无人机光电探测技术十篇

无人机光电探测技术篇1

[关键词]电气火灾监控主机 剩余电流式探测器 测温式探测器 线型 感温光纤火灾探测器

中图分类号：U231.96 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）16-0385-01

1、前言

根据国家安全事故通报统计，全国每年多次发生的电气火灾事故，导致大面积停电、被迫停机，给国家财产造成重大经济损失。公安部消防局近年来中国火灾统计年鉴数据表示，全国发生的电气火灾已占各类火灾事故的41%以上；由电气火灾引起的重大火灾事故占各类重大火灾事故占70%以上。我国近5年内共发生火灾事故258315起，死亡1217486人，造成直接经济损失达250. 79亿人民币，电气火灾猖狂肆虐，每年都吞噬无数的生命和财产，造成很多人倾家荡产，家破人亡。电气故障引发的火灾在城市火灾事故中已列入火灾成因的首位，人们已清晰地认识到全面监测和预防电气火灾的发生已成为工程建设和设计中非常迫切的一项重要内容。

2、电气火灾在轨道交通领域的现状

轨道交通设施是投资巨大、设备系统复杂、人员密集的公共场所，但由于地铁是构筑于地下的大容量轨道交通系统，由于地铁运营环境的特定性等因素，地铁突发火灾事故，乘客紧急逃生极其困难，乘客逃生意识差异大，群死群伤的可能性极大。若遇到电气设备引起的火灾，事故后造成停电，地下一片漆黑，混乱状态可想而知，多年来世界上地铁火灾惨痛的教训给人们以刻骨铭心地警示。地铁发生火灾不仅将造成巨大的经济损失、重大的人员伤亡，还会引起交通秩序和社会秩序的混乱甚至产生不利的政治影响。我国地铁发展相对集中在近10年，，然而在国内所有地铁防范措施却恰恰忽略电气火灾的发生和预警。

3、电气火灾监控系统的目标功能

1） 全面预防和监测各类台式电气设备因过热引起的火灾。

2） 全面预防和监测送电线路因漏电和电弧引起的火灾。

3） 线型感温光纤电气火灾探测器不但具有探测线型电气设备（高低压电缆、母线）引起的火灾功能外，还应具有具有探测长距离大空间的区间隧道火灾探测功能；并应具有长距离大空间的实时环境温度探测功能。

4）系统主机应具有高度集成光纤测温技术、蓝牙技术、射频技术、高精度测量技术、通信网络技术等，实现一机多功能特点，一台主机要实现电气火灾探测的全部（点式测温、线型测温、回路剩余电流、区间隧道火灾报警、区间隧道和站台站厅空间环境温度场的温度检测等）功能，不但具有电气火灾全面预警和监测的功能外，还应具有为监控部门和电气设备维护检修部门提供科学的实时数据和历史数据，以便为环控设备的优化运行、节能增效和电气设备的状态检修服务。

4、电气火灾监控系统组成

1）电气火灾监控主机

2）剩余电流式电气火灾监控探测器

3）蓝牙测温式电气火灾监控探测器

4）线型感温光纤火灾探测

5、各探测器保护对象

测温探测器：实现对变压器高压接头、电压器低压出线接头、进线开关柜、母联开关柜、大电流开关柜等的重要接头的温度探测。

剩余电流探测器：对低压馈电线路剩余电流的探测。

感温光纤探测器：实现对站台站厅电缆沟、电缆竖井、区间隧道35kV高压电缆、区间隧道火灾报警、区间隧道和站台站厅温度场的监测。

6、新技术

采用当今世界前沿高科技的光电子技术：背向喇曼散射和OTDR技术；最新的蓝牙射频高科技技术和独创的高压取电技术。

背向喇曼散射和OTDR技术：把一定指标要求的脉冲激光偶合到光纤里，与光纤中的分子相互作用，一些光子被反射回来，他们携带着分子的热运动信息，反射光的光谱带有光纤的温度信息，因榧す獾墓馑偈且阎常数，所以可以根据激光脉冲在光纤中的传输时间来确定热点的位置，既光雷达原理。以极短时间间隔对整条光纤扫描，就可确定温度沿光纤的分布情况，既温度与距离的对应关系。

蓝牙射频技术：具有非常强大的传输调制信号的功能，即使在有干扰信号和阻断信号的情况下，该系统也可以做到以最高的质量发送并且以最好的灵敏度接收调制信号，采用ISM频段和调频、跳频技术及双核CPU及DSP，传输的是数据信号，使用权向纠错编码、ARQ、TDD和基带协议。因此具有很高的准确性、可靠性。

7、系统的作用

1）系统完整性：系统能同时完成线型光纤测温式电气火灾探测器、蓝牙测温式电气火灾探测器、剩余电流式电气火灾探测器的信号处理和各项功能实现任务，具有强大的报警监控能力和数据处理能力。

2）点式和线型同时检测：实现点式测温和线型测温双层功能，以满足点式测温和线型测温同的需要。蓝牙测温式电气火灾探测器实现点式测温功能，光纤测温式电气火灾探测器实现线型测温功能。

3）差、定温双重预报：同时实现定温和差温预警、报警双重功能，使系统在任何复杂情况下都能正确工作。

4）光纤本征性：线型光纤温度电气火灾探测器具有空间的分布性、检测的连续性和实时性、被保护设备沿线温度场的分布与连续距离坐标的对应性和火灾时的火情分析、不受电磁干扰等特点，无不体现出他的强劲优势。

5）超高灵敏性：无线蓝牙技术，数字信号传送，多级密码校验，传输超高的灵敏性，不对其他设备产生影响，工作可靠，是以往的无线模拟信号传输远远所不可比拟的。不存在电气设备在安装时现场布线的复杂性和安全性。

6）独特性：独创的高压自取电技术和蓝牙技术，解决了测试仪器与高压带电体的绝缘、带电爬距、积尘污秽、清刷维护、检修管理等电力系统长期以来难于解决的技术难题。

7）系统采用的非独立式探测器，进行分散数据检测，信息集中处理和自动管理，运行人员在控制室就可以获得各类信息，不需要到现场巡查、抄表、手工输入的落后工作模式。

结语

电气火灾监控系统是为预防电气设备由于种种原因造成电击伤人、剩余电流或设备过热引起火灾而设置的专用监控系统，是对电气设备安装工艺、设备质量、意外事故发生的长期实时的监测。系统专门用来预防电气设备“放火伤人”。其特点在于先期预警，与传统火灾自动报警系统不同，电气火灾监控系统早期报警是为了早期避免损失，防患于未然，而传统火灾自动报警系统的报警联动是为了事后减少损失。

参考文献：

[1] 《火灾自动报警系统设计规范》（GB50116）

[2] 《地铁设计规范》（GB50157）

[3] 《电气火灾预警系统第1部分：电气火灾监控设备》（GB 14287.1）

无人机光电探测技术篇2

【关键词】光电；探测；武器装备

引言：

光电探测技术是根据被探测目标辐射、反射的光波的特征来探测、识别的技术。光电技术在军事应用中的四大优点，看得更清、打得更准、反应更快和生存能力强。光电探测技术是现代战争中广泛使用的核心技术，它包括光电侦察、夜视、导航、制导、寻的、搜索、跟踪和识别多种功能。

一、红外探测技术

红外探测技术目前主要分为近红外，中红外和远红外三种研究领域，中红外探测技术由于中红外线的高强度和高穿透性，研究也最为成熟，可以分析物质的分子组成。远红外的主要优点就是其穿透性，用于探测，加热等，应用也比较广泛。近红外由于其强度小，穿透力一般，用近红外技术可以做某些成分的定量检测，最关键的是还不必破坏试样。由于温度高于绝对零度的任何物体都会辐射红外线，利用适当的对红外线足够灵敏的探测器，即使在夜里没有光照的情况下也能探测到物体的存在，还可得到它的外形图像。一些典型物体的温度和辐射峰值波长见表1。

表1典型物体的温度和红外辐射的波长

二、多光谱/超光谱成像技术

由于光学空间分辨率有限，以辐射强度为基础的空间信息并非总能提供足够的目标信息，例如远距离的小目标或隐匿在更亮背景干扰下的目标，仅仅根据它们辐射强度特性就无法分辨出来。遥感中采用光谱特性、偏振特性和时间特性等多维判别方法来识别目标和背景，并越来越重要。光谱成像就是在这种观念下研究发展起来的，光谱成像技术按波段数目和分辨率大致可分为三类：多光谱成像，其波段为 10～50 个，光谱分辨率（Δλ/λ）为0.1；超光谱成像，其波段为 50～1000 个，光谱分辨率为 0.01；极光谱成像其波段为 10-100 个，光谱分辨率为 0.001。对多光谱/超光谱成像数据分析表明，这种独特的数据的价值并不在于它是否能产生漂亮的图像，而在于多光谱/超光谱成像仪获得的独特的光谱特征所固有的信息，例如隐藏在树下的车辆和埋置的地雷等目标的信息。多光谱成像仪使用最多的焦平面阵列是可见光 CCD 和红外 HgCdTe 焦平面阵列，其发展趋势主流仍然是 CCD 和多色红外焦平面阵列。 其发展的技术特点是，尽可能提高光谱分辨率；充分利用能透过大气的各类电磁波谱；向红外、远红外和微波方面扩展。遥感技术将是向多光谱/超光谱成像仪与干涉雷达，被动雷达和合成孔径雷达等多传感器融合，可同时采集多维数据的传感器系统，通过先进的数据融合技术，可以获得需要的足够的目标信息，使遥感技术向多尺度、多波段、全天候、高精度、高效快速的目标发展。

三、激光雷达成像技术

激光雷达以的抗干扰、成像能力强，是重点发展的高灵敏度探测雷达。激光雷达类别可以从不同的角度来划分。若按用途和功能划分，则有精密跟踪激光雷达、制导激光雷达、火控激光雷达、气象激光雷达、侦毒激光雷达、水下激光雷达等；若按工作体制划分，则有单脉冲、连续波、调频脉冲压缩、调频连续波、调幅连续波、脉冲多普勒等体制的激光雷达。下面分别介绍激光雷达的各种应用。在对地形背景中的静止目标的探测，多普勒雷达及可见光或红外热成像系统都有其困难的一面，而激光雷达的优点是每个像元既具有高的角分辨率，又可获得准确的距离数据，具有稳定的目标和背景特征，因而能在自动目标识别系统中准确地进行模型化处理。激光雷达由于光束窄，扫描速度有限，需要与红外、可见光、毫米波雷达一起工作，进而通过数据融合，提高系统性能。激光成像技术目前主要有扫描成像，激光照明距离选通成像、激光照明单次成像和相干激光雷达。随着激光二极管泵浦技术和新的固体激光材料研究的进展，高效、全固体化且人眼安全的小型固体激光雷达正在得到发展，已经实验用于外差多普勒激光雷达、距离成像和障碍物回避等领域[1]。

四、紫外探测技术

紫外探测技术是军民两用光电探测技术之一，紫外探测的军事应用主要有导弹制导，来袭导弹告警，生化战剂探测，军用气象和军用短程通信等。主要发展有三种类型紫外探测器，即光电倍增管、成像紫外传感器和AlGaN/GaN光电二极管成像阵列。短波紫外探测器领域的研究集中在实现“日盲”探测器上，即对280nm 以上的光子不灵敏探测器。紫外探测技术的应用范围正在不断扩大，从低速飞行器扩展到高速飞行器，从空中平台扩展到地面的坦克和装甲车以及水面舰艇，从探测导弹威胁信息扩展到探测飞机等其他威胁信息。随着紫外探测器和紫外摄像器件制造技术的不断发展紫外探测技术必将成为重要的军事装备技术之一[2]。

五、多传感器数据融合技术

当前，探测技术都向多传感器融合的方向努力，可以克服单一探测技术的不足，使被探测目标信息尽量丰富，准确、迅速、实时，使战时掌握信息优先权、主动权，赢得宝贵的先发制人的时间，从而赢得战争的胜利。正因为多传感器融合就必然采用数据融合技术，在当前由于新型先进的传感器和先进处理技术的涌现以及软硬件的改进，使实时数据融合越来越有可能实现而得到极快发展。单一平台装备的传感器类型可能包括。雷达、激光测距机/目标指示器/跟踪器、前视红外系统、电视、敌我识别器、雷达告警机、导弹逼近告警接收机、激光告警接收机等不同类传感器间的融合。多平台装备不同类型传感器，通过借助日益发展成熟的数据链路技术，能够显著扩大传感器探测的空域、频域和时域。

参考文献：

[1]倪树新，李一飞.军用激光雷达的发展趋势[J]红外与激光工程2003.04

无人机光电探测技术篇3

量子雷达是基于量子力学基本原理，主要依靠收发量子信号实现目标探测的一种新型雷达体制。量子雷达具有探测距离远、可识别和分辨隐身平台及武器系统等突出特点，未来可进一步应用于导弹防御和空间探测，具有极其广阔的应用前景。作为洞察未来战场的“千里眼”，量子雷达技术势必掀起各军事强国变革雷达技术的时代潮流。

古稀之年，雷达渐遇技术瓶颈

自1934年美国海军研究实验室开发出首部脉冲雷达以来，世界各国竞相发展雷达技术，经历了70余年的探索、改进和完善之路。但随着隐身技术和电子干扰技术的迅速发展，具有较高隐身能力的隐形飞机逐渐“飞入寻常百姓家”。美国的B-2“幽灵”战略轰炸机、F-22“猛禽”战斗机和F-35“闪电II”战斗机以及俄罗斯的T-50战斗机都具备极强的战场隐身能力。

隐形飞机主要通过波束控制手段和采用隐身涂料来降低雷达对飞机的探测能力。一方面可采用边缘平行、武器系统内置、减少平面和棱角等方式，另一方面可通过吸波材料吸收雷达照射的电磁波，从而使隐形飞机如同鸟儿一般隐藏在茫茫空天之中。传统雷达不仅会因雷达探测回波减少而探测不到有效信号，更有可能因遭受虚假信号的干扰而产生误判。

为提高雷达精确度、获取高质量图像，传统雷达信号载波向极窄脉冲发展。但受制于经典电磁波理论限制，传统雷达在探测隐身目标、对抗干扰和诱饵方面遇到了技术瓶颈，在面对隐形战机时常常变成“睁眼瞎”。提升雷达针对隐身平台和其他目标的探测、识别以及分析鉴别能力，研制可探测隐形飞机的新一代雷达成为各军事大国加强防空力量的当务之急。目前较为常见的隐形战机探测方法包括无源探测雷达、米波雷达和双基地雷达等。

将量子信息调制到雷达信号中，实现通过收发量子信号对目标进行探测的量子传感器，就是量子雷达。量子雷达可探测、识别和分辨射频隐身平台及武器系统，具有广泛的应用前景。目前的量子雷达系统主要包括利用单个光子照射目标的单光子量子雷达和发射量子态光子的纠缠态光子量子雷达。相比于单光子量子雷达，纠缠态光子量子雷达利用量子纠缠技术实现目标反射光子与雷达内部光子测量对比，具有分辨率更高、有效探测距离更远和隐身目标识别精确度高等优势。

道高一丈，隐形战机“克星”将至

量子雷达是一种利用量子现象进行目标状态感知和信息获取的特殊传感设备。量子雷达涉及到量子探测机理、目标散射特性研究等相关内容，可利用量子纠缠态进一步提升探测灵敏度，有望解决传统雷达存在的一系列问题。

随着激光技术的迅速发展，早在1995年，美国马里兰大学就首次完成了被称为“鬼成像”的量子成像实验。目前，量子雷达技术仍处于研究和探索阶段。美国国防部高级研究计划局先后提出了开展量子雷达研究的“量子传感器计划”和“量子辅助传感和读出”项目，对量子雷达的增强技术进行了有效探索。此外，美国麻省理工、NASA、海军实验室、空军实验室等机构都相继开展了量子雷达的研究工作。

2012年，在美国国防部高级研究计划局“单光量子信息”项目资助下，美国罗切斯特大学开发出了抗干扰量子雷达。该雷达利用偏振光子量子特性在接触物体后发生改变这一原理，可轻易对隐身目标进行探测和成像。到2014年，美国陆军研究实验室开展了可穿透烟雾和热浪的量子成像传感器的研究，并取得了“用于图像增强和改进的系统与方法”的创新技术专利，将进一步推动量子雷达成像系统的发展。

量子雷达是基于量子力学研制的新型成像系统，已经登上了目前侦察探测领域的技术最高点。目前已经研制出百千米探测的试验样机，其探测灵敏度相对于传统雷达得到大幅度提升。量子雷达的核心是连接微波与光波的双腔转换器。目前，研究人员已经利用纳米振荡器实现微波与光波的耦合，可在信号传输过程中产生微波与光波的纠缠，并将探测目标返回信号从微波转换为光波。英国约克大学研究的量子雷达混合系统，可利用微波与光束之间的量子相关性进行目标探测，运行功耗比传统系统明显降低，不仅可用于目标探测，更在生物医学等领域具有广泛的应用前景。

随着量子雷达技术发展不断成熟，未来部署到地面和水面作战舰艇的量子雷达，可对几乎所有的空中目标进行探测，并可持续跟踪目标的轨迹和行踪，将依靠其强大的反隐身技能成为隐形战机的“克星”。装备了量子雷达的作战飞机，相当于拥有了一双战场“远视眼”，可实现对极远距离目标的提前打击，作战潜力惊人。

火眼金睛，量子颠覆未来战争

事实上，即使是最先进的隐形战斗机，也不可能在雷达面前消失的无影无踪。传统雷达采用低频段探测、增大功率口径和驻留时间等方式，以提升针对隐身目标的检测能力。相比于传统雷达，量子雷达可以利用量子纠缠提高探测灵敏度，对复杂环境下小目标具有更好地探测能力，可在高背景噪声中识别出远距离微小信号。即使隐形战机企图拦截量子雷达信号并发送虚假信号进行伪装，量子雷达也可轻易发现欺骗过程和敌方的干扰行动，并对目标飞机行踪做出准确判断，是当之无愧的战场“火眼金睛”。

量子雷达的出现，可最大限度避免战机逃避有效侦察和跟踪。采用量子纠缠态探测目标的量子雷达，可使雷达回波信噪比得到显著改善，进一步全面提升雷达的探测性能。引入了量子计量技术的干涉型量子雷达，可依靠高度纠缠的量子态对目标参数进行测量，灵敏度极高，可充分提升雷达测距、测角和成像分辨率。

鉴于量子雷达强大的反隐身和抗干扰能力，目前美国海军和陆军都进行了大量的量子雷达研究工作。据估算，仅装备了单光子量子雷达制导的超远程空空导弹的作战飞机，攻击距离就可以提升至几千千米之外，实现超视距作战向千千米量级的非接触式战争转变。同时，由于对电磁波的依赖大为减少，量子雷达可有效避开利用探测电磁波开展工作的反辐射导弹攻击，将进一步改变现有导弹的作战机理和作战模式，促使战场作战形态向“量子化”转变。

量子雷达目前遇到的主要技术难题是量子信息的调制与解调。微波粒子量子态的纠缠特性、相干性以及携带量子态信息载体的能量微弱性，都进一步增加了量子信息传输和处理的难度。实现量子信息高效、稳定地空间无线传输，着力提升量子雷达的实际工程化水平，是仍需深入研究的问题。

无人机光电探测技术篇4

珠海广播电视台发射中心位于珠海的西牛望月山上,肩负着广东省干路数字微波的传输和我台规定的“三套电视”“,五套调频”的安全优质播出的工作任务。2011年9月,在珠海市政府的大力支持下,花费四十多万元由捷成实业有限公司中标建设了一套集信号源分配、跳线、切换、采集、量化、监视;回监信号的采集、量化、切换、监视、告警以及电脑存盘等广播电视监控播出系统。该系统交付使用后,发现其告警部分只有简单的信号源和回监信号的监视、监听告警(只有音频、视频丢失及静帧告警),而且只适用于音、视频环境。这样的监测告警对于一个综合发射台来说是远远达不到要求的,因此,在射频环境下,如何在技术上建立一套更加完善的适合于广播、电视发射、数字微波传输的监测、监听故障告警系统就摆在广播电视技术人员面前。在实践工作中,珠海广播电视台发射中心技术维护工程师进行了大量的技术探讨,资料搜寻、结合多年来广播电视发射机容易出现的故障进行了大量的研究,最后决定在原有监测告警系统的基础上对我中心的广播电视监测告警系统进行技术改造,多渠道逐步完善广播、电视监测告警系统的功能。

2技改前监测、告警系统的概述(简称捷成告警)

2.1监测特点和监测效果

该监测告警系统是由捷成实业有限公司于2011年建造,其监测告警部分比较简单,只有信号源和回监信号的监视、监听告警功能;告警只有音频、视频丢失及视频静帧告警。在音、视频环境下信号源的监测是比较可靠的;在射频环境中,回监信号的监测告警就显得不稳定,而且出现误报的次数比较多;或根本就不告警。如:电视屏幕上量化音柱比较小时就会经常出现音频丢失告警,有时候,电视屏幕上的量化音柱出现红色(比较大)也出现告警。有时候关掉广播发射机的激励器也不会告警;当发射机的激励器没有音频输入时也不会告警。

2.2捷成告警信号流程图

信号源经分配器进行四分配,其中一路送入多路采集器(采集器分图像、伴音采集和广播音频采集);回监信号(RF)经解调机解调得到的视、音频信号或广播声音(L、R)经分配器进行四分配后,其中一路同样送入多路“采集器”进行采集;它们被采集(图像经过压缩和解压,音频量化为音柱)后分别送到16分割显示屏(二个屏,电视、广播分开显示)进行监视和告警。另,经分配器后的另一路信号源或解调后的回监信号,其中广播音频(L、R)送到16选一音频切换器,切换器的输出(可任选一路)送到监听音响进行监听;图像、伴音送入16选一图像、伴音切换器,切换器的输出(可任选一路)送入监视器进行监视和监听。

3调频广播发射机发信导频的监测和告警(第一次技改)

3.1技改的原因

有一次95.1MHz哈里斯5Kw调频广播发射机激励器散热风扇损坏,致使该激励器温度过高热保护,发射机没有功率输出。当时“捷成”监控没有告警,值班员也没有及时发现,到后来珠海电台技术人员打电话才发现……。这带给发射中心的压力是非常巨大的,在总结经验教训之余,都迫切要求进行技术改造,完善告警功能。3.2实施方案(对五套调频广播进行导频监测)

(1)工作原理。调频广播发射机进行的是立体声(STEREO)广播,正常工作时激励器必定产生一个立体声导频信号。它的工作原理是:利用技术手段在监视房对导频进行检测,通过判别它的有、无进行声光告警。这样,就可以在很大的程度上对工作的调频发射机进行监测,从而起到预警作用。

(2)基本材料:无线调频广播解调机五台、二极管十个,电阻五个,15V继电器五个、15V声光报警器五台。

(3)线路图。

(4)线路图说明:通过一台调频广播解调机,将需要监测的发射机载频调出并保存,然后对其锁相环(LC72131)的7脚(B01)进行取样,将其送到晶体管Q1(C9013)的基极。当解调机正常检测到“STEREO”导频时(发射机工作正常),(LC72131)7脚的电压为0.18V,这时,晶体管Q1不能导通,继电器的线包没有电流流过,继电器不能吸合,15v不能加到声光报警器上,没有告警;当解调机不能正常检测到“STEREO”(发射机工作异常)时,(LC72131)7脚的电压为3.8V,这时,晶体管Q1饱和导通,继电器的线包有电流流过,继电器吸合,15v加到声光报警器上,发生告警。

(5)监测效果。100%成功捕获(告警)调频广播发射机激励器(损坏或保护)没有功率输出的故障;100%成功捕获(告警)调频广播发射机功放故障没有功率输出的故障;100%成功捕获(告警)调频广播发射机激励器单声道播出的人为错播事故。

4播出机房多方位监控的实施(二次技改)

4.1技改的原因

发射中心的“监测系统”经过第一次改造,其监控告警能力得到很大的提升,但还有很多不足之处:还不能监测每台发射机的工作告警状态,特别是电视发射机的工作告警;每当工作的设备(发射机、微波、电源)出现故障告警时,在图像、伴音没有中断的情况下,值班员很难第一时间发现。二次技改的目的是:通过技术手段,让工作中的发送设备出现的告警能在值班房及时“重现”,起到“予警”作用。

4.2实施方案

(1)基本材料:科立信无线报警主机KS-600C/D一台、无线转发器KS-50C一台和带有接口适配电路的无线探测器KS-21W((最多可配置到24个)。

(2)科立信无线报警系统方框图。

(3)系统工作原理。在射频环境下,通过对微波设备,广播、电视发射机及其电源故障的告警进行取样,分别送入无线探测器KS-21W,经过接口电路适配后,触发各自的无线探测发射器,每个无线探测发射器设置独立的ID地址(ID是唯一的),以100%调幅频率为433MHz的方式进行无线发射;无线转发器收到报警信号,并核对确认地址编码信息后,以调频频率为315MHz的方式进行无线发射,通过抗干扰能力较强的调频方式,将故障告警的地址编码信息远距离发送给无线报警主机;主机对接收到的地址编码信息进行解调后,产生声光报警,同时显示故障代码,值班员根据报警信息,能快速判断出故障机号、部位和故障类型,可及时处理故障。

(4)主要功能器件。

1)无线探测器是重要器件之一,无线探测器的接口适配电路是这次技术改造成功的关键,我们经过大量的研究和实践,根据不同设备的故障告警特点,设计出多种无线探测器及其适配电路:①哈里斯调频发射机(Z5-CD)电平适配探测器。我台95.1MHz、87.5MHz调频广播发射机是哈里斯的Z5-CD,该品牌的Z系列调频发射机的微处理器遥控输出接口(J20),提供一组总故障信息(SUMFAULT)连接口,故障信息包括:电压驻波比故障、电压驻波比关机、温度故障、空载故障、功放和中功放故障、电源故障、PLL未锁故障等。发射机正常工作时,该端子输出开路;有异常情况时,该端子输出0.6V,该电压经RC充放电回路,产生一个时间为0.1s的触发脉冲触发Q1饱和导通,Q1饱和导通又使射极跟随器Q2导通,这时编码器HS2262通电工作(A0高电位)。它重复输出两次该故障地址编码数据,以433MHz发射该故障报警的ID信息。HS2262的A0-A11为地址输入,有(1、0、开路)三种状态,任意组合提供多种地址码;在探测器中通过对A0-A11的不同接法,可得到不同的地址编码;17脚为编码输出端,接收有效信号时,输出由低电平转为高电平,TE为输入编码启动端,用于多数据的编码发射,低电平有效。②数字微波设备电平适配接口电路。微波机架TUP单元设置有故障输出COM口,设备正常时,URG、NURG、ABN等COM口输出电压为-12V;设备有故障时,输出0V。我们采用电压检测、光电隔离电路,来触发无线探测器工作。③数字微波开关电源电平适配接口电路。该电源设置有故障指示灯,故障时其电压为交流6V。我们采用交直流变换和光电隔离电路,来触发无线探测器工作。④全固态电视发射机电平适配接口电路。我台6ch、38ch电视发射机是国产“吉兆”的发射机,其逻辑控制电路只提供少量必要的LED告警指示,如:激励器FAULT、RFW、videooff、功放过热、无视频告警等。当发生故障告警时,逻辑板送出的电压为2.8V(正常为0V)。适配电路正是利用2.8V电压作为告警触发信号。为提高抗干扰能力,我们将发射机的LED电路和无线探测器的地电位分开,采用了光耦隔离电路来触发无线探测器工作。(20CH是美国哈里斯新型数字模拟兼容电视发射机,2013年安装,未出现任何故障,未作取样监测。)⑤“北广”调频发射机电平适配接口电路。我台99.1MHz、103.8MHz调频广播发射机是北广全固态发射机,其控制系统还是逻辑控制。其故障采集信息有:RF告警、驻波比过大、锁相环故障、overload、protect等(故障警时为H电平)。我们采用或门电路来触发无线探测器工作。

2)无线转发器。无线转发器是报警系统的中转部件,本次技术改造应用的是科立信无线转发器KS-50C。无线转发器既有接收电路又有发射电路,发射电路和探测器发射相似,接收电路利用PT2272作解码器,电路比较简单,不再作叙述。无线转发器和无线探测器之间通过地址码识别(自动对码),转发器只转发地址正确的无线探测器的信息。无线转发器对地址正确的无线探测器的信息进行重新编码后,通过抗干扰能力较强的调频方式,以315MHz频率将地址编码信息远距离发送给无线报警系统主机。无线转发器发射距离3-10公里(开阔地)。

3)无线故障报警系统主机(KS-600C/D)。主机对接收到的地址编码信息进行解调后,产生声光报警和电话告警,同时显示故障代码(设备ID号),值班员根据报警信息,能快速判断出故障机号、部位和故障类型,可及时处理故障。

5监测效果

科立信无线安防报警系统技术非常成熟、稳定、抗干扰能力强、雷电流几乎对它没有影响。从安装使用到现在,捕抓故障告警成功率为100%,成功捕抓的故障告警有:

(1)成功捕获北广调频发射机因功放管老化,工作电流过大引起的功率告警;

(2)成功捕获北广调频发射机功率合成器因散热风扇损坏,引起的功率告警;

(3)成功捕获哈里斯调频发射机个别电源抽头保险管损坏或接不良引起的告警;

(4)成功捕获哈里斯调频发射机风压故障产生的告警;

(5)成功捕获38CH激励器故障引起的FAULT告警等。

6结语

无人机光电探测技术篇5

【关键词】光电监视;稳定精度;目标探测;稳定平台

1.引言

光电监视系统是以光电器件（主要是激光器和光电探测器）为基础，将光学技术、电子/微电子技术和精密机械技术等融为一体，形成具有特定战术功能的军事装备。因其具有能跟踪空中和水面目标，能抗干扰，提供直观、清晰的图像等优点，越来越受到各国海军的重视。目前国内外较先进的军用光电监视系统多以激光测距仪、电视跟踪仪和红外跟踪仪三位一体为核心构成，其中激光测距仪是距离测量设备，当电视/红外稳定跟踪目标时，测出目标的距离信息，为火力系统精确打击目标提供信息;红外跟踪仪利用目标自身的热辐射能量成像，通过监视器观察、监视目标及外界动态，具有较好的穿透雾、霆能力，能在较恶劣气候条件下工作，是具有昼夜工作能力的被动式目标成像探测器;电视跟踪仪为昼间目标探测器，对可见光波段的目标具有成像后目标特征明显、探测及跟踪距离较远等特点，也是光电跟踪仪的主要探测传感器之一。

2.特点和技术指标

2.1 主要特点

（1）自主稳定，既能独立使用，又能与其他设备（如雷达、GPS等）对接使用;

（2）具有手动跟踪、自动跟踪、手动扫描搜索、自动扫描搜索、锁定5种工作模式;

（3）具有图像无损记录功能，为情报分析提供真实、详尽资料;

（4）具有可见光电视、前视红外热像仪、激光测距机3种任务载荷，可以昼夜完成探测、监视任务;

（5）操控灵活方便，所有功能都集中在显示控制设备上。

2.2 总体技术指标

波段范围：可见光摄像机0.4μm～1.1μm，红外热像仪：3μm～5μm间优选。

作用距离：昼间在可通视和能见度不小于10km（20km）条件下，对歼七飞机（翼展8m）迎头识别距离不小于22km，对无人机（翼展3m）迎头识别不小于13km。夜间在简单背景和无主动照明光源条件下，制冷红外热像仪对歼七飞机（翼展8m）迎头识别距离不小于32km，对无人机（翼展3m）迎头识别距不小于7km。

监视范围：方位0o～360o，俯仰-25?～ +85?。

成像质量：在良好照明情况下，将国际三线靶标板放在距离可见光摄像机500m处，昼间视频图像主观评价应达到4级以上;夜间视频图像清晰，无明显斑点噪声。

转台指标：最大方位回转速度：≥60o/s;最大方位回转加速度：≥100o/s2。

最小方位回转速度：≤0.1o/s;最大俯仰回转速度：≥60o/s。

最大俯仰回转加速度：≥100o/s2 ;最小俯仰回转速度≤0.1?/s。

方位转动范围0?～360?连续旋转;俯仰转动范围-25o～+85o。

回归精度：优于0.1o;预置位数≥64。

联动响应时间：可见光光摄像机或红外摄像仪收到雷达目标位置信息后，触发并启动转台转动，视频显示和记录等所需的响应时间不大于2s。存储设备：视频数据H.264.MPEG-4视频编码格式和文件格式进行存储。存储的图像数据应保证具有4CIF以上的分辨率。存储容量应满足连续存储30天的视频。应支持按图像的记录时间、预置位点多种方式对存储图像进行检索。

3.系统组成及工作原理

3.1 系统组成

根据光电监视系统的功能和主要战技要求，系统拟采取模块化设计的方法，它主要由三部分组成：一是前端设备，它主要包括光电转台、传感器组合（包括光学系统、可见光摄像机、红外热像仪）、伺服控制及驱动、视频跟踪处理、供电电源、视频编码、对外接口控制、跟踪控制机柜等单元。二是传输设备，主要包括光端机、光缆、电缆或微波天线（用于无线传输）等单元。三是显控设备，主要对外接口控制、综合操控台、图像记录、计算机、监视器等。

图1 系统组成框图

图2 光电监视系统组成框图

3.2 工作原理

如图2所示，光电转台是一个球形转台，其方位轴是外框，俯仰轴是是内框，在各框架上都安装有相应的驱动电机及角位置传感器、光学系统及传感器组合安装在球形转台内框上，球形转台外框上共有两个窗口，分别对应红外、可见光摄像机两个传感器，红外热像仪可见光摄像机分别将外部的景物图像形成相应的视频图像信号，并通过传感器控制电缆传送给光电跟踪控制机柜的视频跟踪制单元。

视频跟踪控制单元主要由视频跟踪控制处理板、接口通信处理板、供电电源板等部分组成。主要完成对输入模拟视频信号的接口匹配、图像预处理，并将形成的数字视频信号送给FPGA，FPGA完成对数字视频信号的存储及时序控制，DSP实时对输入的数字视频信号进行滤波、目标特征识别及跟踪等处理，同时通过软硬件件结合的方法，实现跟踪综合视频信号的输出显示控制。

转台伺服控制及驱动主要由伺服控制板、接口控制板、伺服驱动控制板、供电电源等部分组成。通过利用测速机构成速度反馈控制回路，满足光电系统快速搜索和跟踪要求。利用视频跟踪控制单元输出目标偏离视场中心的跟踪误差，构成空间位置环，实现对目标的自动跟踪控制，同时通过接收雷达的目标指示信号，实现对目标的外部引导控制。

视频编码器主要完成对输入视频信号编解码处理，满足远距离传输的要求，视频解码器主要完成经传输后的视频信号实时解码处理，满足实时视频显示、记录等要求。

对外接口单元主要完成传输单元和前端设备、显示设备的接口匹配及状态、参数、数据的传送。

显示单元采用LCD显示器，用于显示系统工作状态、参数、及目标跟踪视频等。

4.总体方案设计

4.1 结构形式

该系统的稳定平台是两轴两框架结构，由方位框架、俯仰框架、角度传感器和控制电路组成。为了最大范围的观察视距，稳定平台要放在车载的顶部或者专用桅杆上。为了克服风阻，将稳定平台设计成球形，俯仰框架绕着水平轴可进行360度的旋转。可见光电视分系统、红外成像分系统都安装在球体内，防止雨水、太阳的伤害。

4.2 可见光电视

稳定平台结构紧凑，可见光电视作为载荷之一，尺寸和质量受到了严格的限制。如何在不牺牲战术指标的情况下，使得可见光电视的体积小质量轻，成为可见光电视设计重要目标。

4.2.1 面阵CCD

作为本子系统的核心部件，性能直接影响系统的作用距离与成像质量。CCD的选型主要从体积、质量、分辨力、信噪比等几方面综合考虑。

4.2.2 变焦镜头

连续变焦镜头由前物镜组、变倍组、补偿组及后固定组等几部分组成，每组又有多个镜片，为了达到所要求的透过率，各透镜组需镀多层减反膜，以满足总透过率的要求。在变焦镜头中，依靠变倍组与补偿组在光轴方向同步、不同量的移动来改变焦距的大小，同时保持像面稳定，从而改变物镜对目标的放大倍数，达到改变观测范围的目的。为了减少杂光，光学系统的整体结构要进行消杂光处理，在适当的部位加人消杂光光阑，系统的杂光系数小于5%。

4.3 红外热像仪

本系统的红外传感器选用工作波段3μm～ 5μm的第三代红外焦平面热像仪。该热像仪的温度灵敏度和空间分辨率都很高，适合于远距离探测目标。目标的辐射能通过光学系统到达探测器，经过探测器组件的光电转化，由显示电路输出标准的视频格式，在显示器中显示目标的红外图像。主要技术性能为：采用凝视型红外焦平面，探测器像元数CMT320x256，视场9ox6o/2oxl.5o，瞬时视场护IFOV=0.6mrad/0.1 mrad。

4.4 伺服系统

该车载光电跟踪监视系统的伺服系统是实现光电稳定平台方位、俯仰运动控制的主要环节，主要由方位伺服和俯仰伺服两个部分组成。它们分别接收主控计算机给出的方位和俯仰速度控制信号，与测速信号经过滤波后进行比较得到速度误差信号。误差信号经校正电路校正，再由功放电路送至执行电机，完成对方位轴和俯仰轴的速度控制。主要技术性能为：最大角速度，方位60o/s;俯仰60o/s;最大角加速度方位60o/s;俯仰60o/s。

4.5 电视/红外图像跟踪处理技术

信息处理技术是光电跟踪系统实现作战效能的关键技术之一。电视/红外图像跟踪处理器是电视跟踪仪和红外跟踪仪的核心，它是把图像处理、模式识别、人工智能、自动控制、信息处理有机地结合起来，形成一种能从图像中实时地自动识别目标、提取目标位置信息、自动跟踪运动目标的技术。图像跟踪处理器主要完成目标检测、目标识别、数据综合和角偏差测量任务，测量并计算出目标偏离光轴的方位角和高低角。电视/红外图像跟踪处理器从功能上来分，如图3所示，主要有五部分组成：目标分割、特征抽取、智能决策、跟踪控制、匹配相关。特征抽取是提取出被识别对象的某些特征，作为计算机处理的输入信息，用来对被识别对象进行分类和描述。智能决策是跟踪器在跟踪的过程中，随着跟踪环境的变化，计算出目标特征的相关性，自动选择跟踪模式和跟踪状态，以保证系统的稳定跟踪。跟踪控制主要是计算出目标的角误差信息和滤波，一方面提高跟踪精度和稳定性，另一方面，要进行记忆跟踪。匹配相关是利用图像相关技术，计算出图像中目标的配准点，更适用于复杂背景下的目标跟踪和近距离目标跟踪。

图3 图像跟踪处理器原理组成框图

4.6 系统工作模式

光电监视系统的工作模式可分为以下几种：

4.6.1 手动搜索

操作员通过操纵杆控制球形转台在方位、俯仰方向上对目标进行手动搜索和跟踪。为了提高系统的操控性能，手动搜索速度采用与光学系统焦距相关联的处理方法。

4.6.2 自动巡检

为了减轻操作员的负担，根据预先设定的监控位置、监控视场角、镜头焦距，能自动在多预置点间循环监视，每个预置点停留时间通过程序设定。

4.6.3 外部引导

接收雷达发送的目标指示信息，通过方位、俯仰位置控制回路，实现对给定目标的探测及跟踪。

4.6.4 自动跟踪

视频跟踪控制单元对输入的红外或可见光电视视频信号进行滤波、目标识别、跟踪等处理，当目标满足系统截获条件时，将产生目标偏离视场中心的误差信号，控制稳定平台对目标进行自动跟踪，使目标始终处于视场中心，实现对目标的自动跟踪。

5.结语

综上所述，本方案所设计的光电监视系统配合雷达使用，可为指挥中心提供空中目标的方位、距离、高度等情报信息。通过对可见光摄像机和红外热像仪传感器组合运用，可对监控的区域进行全天候的视频探测与监视，有抗电磁干扰能力强、低空探测性能好、图像分辨率高、目标识别能力强等特点，具备远距离控制、图像传输及实时显示记录等功能。

参考文献

[1]张启衡，彭先蓉，单承建等.高帧频电视跟踪系统的特点与关键技术研究[J].光电工程，1998，25（6）.

[2]王岱，吴钦章.光测设备上的现场总线应用设计[J].光电工程，2011，39（10）：92-97.

无人机光电探测技术篇6

关键词：地铁；隧道；火灾；光纤光栅；感温电缆；分布式光纤

引 言：地铁是高密度、大容量、快速运行的城市公共交通系统，系统安全、稳定关乎国家与市民生命财产安全，因此，建立一套适合地铁特点的火灾监控系统，特别是地铁隧道内的火灾监控显得尤为重要。本文重点讨论隧道内强电电缆的火灾探测技术，主要包括：光纤光栅测温系统、感温电缆火灾探测系统和分布式光纤测温系统。

一、光纤光栅测温系统

光纤光栅测温系统的基本原理是：当由于各种不同的因素导致电缆上光纤光栅周围的温度发生变化时，将导致光栅周期或者纤芯折射率产生变化，从而产生光栅布喇格信号的波长位移Δλ，通过监测布喇格波长的变化情况，即可获得电缆上光纤光栅周围温度的变化状况。简言之，光纤光栅布喇格波长的变化与环境温度的变化有着简单的线性关系，通过测量光纤光栅布喇格波长，可以测得环境温度。当温度的变化或者温变速率超过事先设定的某个门坎值时，即可给出报警信号。

光纤光栅测温系统具有如下技术特征：

采用光纤光栅感知温度和位置信息进行信号检测、信号传输，实现无电检测，本质安全防爆；

使用先进的光纤光栅作为测量单元，技术先进，测量精度高；

光缆及光栅长期工作温度范围达-30℃到120℃，瞬时可达150℃，应用范围广；

通过系统硬件对温度信息解调；

最高温度点定位至每一个探测器；

系统结构紧凑，安装简单，维护方便；

通过软件，可以根据实际情况设定不同的预警值、火警值；

光纤光栅测温系统因其良好的定点、实时监测性能，广泛应用于电力工业、石化工业等。

二、感温电缆火灾探测系统

感温电缆火灾探测系统是线型探测器的一种，其基本原理是：电缆内部是两根弹性钢丝，每根钢丝外面包有一层感温且绝缘的材料，在正常监视状态下，两根钢丝处于绝缘状态，当周边环境温度上升到预定动作温度时，温度敏感材料破裂，两根钢丝产生短路，输入模块检查到短路信号后产生报警。

感温电缆探测系统可用于发电站、变电站、电缆沟道、隧道、夹层、传送带等场所，感温电缆探测器稳定可靠，适用于恶劣环境的火灾检测。

三、分布式光纤测温系统

分布式光纤测温系统也是线型探测器的一种，其基本原理是利用光纤中石英分子键会受温度上升而产生晶格振动。这种振动会导致在光纤中传输的光产生散射（喇曼散射及R.aylei曲散射），而散射量的大小可以直接反应温度的高低。因此光纤感温探测系统可以将环境温度以连续的线性方式表示出来。光纤感温探测系统的另一个崭新的技术是可以准确地定位温度变化的确切位置。系统通过OTDK、OF’DR（光时域及光频域反射测量法）及连续FFT（快速傅立叶变换）对信息进行处理，将微小的时空差别以频率方式体现出来实现精确定位，从而构成一套精密的光纤线性感温探测系统。

分布式光纤测温系统包括一个分析单元（频率生成器、激光源、光模、HF合成器和微处理器）以及一个石英光纤缆（LG）作为线性温度传感器。

相比其他探测手段，分布式光纤测温系统这一目前世界上最先进的高科技产品，它以众多的优点和功能快速地代替感温电缆。其安装简便，性能卓越，具备如下主要优点：

整根光纤不仅用作信号传输，更全被用作温度探测用，感温探测覆盖范围为其全长100%，报警区域的设置可以通过软件在光纤全长内自由设置，报警定位精度高，其探测区域最小可达0.5米，无论现场分区怎样变动，皆能满足要求；

对每个分区的报警探测逻辑可以实现分区内最大温度（定温）、分区内温升速率（差温）、分区内最高温度与分区平均温度之间差值（分区温度均匀程度）三种方式的任意组合，保证实现早期和可靠的报警；

系统提供图形化监控软件，软件可以图形化实时显示各分区的定温、差温和极均差值等探测数据，并可以在控制中心设定各种探测数据的报警阈值；

可以对感温光纤全线提供连续的温度监测，可以显示全线的温度分布曲线，不仅有利于值班人员监控操作，而且系统兼备故障自检测功能，光纤发生故障时可以在光纤全长曲线上指示出断点的具置，有利于系统的故障监测与迅速维修；

系统安装非常简便，信号传输和探测用一根光纤，安装至现场仅需将探测光纤固定即可轻松完成安装工作；

探测部分完全采用光传输方式，光纤本征安全防爆，并可以完全杜绝电磁干扰影响，绝缘性高；

感温光纤耐用性设计优异，探测光纤的寿命可达30年之久，对环境影响如温度，压力和湿度波动有抵抗力，同样也适用于较多灰尘和含有腐蚀性物质的空气中；

可自成系统，系统自带全线温度曲线图形显示和配置软件，所有设置都可以通过软件进行，直观易用；

系统集成方便，控制器提供干接点输入输出至火灾报警系统。此外，控制器支持开放的通讯接口，易于实现控制器一级的系统集成。

四、分布式光纤测温系统与其他测温系统技术、经济比较

通过上述分析，感温电缆火灾探测系统、分布式光纤测温系统以及光纤光栅测温系统各自的原理和适用环境都有所不同，通过报警方式、事故判断、使用范围及维护、使用寿命、安全性和可靠性以及施工安装等因素的分析，对三种火灾探测系统作技术经济比较如下：

表 1 区间火灾探测方案技术经济比较表

方案

项 目 感温电缆 光纤光栅测温系统 分布式光纤测温系统

报警

方式

固定温度报警点；

被动等待设定的报警温度；

报警时往往已形成火灾。 系统自动对光纤光栅测温计所在区域进行实时温度巡检，检测现场温度的异常波动，在火灾发生前及时报警。 可综合利用设置多级温度报警、温升速率、温升趋势来进行连续监测，可在任何时间准确显示任何一点的温度状态，在火灾发生前早期预警。

事故

判断 无附加特定装置时，不能准确确定事故点位置，只能判断火警区域。无法反映温度资料。 使用先进的光纤光栅作为测量单元，技术先进、灵敏度高、测量精度高；最高温度点定位至每一个探测器。 智能化的系统，准确及时判断温度变化的类型、事故点温度读数及位置。

使用及维护 监测长度有限（标准长度为200 m），多路布线分区，系统复杂，故障率高，难以维护。 一根光纤可以串接大量的探测单元、布置在很大的探测范围内，无人值守自动监控； 长距离监测用一根光缆即可完成，利用软件分区，系统非常简单可靠，免维护。

使用

寿命 报警后系统损伤，难以重复使用以及采用的材料的原因，使其寿命较短。 本质安全、稳定性好、使用寿命长。 达到报警点后利用软件复位，不损伤光缆并因其材料特殊，寿命极长。

安全性

可靠性 因其绝缘皮老化和电磁的干扰等诸多因素的缘故，经常产生误报并因其带电，故不适用于特殊危险场合。 本质防爆、抗电磁干扰、抗腐蚀、耐高温、体积小、重量轻、灵活方便等，应用范围非常广泛，适于恶劣和高危环境中。 不受电磁干扰，综合智能判断，无误报。因其不带电，故适用于特殊危险场合。

安装 较易损坏的缆体需与被测体以正弦波紧贴的方式进行多路敷设，安装相当复杂。新增电缆的扩容安装难度大。 光纤光栅传感器小巧、柔软、便于实施。系统结构紧凑，安装简单，维护方便。 安装非常简单，可安装到缝隙、小孔、高电压、强电磁场、高温、高压强、有毒、易燃、易爆、腐蚀性环境。

地铁

运用 早期地铁线路使用，现多在高架车站电缆夹层使用。 技术先进可靠，但尚无地铁运用经验。 技术成熟，已成功运用于轨道交通地下区间隧道火灾探测，并发展成趋势。

系统

投资 低：主机约3000元/台，电缆约30元/米。 高：单通道主机约10万元/台，64通道约30万元/台，探测器约800元/个。 较高：国产主机约30万元/台，光纤约25元/米。

通过以上比较，感温电缆虽然投资很低，但是因其系统本身的能力有限，难以适应地下区间隧道的火灾探测；分布式光纤测温系统和光纤光栅测温系统性能优异，均可满足地下区间隧道火灾报警功能需求，而分布式光纤测温系统更具备价格优势，可有效降低系统投资。同时，分布式光纤测温系统还可对地下区间隧道内温度场的实时监测，正常情况下，分布式光纤测温系统可兼作BAS的探测器，进行隧道环境温度监测，对隧道通风系统进行节能控制；列车阻塞时，可依据隧道内真实情况进行阻塞模式控制；通过分布式光纤测温系统对区间35kV电力电缆的发热（主要只监控电缆接头的发热情况），实现对区间电力电缆的工况监测，在电缆接头温度异常时能及时告警处理，保证系统的正常运营。因此本工程推荐地下区间隧道及地下车站变电所电缆夹层采用分布式光纤测温系统。

对于高架车站电缆夹层以及主变电站电缆夹层，从系统投资考虑，采用感温电缆进行火灾探测。

五、结论

分布式光纤测温系统技术先进、系统稳定可靠、报警位置准确、安装灵活方便、性价比高，其在城市轨道交通中的应用是火灾报警系统向前发展的必然，随着国内城市轨道交通建设的迅速发展，分布式光纤测温系统必将会得到更加广泛的应用和普及。

参考文献

[1]张在宣、郭宇、馀向东、吴孝彪，分布式光纤传感温度报警系统，计量技术，2000（2）：24-26。

[2]张在宣、刘红林、王剑峰、金永洙，分布式光纤拉曼散射测温技术的进展，世界仪表与自动化，2005.1

[3]饶云江、王义平、朱涛，光纤光栅原理及应用，科学出版社，2006.8

无人机光电探测技术篇7

现场工程师的职责

安全防范工程现场应设一名现场工程师。该工程师应具备国家承认的中级以上技术职称，且由熟悉本工程设计的人员担任。现场工程师要在甲方授权人的监督下，对整个工程负直接责任，具体责任如下：

确保施工按设计方案进行。所用设备器材与设计一致，设备安装与布线符合电器装置安装规范要求。施工中确实需要更改原设计时，应由甲方授权人和乙方现场工程师签字方为有效；

协助甲方做好隐蔽工程的检测和验收。如地线的施工、接地电阻的测量、按敷管道是否符合规范等，并做好检测和验收记录；

负责施工中的安全，指导并监督施工人员严格按照安全操作规范作业；

控制施工工期，保证按合同要求交工；

指导工程技术人员进行系统调试；

负责施工中全部图纸资料的管理，并在工程施工结束时提交竣工图纸资料；

负责甲方值机人员的培养；

就施工中的有关事宜与甲方协调；

施工前应具备的图纸资料

安防工程施工前必须具备下列图纸资料：

系统原理框图

前端设备（摄像机、探测器、传感器、报警设备）布防平面图

中心设备布置图

管线敷设要求及管线敷设图

设备器材配置清单

工程竣工时应提交的图纸资料

施工前所接的全部图纸资料

竣工图纸，即与实际工程相符的图纸

设计更改记录

隐藏工程的检测报告，包括绝缘电阻、接地电阻的测试数据等

隐藏工程的验收报告，如暗敷管线的验收、地线施工过程的验收等。

二、布线

电线的敷设

根据设计图纸要求选配电缆，尽量避免电缆的接续，必须按续时应采用焊接方式或采用专用接插件；

电源电缆与信号电缆应分开敷设；

敷设电缆时应尽量避开恶劣环境，如高温热源、化学腐蚀区和煤气管线等；

远离高压线或大电流电缆，不易避开时应各自穿配金属管，以防干扰；

电缆穿管前应将管内积水、杂物清楚干净，穿线时涂抹黄油或滑石粉，进入管口的电缆应保持平直，管内电缆不能有接头和扭结，穿好后应作防潮、防腐处理；

管线两固定点之间的距离不得超过1.5m。下列部位应设置固定点：管线接头处、距接线盒0.2m处、管线拐角处；

电缆应从所接设备下部穿出，必须穿管（视具体情况选用金属管或塑料管）；

电缆端做好标志和编号；

明装管线的颜色、走向和安装位置应与室内布防协调；

在垂直布线与水平布线的交叉处要加装分线盒，以保证接线的牢固和外观整洁。

光缆的敷设

敷设光缆前，应检查光纤有无断点、压痕等损伤；

根据施工图纸选配光缆程度，配盘时应使接头避开河沟、交通要道和其他障碍物；

光缆的弯曲半径不应小于光缆外径的20倍，光缆可用牵引机牵引，断头应做好技术处理，牵引力应加于加强芯上，牵引力大小应超过150kg，牵引速度宜为10m/min，一次牵引长度不宜超过1km；

光缆接头的预留长度不应小于8m；

光缆敷设一段后，应检查光缆有无损伤，并对光纤敷设损耗进行抽测，确认无损伤时，再进行接续；

光纤接续应由受过专门训练的人员操作，接续时应用光功率计或其他仪器进行监视，使连续损耗最小，接续后应做接续保护，并安装好光缆接头护套；

光缆端头应用塑料胶带包扎，盘成圈置于光缆预留盒中，预留盒应固定在电杆上，地下光缆引上电杆，必须传入金属管；

光缆敷设完毕时，需测量通道的总耗损，并用光时域反射计观察光纤通道全程波导衰减特性曲线；

光缆的接续点和终端应作永久性标志。

三、主要设备的安装

空间探测器安装的技术要求

1.空间探测器的安装应符合技术说明书的要求。

2.探测器的安装应保证24小时有防拆功能，以防人为破坏。

3.探测器的安装位置应避免耗子之类的小动物爬行靠近。

4.探测器应安装在坚固而不易震动的墙面上，要用2－3个螺丝规定。

5.探测器的安装应使其前面探测范围内没有障碍物。

门磁安装的技术要求

1.门磁开关的安装应牢固、整齐、美观，应尽量装在门的里面，以防破坏。

2.木门磁开关和铁门磁开关应小于5mm。

3.卷闸门磁开关应小于20mm。

4.脚制开关和手制开关的安装应牢固隐蔽，脚制开关须方便脚踏或脚踢，手制开关须方便触动。

5.脚制开关的安装高度应高于地面10cm-20cm。

控制箱安装的技术要求

1.控制箱的安装应符合技术说明书的要求。

2.控制箱的固定应不小于三个螺钉，保证牢固。位置的选择要隐蔽，以防破坏，控制箱的操作要用遥控开关，遥控开关要远离控制箱安装，要有防拆功能，并用门磁加以保护，遥控开关如用密码开关，应具备拨错三次密码触发报警功能。

3.控制箱应安装防拆功能，任何时候被拆都应报警。

4.控制箱的交流电应不经开关引入，如要用开关，则应安装在控制箱里面，交流电源线应单独穿管走线，严禁与其他导线穿在同一管内。

5.控制箱的引线，从控制箱至顶棚一段要求用铁管加以保护，铁管与控制箱要用双螺帽连接。

报警装置安装的技术要求

1.报警装置要求用声、光报警箱。

2.报警箱要求具有防拆、防剪功能，即当报警箱被拆下或报警装置与控制箱之间的连接被剪断、被短路，均能够发出报警。

3.报警箱应安装在隐蔽、人手够不着的地方，同时要使报警声容易察觉。

闭路电视监控系统安装的技术要求

1.摄像机、监视器、云台、视频切换器以及控制台的安装应符合技术说明书的要求。

2.摄像机的安装必须牢固，应装在不易震动，人难以接近的场所，以便看到更多的东西。

3.鉴于技防工程的特殊要求，摄像机一律加装防护罩。

4.在室外安装的摄像机要加防雷、防拆装置。

5.监视器要求图像清晰，切换图像稳定。

6.传输电缆在长于300米时要加视频补偿措施，使图像清晰。

7.电视监控系统控制台所用的交流电源的安装应符合电器安装标准和消防要求。

电控对讲防盗门安装的技术要求

1.所安装的对讲/控制系统和电控防盗门应符合GA/T72-94《楼宇对讲电控防盗门通用技术条件》要求。

2.防盗门的安装应垂直牢固，经得起开、关门引起的震动而不松脱；门框应贴墙、贴地、贴顶、用膨胀螺栓或其它方法安装；门框与墙体的间隙应小于5mm。

3.防盗门的安装应保持门扇启闭转动灵活，转动时无噪声，关门噪声应小于7～7.5db。

4.防盗门上面如无雨棚，应加装雨棚。

5.电锁的安装应保证防盗门关闭严密、启动灵活。

6.闭门器的安装应保证在开门时能可靠关门，门在垂直位置时，又要保证关门的冲击噪声符合要求。

7.主控制系统要用铁箱加以保护，安装应牢固。走线要符合规范，线径的选择要符合电流载流量的要求和机械强度要求。

无人机光电探测技术篇8

    随着我国社会与经济的发展,人民生活水平不断提高,人们对区域治安环境以及安全防范的要求也越来越高,同时现代化技术高度发展的今天,犯罪更趋智能化,手段更隐蔽,所以保证区域的安全必须从运用现代化的防盗报警技术。在现代化防盗报警技术中,红外技术有四大优点:环境适应性好,在夜间和恶劣天候下的工作能力优于可见光;隐蔽性好,不易被干扰;由于是靠目标和背景之间、目标各部分的温度和发射率差形成的红外辐射差进行探测,因而识别伪装目标的能力优于可见光;红外系统的体积小,重量轻,功耗低。但有三大因素制约着其效果:目标的光谱特性;探测系统的性能;目标和探测口之间的环境和距离。所有探测技术的发展都有三个阶段:a.探测信号的强度,得到目标的"黑白照片",这是初级阶段;b.探测信号的强度和波长,得到目标的"彩色照片",达到中级阶段;c.探测信号强度、波长和相位,得到目标的"全息照片",这才达到探测技术的高级阶段。目前的红外技术处于其初级阶段的后期,正向中级阶段发展,其标志是研制出了双(多)色红外探测器,得到了目标热图象的"彩色照片"。可以预计,今后双色探测器将随单波段探测器及其配套技术的成熟和市场需求的增加而加快发展,并将集中在以下五个方面:(1)集成化的双色探测器有利用简化系统结构,能充分利用半导体材料制备技术的最新成果,便于器件焦平面化,其中HgCdTe合金系和各种量子阱/超晶格材料系统将得到重点发展。(2)采用焦平面器件,更好的满足系统的要求,同时也有利于简化系?统结构,降低成本。(3)为明显的提高系统的性能,双色探测器将向大面阵和长线列发展。(4) 双波段系统将克服在光学设计和加工、信号处理和显示等方面的困难,缩小体积、减轻重量等,以便扩大其应用范围。 (5) 随材料、器件和系统技术的进步,双色探测器将向更多的光谱波段发展,既包括拓宽光谱波段,也包括将光谱波段划分成更为细致的波段,以获得目标的"彩色"热图象,更丰富、更精确、更可靠地得到目标的信息。

    课题研究目标、内容、方法和手段:

    本课题研究红外监控系统的设计与实现。主要实现对象是被动红外防盗报警探测器。其包括硬件和软件两大部分。主要包括对于硬件的构成以及软件的接入进行描述。通过51单片机、驱动电路、传感器、GSM等技术来进行设计与实现。

    设计(论文)提纲及进度安排:

    4月6日至4月25日

    分析题目查阅资料学习与毕业设计相关的知识

    4月25日至5月15日

    硬件实现、软件编写、进行方案论证

    5月15日至6月10日

    测试硬件、调试软件撰写毕业论文并征求导师意见,修改毕业论文,进行毕业论文的评议。

    主要参考文献和书目:

    [1]张玉香.新型遥控接收模块HS0o38〔J〕.无线电,1998,7

    [2〕高茹云.通讯电子线路仁M〕.西安:西安电子科技大学出版社,1999。

    [3]李华.MCS-51系列单片机实用接口技术. 北京:北京航空航天大学出版社,1993年。

    [4尤一鸣等.单片机总线扩展技术.北京:北京航空航天大学出版社.1993,11。

    [5]蔡轶.通用遥控解码电路.电子技术1995 .1

    [6]施德恒,郭峰光谱识别型激光警戒系统述评激光与红外l99929(l):9一13

    [7]卢万欣,梁桂云,韩永林激光预警装置激光技术199218(3):180一183

    [8]沙占友,王彦朋,孟志永等.单片机电路设计. 北京:北京电子工业出版社,2003。

    [9]周航慈.单片机应用程序设计技术. 北京:北京航空航天大学出版社,2002。

    [10]付伟激光告警中的多元相关探测技术红外与激光技术1992(6):23一27

无人机光电探测技术篇9

【关键词】PLC 火灾报警 GOT 系统集成

一.引言

消防系统主要由三大部分组成：第一部分为感应系统，即为火灾自动报警系统；

第二部分为执行系统，即灭火自动控制系统；第三部分为消防联动系统。一般情况下火灾自动报警系统主要由探测器、手动报警按钮、报警器和警报器等组成，以便完成检查火灾并报警的任务。

二.火灾报警控制系统的选器件选择

（一） 报警探测器的选择

本文设计的系统属于区域性系统，故采用较小型的单体探测器为宜。故选用了JTF-GOM-GST601点型复合式感烟感温火灾探测器。其采用了复合探测技术是目前国际上流行的新型多功能高可靠性的火灾探测技术，是由烟雾传感器件和半导体温度传感器件从工艺结构和电路结构上共同构成的多元复合探测器。其不仅具有普通散射型光电感烟火灾探测器的性能，而且兼有定温、差定温感温火灾探测器的性能。由于采用了感烟和感温相结合的技术，使得该复合探测器能够对国家标志试验火的燃烧进行探测和报警。也能够对酒精等有明显温升的明火进行探测并报警。而且探测器为无极性信号二总线制，方便连接控制器。

（二） 手动报警器的选择

由于探测器可能会在某些情况下失效，故必须要有手动报警器，且能够自动通知119火警。本控制系统选用J-SAP-8402手动报警按钮，将手动火灾报警按钮与消防电话插座设计成一体，构成一体化J-SAP-8402型手动火灾报警按钮。其主要具有以下特点：

1.采用拔插式结构，安装简单方便；

2.电子编码，可现场改写；

3.有机玻璃片在按下后可用专用工具复位；

4.采用微处理器实现信号处理，用数字信号与控制器进行通信，工作稳定可靠，对电磁干扰有良好的抑制能力。

J-SAP-8402手动报警按钮主要技术指标：

1.工作电压：总线24V

2.监视电流≤0.6mA

3.动作电流≤1.8mA

4.线制：与控制器采用无极性信号二总线连接，与总线制编码电话模块采用四线制连接，与总线制电话主机或多线制电话主机采用电话二总线连接

5.无源输出触点容量：DC60V/100mA

6.使用环境：温度：-10℃～+55℃ 相对湿度≤95%，不结露

7.外壳防护等级：IP43

8.外形尺寸： 90mm×122mm×48.5mm （带底壳）

（三） 声光报警器的选择

本系统选用HX-100B声光报警器。HX-100B火灾声光警报器（俗称声光）是一款安装在现场的编码型声光报警设备，可直接接入火灾报警控制器（俗称报警主机）的信号二总线，需要由电源系统提供两根DC24V电源线。在现场发生火灾并确认后，安装在现场的火灾声光警报器可由消防控制中心的火灾报警控制器（报警主机）启动，发出强烈的声光报警信号，以达到提醒现场人员注意的目的。如图8。

HX-100B火灾声光警报器的主要技术参数：

1.工作电压：

信号总线电压：24V 允许范围：16V～28V

电源总线电压：DC24V 允许范围：DC20V～DC28V

2.工作电流：

总线监视电流≤0.8mA 总线启动电流≤6.0mA

电源监视电流≤10mA 电源动作电流≤160mA

3.线制：四线制，与控制器采用无极性信号二总线连接，与电源线采用无极性二线制连接

4.声压级≥85dB（正前方3m水平处（A计权））

5.闪光频率：0.8Hz～1.0Hz

6.变调周期：4（1±20%）s

7.声调：火警声

8.使用环境：温度：-10℃～+50℃ 相对湿度≤95%，不结露

9.外壳防护等级：IP43

10.外形尺寸： 90mm×144mm×57mm（带底壳）

（四） 报警门灯的选择

报警门灯安装在巡视观察方便的地点，如会议室、餐厅灯地方。本次选用LD-8314作为报警门灯。其接线方式也为无极性信号二总线连接。

（五） PLC的选择

本次选用三菱FXOS系列PLC作为控制器。其适应于极小模块，广泛用途的卡片尺寸的超小型PLC。 特别是直流电流与交流电源型相比，体积又进一步减少了一半，即使在以往安装困难空间，也可以从容地安装。

特点备有可自由选择、丰富的品种可选用10/14/20/30点型。同时，根据电源，输出形式，进行选择。体积虽小却具有令人心安的高性能。本次使用点数较少故选用FX0S-10MR-001即可。

FX0S系列的基本单元FX0S系列的功能简单，价格便宜，适用于小型开关量控制系统，它只有基本单元，没有扩展单元。清晰可见FX0s-10M其6个输入点和4个输出点。本次控制所需点数少，故选用此种最低档次的三菱PLC合理。更深入查找三菱PLC技术参数，可以访问三菱电机网站，对相关器件的手册进行下载。

（六）人机界面的选择

本次选用三菱GOT人机界面。型号GT1165-VNBA-C作为本控制系统人机界面方案，但实际应用应该符合经济条件，因为GT1165-VNBA-C价格较贵，故若实际采用的话，可能不太符合经济规律。此次只是作为方案论证，并在GT simulator 2 中模拟GT1165-VNBA-C的效果。实际工程，应该按照工程造价预算，合理选择人机界面。8.4英寸TFT GT1165-VNBA-C AC机型 分辨率：VGA 640x480 显示色：256色、内存：3MB内置CF卡接口。实际工程中，可以使用RS232将GOT与PLC进行连接。

三. 控制器的详细设计

根据所选器件组成火灾报警控制系统。

（一） PLC线路设计图

根据设计需要连接PLC与各个部件，将探测器与X0连接、手动报警器与X1连接、复位按钮与X2连接。将声光报警器与Y0连接、将报警门灯与Y1连接、将消费设备与Y2连接、将连接消防联动装置与Y3连接。由于所选部件，大部分线制都是无极性信号二总线连接。故可以一端连PLC一端连COM。若有特殊需要，可以按照各个部件的使用说明，连接额外电源。GOT使用RS232与PLC连接。

（三） PLC的梯形图设计

选用GX Developer 8.52作为编程及仿真工具。GX Developer是三菱PLC的编程软件。适用于Q、QnU、QS、QnA、AnS、AnA、FX等全系列可编程控制器。支持梯形图、指令表、SFC、 ST及FB、Label语言程序设计，网络参数设定，可进行程序的线上更改、监控及调试，具有异地读写PLC程序功能。

（四） GOT的人机界面设计

本控制系统选用三菱的GT1165-VNBA-C作为人机交互界面。故使用三菱电机提供的人界面编程工具――GT Designer 2作为三菱GOT的开发工具。GT Designer 2是三菱GOT综合性开发工具GT Works 2的一个重要组成部分。

四.结论

本文按照需要选择了器件，并按照设计方案详细设计了消防报警控制系统。展望未来，可以采用更先进的分布式探测器，更加智能的控制器来应用。但若想做到更符合用户的以及最优化的选择各个部件，可以使用PDM技术，做到产品与需求最优结合。

参考文献：

无人机光电探测技术篇10

【关键词】红外测温；阵列式；辐射率修正

1.红外测温仪器

在红外辐射温度测量技术中，目前主要使用的有红外测温仪和红外热像仪。红外测温仪的测温是将物体发射的红外辐射能经单元探测器转变成电信号，经数据处理后转换成温度值。红外热像仪则是将被测目标的红外辐射能量分布图形投射到阵列式红外探测器（红外CCD）上，再经转换而获得红外热像图及其温度分布值[1]。

红外热像仪对温度变化具有较高的灵敏度，可以精确的反映物体表面各部分的温度差别。但是由于它是利用环境温度进行定标，且须作被测物体的辐射率修正，在被测物辐射率未知的情况下，不能够准确的反映出各点温度的绝对值。特别是在被测温度较高时，测量误差将变得比较大。红外测温仪的测量精确度远高于热像仪，但是一次测量只能得到被测物某一面元的平均温度值，而得不到面元内各点的温度分布。虽然利用扫描的办法可以在一定程度上取得被测物体的二维温度分布，但在温度随时间变化较快的情况下，不能准确反映同一时刻的温度分布情况，而且这种仪器结构复杂，成本高，不易推广[2]。

2.阵列式测温仪

2.1基本原理

阵列式红外测温仪的基本原理是依照红外热像仪探测器的结构，将红外测温仪的探测器阵列化。阵列式探测器接收从光学系统聚焦而来的红外辐射，并且把红外辐射转换为模拟信号。由于从探测器转化出的电信号非常微弱，所以需要经过放大滤波电路传送给A/D转换器，再将经过A/D转换器转换后的数字信号直接送给AVR单片机。经过单片机处理后，由串口通信把数据传送给ARM。在Linux的操作系统上编写符合测温仪功能的人性化操作界面，把以电压形式的数据转变成温度从而显示出来。该仪器的测量精确度远高于红外热像仪，而成本却远低于红外热像仪。

以下为该仪器主要性能指标。

（1）测温范围：800℃～2800℃。

（2）红外波段：1μm～3μm。

（3）响应时间：1ms。

（4）探测率：2×1010cm・Hz1/2/W。

2.2探测器设计

红外探测器是红外测温仪的关键元件，其作用是接收由光学系统会聚的红外辐射，并将其转换为一种可以测量的物理量[3]。因此，探测器的选择将会直接影响红外测温仪的整体性能。

光电探测器根据其产生原理的差异分为光导型和光伏型两种。由于两者工作原理不同，导致光伏探测器的响应时间要比光电导探测器的响应时间短得多。因此，本设计首选光伏型探测器作为阵列式红外测温仪红外探测器。其次，由于硅材料价格便宜，光学带隙为1.1eV，对近红外辐射区（0.75μm

2.3信号处理过程

在实际测量中，红外辐射经过探测器转换输出的信号微弱，需经过数字处理系统的放大和处理才可进行显示[8]。信号处理系统具有微弱电信号的放大、A/D转换、信号处理、数据的显示等四大功能。第一级放大采用对弱信号的放大效果较好、具有稳定增益的仪表放大器（INA128），该放大器具有的高抑制共模干扰特性，可以消除由于供电、信号长距离传输等因素造成的共模噪声的影响；第二级放大采用具有较高增益和放大线性度的运算放大器（MAX9943-MAX9944），该放大器负反馈的放大电路形式保证了增益的稳定性和一致性。

阵列式红外测温仪整机可以采用AD7656进行数模转换、AD7656的并行和串行接口、以及极高的采用率（最高为250kSPS），保证对信号输出的实时性。经模数转换的数据送入89C52/8051F340，然后通过通信协议与ARM建立数据传输，在ARM开发板上实现温度分布图的显示[9]。

2.4温度显示

由于采用micro2440ARM开发板，可以在Linux环境下实现HMI。此HMI具有二维或三维图表的显示功能，可以将某一时刻的各局部温度以曲线（二维）或曲面（三维）的方式显示。由此可以查询单个或多个测温点的历史温度记录，以平面或三维的方式显示。界面中还可以实时地在图表中显示一些统计结果，如最高、最低温度、平均温度等信息。此HMI在丰富的显示功能之外，还具备简便、人性化的操作。例如可以实现一键测量和显示，方便的查询历史信息，可以对操作人员的权限进行分级管理等。

HMI界面主要有测试主界面、数据显示、参数设置、色温显示、文件输出。测试主界面完成对测试温度的显示。同时，需要显示设备状态、设备运行状态控制按钮、运行时间、当前时间和程序运行状态[11]。而且测试主界面可以提供导航菜单实现界面切换。

3.优点与发展前景

阵列式红外测温仪集成了传统红外测温仪和红外热像仪的优点，不但实现了对物体表面温度分布的高精度测量，而且降低了制造成本。该测温仪可以对目标物整体进行实时测温，同时得到多点温度的测量值，并且无需进行“辐射率修正”[12]。该测温仪能够获得被测物体表面各点绝对温度分布图，具有高的测量精确度。

随着时代的不断进步，促进着红外技术的飞速发展，红外测温设备的成本将不断降低，应用范围不断扩大。例如，在环境科学方面，利用红外探测技术不仅能够检测海水和大气的污染情况，而且还能够调查地矿、地热、水资源等[13]。红外技术将在更多的范围占据着越来越重要的作用。

【参考文献】

[1]H.Ohyama，E.simien，etal.Radiation damage in Si Photodiodes by high-temperature irradiation[J].physica，2003.

[2]张忠恒.双光束红外测温仪[D].天津：天津理工大学，2007.

[3]胡勇.红外探测器用PLCT热释电材料的研究[D].武汉：华中科技大学，2006.

[4]刘海.LiTaO_3探测器的二维结构分析[D].长春：长春理工大学，2006.

[5]金伟其，侯广明，刘广荣.非致冷焦平面热成像技术及其应用.红外技术，1998.

[6]邱霄迪.国内外红外测温技术概述[J].测控技术，1991.

[7]张忠恒.双光束红外测温仪[D].天津：天津理工大学，2007.

[8]陈冬云，杜敬仓，任柯燕.Atmega128单片机原理与开发指导[M].北京：机械工业出社，2005.

[9]金伟其，侯广明，刘广荣.非致冷焦平面热成像技术及其应用.红外技术，1998，20.

[10]孙志君.红外焦平面阵列技术的军用前景展望.传感器世界，1999.

[11]罗森林，周思永等.光电探测器的设计[J].半导体光电.1998.