激光探测技术在入侵报警领域的应用及未来趋势

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  入侵报警系统是指运用各类探测技术对防范区域内的非法入侵行为进行及时威慑、报警的系统,在各种安防项目的周界、入口等场景中应用广泛,入侵报警系统主要是由前端探测设备、传输设备、控制设备以及平台等组成。目前,在入侵报警领域,常见的报警系统主要包括脉冲式电子围栏系统、张力式围栏系统、雷达探测系统、对射式红外探测系统、互射式红外光栅系统、振动光纤报警系统、激光探测报警系统等。各类入侵报警系统都有着各自的特点和优势,也能够在不同的应用领域发挥各自的作用以实现入侵报警的目的。本文我们主要着眼于激光探测技术,探讨其在入侵报警领域的应用现状以及未来的技术发展趋势。

  在传统的入侵报警应用中,常规采用红外光线作为探测源探测人或者物体信号。常见的红外对射、红外光栅等设备通过利用红外发光二极管发射的红外射线,经过光学透镜做聚焦处理,光线再由接收端的光敏晶体管接收,当人或者物体遮挡红外光束时触发报警机制,报警信号上报报警主机和平台,完成整个报警探测过程。红外线是一种不可见光,其从红外探测设备的发射端投射出来后会扩散,且信号会随着探测距离的增加逐步衰减,因此探测距离会有一定的约束。在实际的应用中,红外光线作为探测源还会受到温度变化、障碍物体、设备安装位置等外部环境的影响,导致存在一定的误报情况。当然,随着各大入侵报警企业在技术方面的逐步突破,红外探测设备在传输距离以及误报方面都有了很大的改善。

  步入21世纪,层出不穷的高新科技逐步渗透各行各业,安防报警行业也得益于新技术的推进迎来更大的技术革新与发展。激光技术作为我国重要的战略支撑技术,早在军工、医疗、工业、能源等领域都有着深入的应用,且发挥着重要作用,由于其光源具备方向性好、亮度高、单色性好、相干性好等优势,因此也被应用在入侵报警领域。

  当前,将激光作为探测光源的入侵报警产品主要是激光对射,由于激光光源的方向性好,也就意味着发射出去的光线更精确、探测的稳定性更好,在长距离的探测中也能实现更好的探测精度,因此相较于其他探测方式而言,激光探测能够实现远距离、高稳定性的探测。

  常规应用中的激光对射可以根据不同的激光波长分为可见激光探测和非可见激光探测,非可见激光是指波长为980nm的激光光源,是一种红外激光,由于波长更长所以它的穿透力会更好,对雾、雨、雪等环境的抗干扰能力更强,这种光为非可见光。当然,也有采用可见光的激光对射,这里的可见光指的是激光波长为660nm(人眼可以区分的激光波长在400nm-700nm之间)的激光光源,是一种肉眼可见的红色激光,它的方向性更好、探测更加精准,而且在对光中能够更加得心应手。

  在入侵报警领域的应用中,激光的波长对于设备前期的对光调试以及后期探测的抗干扰性能都会有一定的影响。除此之外,激光还有安全等级的分类,为了防止激光对使用者产生伤害,激光的安全等级在国际上也有一些标准,如IEC(国际电工委员会标准)中的60825-1部分;美国FDA(CDRH)中21CFR中Part1040.10部分。在IEC60825-1标准中,就根据激光的波长以及其最大的输出激光功率的不同,将其归类为四大安全等级和数个细分级别如图1所示。

  可以看出,其中CLASS1为最高安全级别,在任何条件下采用该级别激光光源的设备,眼睛都不会受到有危害的光学辐射。将激光作为探测源的激光红外对射就采用的是CLASS1等级的激光光源,无论是在对光环节还是工作状态,其发射出的激光都不会对人眼产生有危害的光学辐射。

  激光光源在发射时为了抑制激光本身的漂移(激光在直接发射时,也就是没有发散角度时,会受到风吹、地面振动等因素的影响,激光发射到距离比较远的地方时会产生较大范围的光斑漂移,不仅容易误报,还会影响对光效率)必须要调节设备的发散角度,增加探测的稳定性和可靠性。尤其是在激光对射这种对射式的设备中,发射出去的光产生的光斑越大,会遮挡或者覆盖相邻光束,不仅会增加对光的难度,在报警探测中也会产生干扰,增加误报的可能,当光束越多时,其对光难度越大,运行时更容易产生串光问题。针对激光的特性,艾礼安激光对射研发团队进行了深度开发,采用了多核高速CPU作为核心处理单元,多线程同时对激光信号进行采集,再通过算法解码来分析接收到的激光频率是否是有效频率,从而做到每个光束都有唯一频率。这就是将变频技术应用到激光对射中,将每一对激光光束都设置为相同的频率,对光时只用找准相同的频率便能快速对光,后期在运行探测时也能降低光束间相互干扰引起的误报或漏报。

  自然界的光在发射时都或多或少会受到环境中其他各类光源的影响,激光也不例外。它在发射时,激光信号会受到太阳光、车灯、其他电子设备的光源的影响而有所衰减。在以激光作为探测光源的激光对射中,接收端接收的光信号越强,探测性能更好也更稳定,反之亦然。为了进一步增加激光探测的稳定性,可在激光对射的接收端采用进口高精密滤光片,其经由40多层化学沉淀加工而成,激光头发射过来的光可以很容易穿透,但非激光头发射过来的杂光就被过滤掉,使这类干扰光源无法进入激光接收管内部对激光对射造成干扰,这就有效降低了其他环境光的影响,在具体应用中激光对射的抗干扰性能更优异。

  综上特点,在入侵报警的应用中,激光探测技术拥有多方面的天然优势,但由于应用环境的复杂性,激光设备厂家需要有针对性的做二次开发,根据不同的应用场景做了一些创新升级,通过融入变频技术、增加可显示信号强度的数码管以及穿透性更好的滤光片确保激光在其中能够发挥更大效能。

  激光对射的探测原理是激光从发射端到接收端探测的过程中,光束被遮断(可以是单光束也可以是多光束)会产生报警信息,这个信号的产生即时而快速,只要产生一次遮挡就会有发送一次报警信息。上文从稳定性、安全性、抗干扰性能以及环境适应性等多个方面分析了激光光源的优势。激光对射作为一种探测报警设备,通过采用激光作为探测器光源与主机、平台等构成一套完整的入侵报警系统已成为当前炙手可热的入侵报警模式。

  得益于各大厂家在技术方面的不断突破,在激光探测的核心基础上,针对探测距离、应用环境、通讯方式等差异化需求做了相应的定制开发,激光对射的类型也从单一走向多元化。目前,市场上激光对射产品主要有普通智能型、超远距离、超长型、可见光型、防爆型、网络POE供电型等多种形态,适用于地产、机场、军队、监狱、工地、企业园区、文博等常规周界探测及更多的延伸应用场景。

  在桥梁限高、边境线等防范距离较长的场景下,固定的探测距离内不适合多对安装的环境中,我们可以采用超远距离激光对射,警戒距离可达数千米。

  在一些没有实体围墙或者栅栏的周界探测环境中,需要实现落地式探测的目的,因此对激光对射的高度有所要求。可以采用超高高度激光对射,最高可以达到3米以上。当然,更高的高度意味着有更多的光束,光束之间的距离以及光束频率也需要经过特殊设计,避免串光干扰。在超高高度的应用中,可通过运用智能变频技术让每对光束都有相应的频率,即便是多光束探测,也可尽量避免出现相互串光的问题。

  除了长度和高度的要求外,在实际的项目中常常还会遇到一些存在危险品的场所如化工、石油、煤矿等。在这些区域的防范中,我们不仅要保证探测效果,更要避免激光对射产生电火花对现场环境造成不良影响,所以在这种环境中我们可以采用带本安防爆功能的激光对射。

  在工地、临时防范区域、野外仓库等不便布线的安防行业项目应用中,入侵报警部分需要采用网络方案。网络POE版本激光对射自带网络接口,不仅可以直接接入系统原有的网络中还能够实现POE供电、灵活布线等功能。

  目前,激光对射的应用已经渗透到报警的各个应用领域中,也不乏在大交通中的各种延伸应用。关于其未来的技术趋势我们可以从几个方面进行分析与展望。

  一是探测距离的突破。未来,激光探测距离方面还会有更大的突破,甚至达到10km或者更远的距离,在海事、边防等领域应用。激光本身就是一种高度集中的光源,传播的距离较远,在入侵报警的应用中要达到更远的距离,还要解决激光发散、受环境影响产生信号衰减以及设备功率等问题,要在这些数据中做最优平衡,保证在超远距离的探测中探测性能不受到影响。

  二是测距定位。即可以探测到遮挡物的遮挡位置,报警时可以快速定位警情位置,目前的激光对射只能探测到有没有物体遮挡,但是探测不到遮挡物体的具体位置。如果实现测距定位就能有效解决警情排查工作中的痛点。

  三是安装调试方式的优化。激光对射相对其他报警系统的安装而言,它的复杂之处在对光,在远距离的探测中,由于发散角度的问题导致发射出去的光会存在一定范围的光斑,为了更精准的对好光,一般需要采用激光引导器将发射端的光源引导至接收端,过程相对复杂。目前有部分厂家选择在激光对射上增加了数码管组件,采用进口的精密运算放大器把激光接收管接收到的信号放大,由硬件上的带通滤波电路把干扰的信号过滤掉,再通过高精度AD转换器处理,最后由CPU读取转换好的信号,通过数码管显示出来。在调试时能够大大提升效率并且保障对光的强度最佳,在后期的探测中也能够更加精准。当然,作为激光对射厂家,艾礼安未来将在安装方面进行更多的优化,实现更人性化的安装调试方式,进一步简化对光、安装步骤,降低项目施工成本。

  随着智能时代的到来,激光对射作为一种智能安防探测设备要朝着数字化、网络化、集成化的趋势去不断升级,努力提升各项性能,比如针对抗干扰性能、在各种恶劣环境下的探测性能、精确定位等方面发力,实现真正零误报。正是由于当前市场应用丰富多彩,厂家在设计各种类型的产品时也将融入更多的技术理念,让激光对射朝着多元化方向发展。相信未来,激光对射会有更强的技术突破以及更广阔的应用蓝海。