安全管理资讯系统

p1安全管理資訊系統電子感測器介紹IntroductionofElectronicSenor授課老師：卓世明p2目標1.介紹保全系統中常見的電子偵測器設備2.參考書：a.谷腰欣司,“感測器”譯者：趙中興(全華書局,2006)b.DeltonT.Horn,“電子保全系統”譯者：張益蜂(全華書局,1995)c.MichaelKhairallah,“PhysicalSecuritySystemsHandbook--TheDesignandImplementationofElectronicSecuritySystems,”Butterworth-Heinemann,ElsevierInc.,2005d.ThomasNorman,“IntegratedSecuritySystemsDesign-ConceptsSpecificationsandImplementation,”Butterworth-Heinemann,ElsevierInc.,Jan.2007p3感測器(Sensor)定義能將待測物理量或化學量轉換成另一對應可記錄的輸出裝置有時稱為感應器、偵測器、察覺器、檢測器、傳感器或轉換器等功能主要用來代替人類感官檢測外界訊息，包括視覺、聽覺、觸覺、嗅覺、味覺。有些感測器還可偵測人類無法檢測到的外界訊息，如電磁感測感測器通常會伴隨一控制電路，來比較感測器的變化，用以輸出某一警報信號p4從人的五感開始談起-1人體五感（感覺器官）來感受週遭的環境–視覺：眼睛觀察事物是因來感測可見光線–聽覺：用雙耳聽到外來時聲音–觸覺：用皮膚來感觸外來事物實體–嗅覺與味覺：可以用鼻子與舌頭感覺氣味與味道感受週遭的環境順序第一是視覺，其次是為聽覺、觸覺、嗅覺、最後為味覺。當五感第一個視覺被斷絕時，人體將流失近大半所能獲得的情報，不僅無法清楚地掌握文字與畫面，連自由地行走都將會有困難p5從人的五感開始談起-2人體器官人體感覺感測器種類感測器元件實例目視覺光感測器光導電元件、影像感測器、紅外線影像感測器耳聽覺聲音感測器麥克風皮膚觸覺振動感測器溫度感測器壓力感測器衝擊感測器熱敏電組、紅外線溫感器感壓聚合體舌味覺味覺感測器氣體感測器、氧化物感測器鼻嗅覺嗅覺感測器生物感測器p6感測器(Sensor)感測器種類包括以物理原理：以金屬元件為主光(紅外線)、磁力振動、超音波(距離)、壓力化學原理：以電位化學量來感測氣體(瓦斯、一氧化碳等)、離子溫(溼)度生物原理：以生物材料為感測元件醫療、空氣品質之監測等做為檢出的對象感測器p7感測器應用–感應照明燈感測器常伴隨某些裝置組合成一反應系統感應照明設備含–紅外線感測器–控制電路–照明裝置控制電路為一比較器電路根據比較器輸出產生燈光開、關的動作紅外線感測器控制電路輸出裝置:150W燈光p8感測器應用–警報系統警報系統(AlarmSystem)含–感測器–控制電路–警報輸出裝置感測器磁簧開關控制電路警報輸出裝置p9常用保安感測器警戒/保全用途–磁簧開關(磁力)–水銀開關(傾斜)、微動開關–振動開關、玻璃破碎感測器–紅外線溫感器–光遮斷感測器–超音波感測器(遮斷感測器)安全用途–溫、濕度感測器–瓦斯感測器、一氧化碳、酒精感測器–電磁、電流感測器–位準感測器、流速感測器p10門禁辨識(DoorIdentification)門禁辨識可分成–機械辨識：包含條碼辨識(BarCodeID)、無線射頻辨識(RFID)、光學辨識(OCR)、手寫辨識、晶片辨識、與其他機械辨識等–生物辨識：包含指紋辨識、膧孔辨識、臉型辨識、靜脈辨識等生物辨識一般感測器可視為一開關，在電路上容易視為通路(Close)或斷路(Open)，進行處理。但門禁辨識使用的感應設備輸出則較為複雜，需要複雜的電路進行資料分析p11常用保安感測器警戒/保全用途–磁簧開關(磁力)–水銀開關(傾斜)、微動開關–振動開關、玻璃破碎感測器–紅外線溫感器–光遮斷感測器–超音波感測器(遮斷感測器)安全用途–溫、濕度感測器–瓦斯感測器、一氧化碳、酒精感測器–電磁、電流感測器–位準感測器、流速感測器p12磁簧開關(ReedSwitch)-1或稱門閥開關(DoorSwitch)警報系統中最常用的開關裝置。此種便宜裝置可做為門窗有效監視裝置嵌壁式表面式p13磁簧開關是含一由磁簧管為主體將機械的動作轉換為通路(close)或斷路(open)之裝置磁簧管是由二片平行放置低磁滯鐵性簧片，尾部有一小部份重疊形成一間隙。這兩片簧片是被完全密封在一支充入惰性氣體之玻璃管上若兩簧片平時為斷路(NormalOpen;NO)。當有磁場近接，兩片簧片就會因磁場產生密合動作，形成通路若兩簧片平時為通路(NormalClose;NC)。當有磁場近接，兩片簧片就會因磁場產生分開動作，形成斷路使用磁石移動作靠近磁簧管就會引動，磁場之靠近或遠離便成此感測器做開關動作外掛式磁簧開關(ReedSwitch)-2磁鐵磁簧管p14水銀開關(傾斜開關)水銀開關，又稱傾側開關，以一接著兩根電極的小巧容器儲存著一小滴水銀(一般是玻璃管)，容器中多數注入惰性氣體或真空。因為重力的關係，水銀球很容易隨容器中較低的地方流去。水銀本身為導電體如果平時水銀珠是接觸兩個電極(通路，NormalClose;NC)，開關傾斜將導致斷路；如果平時水銀珠是不接觸兩個電極(斷路，NormalOpen;NO)，開關水平將導致通路常用於傾斜警報如一般不常移動家電，或震動警報如汽車防盜玻璃管水銀球p15微動開關(MicroSwitch)微動開關是一個標準型按鈕開關，用來偵測微小動作。透過一根長而輕的連桿，來壓放按鈕，即使很小的力量也可讓按鈕開、關，因此，又稱精密彈簧動作開關或靈敏開關如果平時按鈕是一通路(NormalClose;NC)，壓下按鈕產生斷路；如果平時按鈕是一通路(NormalOpen;NO)，壓下按鈕產生通路常用於門窗開起感應，電腦滑鼠也是使用微動開關玻璃管水銀球p16振動開關(VibrationSwitch)感應方式又分為光電式感應及機械式感應兩大類，是一種感應靈敏之觸發性感應開關機械式原理類似水銀開關。一般使用滾珠製成，又稱為滾球開關。可分為震動型滾珠開關，傾斜型滾珠開關及離心滾珠開關三種常用於需震動感應之裝置，如震動感應器、汽車防盜警報p17玻璃破碎感測器(GlassAlarmSensor)玻璃破碎感測器一般使用導電簧片式震動，利用慣性質量振動引起的電接點通斷來報警的。通常將傳感器粘附在玻璃內側或邊框上。粘附在玻璃上時探測半徑約2米左右，環境溫度-25℃~+50℃。感測器可以感應玻璃破碎時產生的2KHz左右的振動頻率，對一般的衝擊和震動不予感應p18關於紅外線幅射光的種類：紅外線、可見光、紫外線、X射線蒲郎克定律：物體只要高於絕對零度(攝氏零下273℃)都會發出幅射黑體幅射理論：自然界中所有物體只要溫度高於絕對零度，其內部原子會因熱擾動而發出電磁幅射，此稱為熱幅射每一個物體都會放射出紅外線的熱幅射。此幅射量乃是由物體的溫度所控制決定。溫度高的物體所幅射出的紅外線能量就會較溫度低的物體所幅射出的為高物體自常溫到1000℃間產生的主要幅射波長均落在紅外線波段(不可見光)，因此無論是黑夜、白晝，我們周圍到處充滿了肉眼看不到的紅外線影像p19焦電型紅外線感測器-1紅外線感測器可分為熱型感測器及量子型感測器。熱型的原理是利用吸收紅外線來感測溫度的變化，量子型則是利用半導體的光電效應來感測溫度熱型紅外線感測器主要由是利用人體接近溫度變化產生電荷現象，故又名「焦電型」(Pyro-electric)人體紅外線感測器熱電型紅外線使用熱電偶(鋯鈦酸鉛PZT或鉭酸鋰LiTaO3)來製作。基本原理是熱釋電效應，即元件受熱時，會在受熱面與不熱面兩端產生正負相反的電荷集中。此時在元件兩端並聯的一個電阻會有電流通過，如此等同一電壓訊號。比較電壓高於某個值時，便可知有無人體接近常用來作防盜報警、來客電動門、非接觸開關和火災警報器等p20焦電型紅外線感測器-2量子型紅外線感測器原理乃入射光子將半導體中的電子自基態(價電帶)激發至導電帶，產生電壓差(photovoltaic原理)或電阻變化(photoconductive原理)量子型的感度比熱型的來的好，但價格也比較貴紅外線感測器的應用用途種類用途熱型火災警報器、呼叫警報器、入侵警報器、門窗感測器、調理器的溫度測定、自動販賣機、一般機器的溫度測定量子型人造衛星、醫療診斷用追蹤裝置紅外線顯微鏡p21光遮斷感測器(Photo-interrupter)是一種以光和電子訊號相互轉變之裝置，由一發光與一受光元件組合而成，藉由受光元件感測光線來探知物體之存在為目的之一種電子機械裝置。發光元件一般發出紅外光線，受光元件為一光電晶體(量子型感測器)，將接收光線轉換成電壓對射式裝置：如發光與受光元件分別為不同裝置時，放於不同地點時，受光於發光方向可容易感應發光存在，此時可視為通路(NormalClose)。當發光與受光之間某一物體進入，光線遮斷，便可視同一斷路常用來作防盜報警、來客電動門和非接觸開關等發射電路接收電路p22超音波感測器(Ultrasonic)反射式裝置：在光遮斷感測器裡，使用到發光與受光元件組合，如發光與受光元件為同位置裝備，受光平時無法感應發光存在，可視為斷路(NormalOpen)。當受光收到某一物體之光線反射時，便可視同為一通路。超音波感測器使用此一原理所謂的超音波，是指頻率超越人類可聽範圍的音波(約16KHz以上)。超音波反射效果一般優於紅外線超音波接收器乃單一頻率的壓電感測器，指的是受到音波壓力(振動)而產生電壓變化的感測器。常用來作物體距離量測、防盜報警和非接觸開關等發射電路接收電路p23對射式與反射式感測器比較對射式裝置(遮斷型開關)–發射源與接收端不同地點–可使用紅外線、可見光或超音波–紅外線表現效果好(方向性)反射式裝置(反射型開關)–發射源與接收端同一地點–可使用紅外線或超音波。超音波表現效果好接收端感應方式–紅外線、可見光：光能轉電位感應–超音波：聲波振動感應p24常用保安感測器警戒/保全用途–磁簧開關(磁力)–水銀開關(傾斜)、微動開關–振動開關、玻璃破碎感測器–紅外線溫感器–光遮斷感測器–超音波感測器(遮斷感測器)安全用途–溫、濕度感測器–瓦斯感測器、一氧化碳、酒精感測器–電磁、電流感測器–位準感測器、流速感測器p25溫度感測器-1常用溫度感測元件包括熱敏電阻(ThermallySensitiveResistance)熱電偶(焦電型元件)感溫IC電阻式溫度感測器(ResistanceTemperatureDetector)感測器原理是將感測元件偵測到的溫度變化轉為電阻變化，再以電壓方式輸出。因此，控制電路可以設計一電流比較器來取得溫度值熱敏電阻：為對溫度十分敏感之電阻體，亦稱作熱阻體(Thermistor)，此種元件在溫度改變時內部電阻值會產生變化p26溫度感測器-2熱電偶(Thermocouple)：使用二種不同性質金屬端點接觸連成一閉迴路。不同種類金屬擁有自由電子數不同，當溫度改變會造成接觸面之自由電子運動而使金屬間產生電位差。當兩端溫度相同時，端點所產生之熱電動勢相同，故迴路中不會有電流；若兩端間存在溫度差，導致熱電動勢大小不同而產生一電流由高電動勢往低電動勢流動感溫IC：半導體材料之導電性易受到溫度影響，故以半導體材料構成之積體電路(Integratedcircuit,IC)之導電性亦受到溫度影響，於是便有感溫IC出現。感溫IC使用上十分方便，且能獲得極佳的線性電流輸出，非常適合於低溫範圍內測量電阻式溫度感測器(RTD)：為一具有溫度特性之電阻體。可用以製造RTD之金屬很多，其中以白金、銅、鎳等材質最普遍。RTD元件之感測方式主要有浸入探針(immersionprobe)型及表面溫度感測(surfaceprobe)型兩種型態p27溫度感測器