若站在红外传感器近前的是一个纹丝不动的人，传感器就没有反应;而较远地方的人稍移动，红外传感器便迅即有脉冲信号输出。
基于上述的检测原理，在进行光学系统设计时，不仅应把监测空间辐射来的红外线聚焦至传感器，还应能敏锐地觉察出这些红外能量的变化。因此，在设计聚光透镜时，往往要对光滑的光学透镜面进行棱状或柱状处理。两种设计的用意都是在于使被监测的空间产生一系列交替的狭小的红外“高灵敏感应区”和“盲区”。当有人从镜前走动时，人体发出的红外线就不断地从“高灵敏感应区”进入“盲区”，传至红外传感器的红外线就会时有时无，即大量的光脉冲进入红外探测元，经转换后便输出相应变化的电脉冲，因而提高了其接收灵敏度，大大提高其探测距离。
图2.5 一种菲涅尔透镜的外形及其安装示意图
图2.5 (a)、(b)分别是一种菲涅尔透镜的外形图及其安装示意图。 3.菲涅尔镜的设计和技术指标
菲涅尔透镜是一种塑料注成的薄镜片，片上有精细的镜面和排列有序的纹理，它是根据对灵敏度和接收角度的要求来设计和制作的，技术精度要求非常高。一片好的透镜必须表面光洁、纹理清晰，厚度在0.65mm左右，对红外光的透过率要高于65%。
下面以Q-6型菲涅尔透镜为例，说明其主要技术指标。 (1)外形尺寸：68mm×38mm； (2)水平角度：120°；
(3)传感器与镜面间的距离：置于聚焦中心处，标准距离为29mm，以便使红外线能量聚焦在探测元上，得到最大的灵敏度。
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实际上，菲涅尔透镜有各种不同的规格，具有不同的几何尺寸和特点，要求聚乙烯薄片和安装外壳应相配，透镜面与传感器之间应保持规定的距离，不同的透镜其距离是不同的。
除上面的Q-6型外，常见的还有Q1A型和Q-8半圆型，一般的菲涅尔透镜的探测距离在10m左右，采用双重反射形式的透镜可达20m以上。
2.2 微波探测原理及活动目标的探测方法
根据微波探测原理的不同，微波探测报警器分为微波多普勒探测器和微波墙式探测器两种。微波多普勒探测器也称雷达式微波探测器。它的工作原理基于微波的多普勒效应。 2.2.1 多普勒效应及检测方法
多普勒效应的提出，是160年前的事。当时光的波动理论己经被普遍接收，但光谱技术的发展还处于初期阶段。1842年5月25日，在布拉格举行的皇家波希米亚学会科学分会会议上，多普勒提交了一篇题为\febrile Licit dear Doppler sterner and ringer adherer Gesture des Hummel\论天体中双星和其他一些星体的彩色光)的论文。在这篇论文中，他提出了由于波源或观察者的运动而出现观测频率与波源频率的不同的现象，后来称为多普勒效应。
多普勒效应是指当发射信号源与接收者之间存在相对径向运动时，接收到的回波信号的频率(或相位)将发生变化。这可以从固定目标和移动目标信号的时域特性和频率特性方面分析。
为了分析方便，设微波信号源发出的探测信号为单音连续波，其瞬时值为：
u?t??UA1cos?w0t??01? （2.3）
式中：?0?2?f0，f0为探测信号的频率；?01为探测信号的初始相位。 该探测信号在传播过程中遇到障碍物(包括目标)时会发生反射，微波接收机收到的目标回波信号的瞬时值为：
u2?t??UA2cos??0?t?td???01??rp?
（2.4）
式中：?rp为回波信号瞬时高频相位；td为回波信号相对于探测信号的时延。td的值为：
t?2d
dC （2.5）
式中：d为目标到微波探测器的距离；C为电磁波的传播速度，其值为3
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对于固定物体(静物)，其回波信号的频率与原发出的探测器的频率f0 相同，则固定物体反射回波的瞬时值为：
uf?t??UAfcos??0?t?df/C???01??rp? （2.6）
式中：df为固定物体到微波探测器的距离。
对于移动目标，由于运动体对于探测器作相对运动，故移动目标相对于 探测器的距离是随时间变化的，即
d?d0?vrt （2.7）
式中：d0为移动目标被发现时相对于探测器的起始距离；vr为活动目标相对于探测器的径向速度；“?”号与运动方向有关。
活动目标回波信号的瞬时值为
u?t??U??2?2vr??mAmcos?????0?Cf0?t???01??rp??
（2.8）
式中：UAm为活动目标回波信号的幅值。
定义：
f2vr d?
Cf0（2.9）
即将活动目标与探测器之间的相对运动引起的收、发频率的差频，称为多普勒频率(频移)。这种因相对运动而导致的活动目标回波信号不同于发送的探测信号频率的效应，称为多普勒效应[6]。
将C??f0代入(2.7)式，则fd可写作
fvrvrd?2
Cf0?2?（2.10）
式中:λ为微波探测器的工作波长。
图2.6为活动目标相对于微波探测器馈源运动的示意图。
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图2.6 活动目标相对于微波探测器馈源运动的示意图
活动目标的径向速度为：
vr?vcos? （2.11）
式中：v为活动目标移动的瞬时速度；?为运动轨迹与探测器馈源和目标连线的夹角。当??180o时，两者作背向运动。
对于微波探测防盗报警系统，常使用的微波载频为9～11 GHz。设某探测报警器的发射频率f0=9375MHz，则人体移动时产生的多普勒频率fd与人体运动速度v之间的关系如表2.1所示。
表2.1 人体移动时产生的多普勒频率fd与人体运动速度v之间的关系
v(m/s) 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0.5 fd(Hz) 563 520 437.5 375 312.5 250 137.5 125 62.5 31.5 由表可见，人体的移动速度不同时，所产生的多普勒频率是不同的，多在音频频段的低端。
通过以上分析可知，移动目标与静止物体的回波信号有以下差别： (1)静止物体的回波信号频率与探测器发出的载频是相同的；而移动物体的回波信号频率与探测器的载频相比，附加了一个多普勒频移，且与运动目标的径向速度vr有关。
(2)静止物体的回波信号对探测信号的时延为常数；而移动物体对探测信号的延时与目标径向速度vr及移动方向有关，为变量。
因此，根据移动目标与静止物体回波信号的不同，在接收电路中采取措施，可检测并判断出进入微波监视场的活动目标。
以上讨论的是回波信号的时间变量函数，即对回波信号的时域性进行分析。当然，也可以采取分析频率变量函数的方法进行分析，从其探测脉冲的
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