一种新型激光防盗装置的研究

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　　[摘要]详细介绍所发明的一种新型激光防盗装置，论述该防盗报警装置的工作原理及解决的关键技术。
　　[关键词]APD 激光防盗 转镜扫描 报警
　　中图分类号：TP2 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2008）1120032－01
　　
　　激光防盗报警装置是目前应用最广泛，效果较好的一类防盗报警器。而红外防盗报警系统由于它的结构简单，安装使用方便，现引起人们很大兴趣。该装置是由东北大学物理系研制成功的一种新型激光防盗报警装置。目前市场上的防盗报警装置多为红外感应式报警器和断线触发式报警器，但这些报警器还普遍存在误报率高、携带不便、用途及使用的范围单一等缺点，已经不能满足实际生活的需要。特别是断线触发式报警器，其仅在小范围内保护物体及围墙等不受侵入，而且要求物体或围墙必须为直线型，使用范围大大受限。本装置的目的在于提供一种报警准确、误报率低，并且携带方便的激光防盗报警装置，当有入侵者入侵被保护区域、所保护物体别移动、光线被阻挡时，装置会自动报警，从而达到保护的目的。
　　
　　一、装置工作原理
　　
　　该装置由激光器、转镜扫描单元、扫描控制单元、光信号接收处理系统和报警器等五部分组成。
　　
　　转镜扫描单元由光学镜片组成，扫描控制单元由电机与电机驱动电路组成,光学镜片连接在电机上。转镜扫描单元是平面镜或者多面体镜，其中转镜扫描单元是平面镜的时候，平面镜的背面与电机连接，并且可以调节光学镜片的角度,还可以调节电机的转速。当电机带动平面镜转动的时候形成圆锥形区域；当转镜扫描单元是多面体镜的时候，多面体镜与电机连接，当电机带动多面体镜旋转时形成平面扇形区域。光信号接收处理系统包括光信号接收单元、放大器、存储单元和单片机，其中光信号接收单元、放大器、存储单元和单片机依次串联连接，报警器直接与单片机连接或者通过无线通讯模块与单片机连接。装置中可以用电池给电机、单片机等供电，这样达到方便移动的目的；也可使用稳压电源供电。电机的工作电压为5V，单片机的工作电压为3.3V，通过电源管理芯片AMS1117稳压到3.3V。
　　单片机通过接收扫描区域的光强强度来控制报警器报警，并采集扫描区域的光强度，转化成电信号储存在单片机中。单片机根据比较一段时间内所储存的光强变化情况来确定是否有入侵物。
　　其中光信号接收单元由电容与光敏二极管并联构成，还可以使用光电池或APD雪崩二极管。电容与光敏二极管并联的好处是由于电容器两端电压不能突变，当有蚊子等微小物体的瞬时穿越，系统不会产生误报警，这样提高了光控报警装置的准确性。
　　
　　二、可用的接收装置
　　
　　（一）光电二极管
　　光电二极管是一种光电变换器件，其基本的工作原理是当光照射在P-N结上时，吸收光能并转变成电能。光电二极管有两种工作状态，当光电二极管上加有反向偏压时，光电流将随光照强度和光波长的改变而改变，此时光电二极管工作在光导模式下；当光电二极管不加反向偏压时，其两端产生光电压，此时光电二极管工作在光伏模式下。
　　
　　P-N型光电二极管是最基本和应用最广泛的光电探测器，其基本结构如上图所示，它是在N型硅单晶片上面扩散一薄层P型杂质，形成一层含有较多P型杂质的P+扩散层，即受主杂质离子浓度超过施主杂质离子浓度的区域。
　　（二）光电池
　　光电池是一种特殊的半导体二极管，能将可见光转化为直流电。有的光电池还可以将红外光和紫外光转化为直流电。
　　围绕原子核的电子吸收光子后获得能量，如果能量足够高，电子就会脱离原子核控制成为光电子，只要捕获光电子，吸光部分带正电，捕获部分带负电，形成电势差，实际上就是光电池的正负极。
　　光电池的性能主要取决于吸光物质，该物质对电子束缚越小，可利用的光越多。常见的硅光电池大约有10％的转化率，该装置可以使用它作为光接收元件。
　　（三）雪崩光电二极管(APD)
　　APD是有倍增放大作用的光电二极管，利用PN结势垒区的高场强区域中载流子的雪崩倍增作用而得到。其光电转换灵敏度比一般的PN结光敏光电二极管要高得多。APD由具有量子效率高、响应速度快、线性工作范围大、体积小、寿命长等特点，在光电信号侧、控制以及光纤通信中得到了重要的应用。
　　雪崩光电二极管是一种在高反向偏压下工作的P-N结型光电二极管。由于在势垒区中存在因碰撞电离引起的内增益机构，使这种管子具有十分高的探测灵敏度，其增益带宽积可高达100GHz以上。
　　
　　三、关键技术
　　
　　该防盗报警系统，主要解决了如下几项关键技术和创新点：
　　（一）采用电机带动平面镜或者多面体镜旋转的方式进行立体扫描。扫描转镜使用平面镜时，形成圆锥形区域；使用多面体镜的时，形成平面扇形区域。
　　（二）采用高性能的光敏二极管或热释电红外传感器，光信号接收处理系统接收的是反射回来的光信号，系统灵敏度得到提高，系统体积减小，便于携带和安装。
　　（三）采用单片机进行控制和记录，电路工作稳定，结构紧凑，便于修改程序和工作参数。
　　（四）报警信号传输可使用导线直接与报警器相连，或采用当前国际上新型的编码，解码电路。
　　（五）电容与光敏二极管并联，由于电容器两端电压不能突变，当有蚊子等微小物体的瞬时穿越，系统不会产生误报警，这样提高了光控报警装置的准确性。
　　
　　四、结论
　　
　　经长期研究和大量实验，成功地研制出一种新型的激光防盗报警系统。该系统在扫描方式上就具有创新性，具有视场范围可调，灵敏度高，探测距离远等特点。并且装调方便，性能可靠，可广泛使用于银行、仓库、文博部门及住宅小区作为防盗报警之用。本报警系统在具有先进科研水平的同时，也具有良好的经济效益和社会效益。
　　本文为国家创新性试验计划东北大学重点项目（070103）
　　
　　参考文献：
　　[1]阐家溪，APD雪崩光电检测器在模拟接收机中的应用.上海交通大学. 2001.
　　[2]胡伟生，红外探测器的原理与制作.电子制作.1996.
　　[3]任建国，半导体激光成像雷达接收电路的研制.国防科学技术大学.2005.
　　
　　作者简介：
　　李超， 男，汉，辽宁葫芦岛，东北大学理学院应用物理系，本科在读；蔡培凯，男，汉，福建，厦门，东北大学理学院应用物理系，本科在读；杜春城，男，汉，辽宁，盘锦市，东北大学理学院应用物理系，本科在读。

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