1、安全管理資訊系統安全管理資訊系統電子感測器介紹電子感測器介紹 Introduction of Electronic Senor授課老師授課老師：卓世明卓世明目標目標1.介紹保全系統中常見的電子偵測器設備介紹保全系統中常見的電子偵測器設備2.參考書：參考書：a.谷腰欣司,“感測器”譯者：趙中興(全華書局,2006)b.Delton T.Horn,“電子保全系統”譯者：張益蜂(全華書局,1995)c.Michael Khairallah,“Physical Security Systems Handbook-The Design and Implementation of Electronic S
2、ecurity Systems,”Butterworth-Heinemann,Elsevier Inc.,2005d.Thomas Norman,“Integrated Security Systems Design-Concepts Specifications and Implementation,”Butterworth-Heinemann,Elsevier Inc.,Jan.2007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
3、感測器生物感測器紅外線感測器紅外線感測器控制電路控制電路輸出裝置輸出裝置:150W 燈光燈光感測器感測器磁簧開關磁簧開關控制電路控制電路警報輸出裝置警報輸出裝置磁簧開關磁簧開關(Reed Switch)-1n或稱門閥開關(Door Switch)n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n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n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n若兩簧片平時為斷路(Normal Open;NO)。當有磁場近接，
4、兩片簧片就會因磁場產生密合動作，形成通路n若兩簧片平時為通路(Normal Close;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n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磁簧開關(Reed Switch)-2磁鐵磁簧管n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n如果平時水銀珠是接觸兩個電極(通路，Normal Close;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，
5、Normal Open;NO)，開關水平將導致通路n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n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n如果平時按鈕是一通路(Normal Close;NC)，壓下按鈕產生斷路；如果平時按鈕是一通路(Normal Open;NO)，壓下按鈕產生通路n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n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n機械式原理類似水銀開關。一般使用滾珠製成，又稱為
6、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n常用於需震動感應之裝置，如震動感應器、汽車防盜警報導電簧片式震動，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。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幅射幅射n光的種類：紅外線、可見光、紫外線、X 射線n蒲郎克定律：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n黑體幅射理論：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n每一個
7、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n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焦電型焦電型n紅外線感測器可分為。熱型的原理是利用吸收紅外線來感測溫度的變化，則是利用半導體的光電效應來感測溫度n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n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
8、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n常用來作防盜報警、來客電動門、非接觸開關和等焦電型焦電型n量子型紅外線感測器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)n量子型量子型的感度比熱型的來的好，但價格也比較貴n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
9、型人造衛星、醫療診斷用追蹤裝置紅外線顯微鏡n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(，將接收光線轉換成電壓n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(Normal Close)。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n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n反射式裝置：在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
10、(Normal Open)。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n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n超音波接收器乃單一頻的壓電感測器，指的是受到音波壓(振動)而產生電壓變化的感測器。n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對射式對射式式式n對射式裝置(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)n反射式裝置(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n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
11、感應n常用溫度感測元件 熱敏電阻(Thermally Sensitive Resistance焦電型元件)n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n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n熱電偶(：使用二種不同性質金屬端點連成一閉迴路。：n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(immersion probe)型及表面溫度感測(
12、surface probe)型兩種型態n溫度感測元件比較感溫元件熱敏電阻電熱偶電阻式RTD準確度佳(0.1-1)良好(約1-102)極佳(0.01-1)穩定性良好尚可佳範圍尚可(-100 280)很廣(-185 1700)很小(-15 70)靈敏度1 3V50V/0.1/輸出1 3V0.60mV1-6V優點非常靈敏經濟實用溫度範圍大在可量測範圍準確度很高n一般濕度感測器用以檢出濕度或結露等的方法有 測定感濕材料因水氣的吸收、脫離，或結露而產生的電氣阻抗或電容量的變化 測定因濕度變化而產生氣體熱傳導度的差異 測定因濕度變化或結露而產生的水晶振動子的共振頻率變化 測定因濕度變化射線穿越水滴而造成的
13、衰減及光的吸收、反射n感測器大致可分為七大類 電解質濕度感測器 高分子濕度感測器 陶瓷濕度感測器 晶體振盪濕度感測器n常用於農業上有關控制、監測、預警等各方面之應用 半導體濕度感測器 厚膜濕度感測器 結露濕度感測器n瓦斯煙霧感測器的使用可分為瓦斯洩漏的檢出及濃度的測定，瓦斯取樣分析n一般瓦斯感測器可分為接觸燃燒式、半導體式、熱傳導式或熱阻體式三種感測器n接觸燃燒式：將白金線周圍以氧化鋁等物燒結，再於其表面披覆白金或鈀等氧化觸媒，將此加熱至 300左右時，可燃性氣體就在表面上接觸燃燒，而使白金線之溫度升高，並使電阻增加，利用此性質作瓦斯之偵知原理n半導體瓦斯感測器為利用半導體表面吸著瓦斯時導電率
14、(電阻)會變化而做成，材質有 SnO2(二氧化錫)，ZnO(氧化鋅)Fe2O3(三氧化二鐵)等n一氧化碳偵測器分為半導體感測元件與電化學感測元件兩大類n同瓦斯感測器，半導體型式氣體偵測器使用的氧化物半導體，將此加熱時，會因為 CO 氣體在氧化物半導體的表面做吸附(adsorption)作用或是去吸附(desorption)作用，致使半導體的自由電子的量增加與否，進而造成材料整體電阻改變。利用此種效應所製成之氣體偵測器，以二氧化錫(SnO2)的氧化物是被應用最為廣泛的材料P磁簧開關感測某一門窗不當被開啟ADCPDAC感測器控制電路警報輸出Magnetic stripe)使用磁卡等讀卡感測系統通常
15、會內建控制電路。讀卡感測所產生的資訊會比一般感測器(Sensor)複雜，它和控制電路常使用一連串的 0、1 數據，如此才能辨識如不同身份的訊息n理想的門禁系統應結合整個保全系統，控制電路應可以 讀卡機控制與記錄(Card reader controlled)電子門鎖控制(Electronic Lock)中控式遠端開、關(Remote bypass)自動回鎖(Auto-reverse)當人已進入 聲音警示(Audio alert)如不當使用錄影設備進行監視、感測記錄、錄影與警報功能 單一或多種 錄影設備，包括單一或多台攝影機、影像儲存煤體 門禁控制與語音設備(如對講機)中控系統，包括中控主機與儲存煤體與監視畫面(閉路電視常被使用)安全資管理資訊系統，包括各種管制與事件記錄(含人、時間、地點與對象)警報系統，包括近端、遠端或特定對象等，RS485 介面通信或無線通信常被使用n使用類比或數位的閉路電視(Closed Circuit TV;CCTV)來做監視或錄影的功能，將於後面單元介紹
