Устройство и принцип работы датчиков движения

Содержание:

Область применения

Использовать ИК-датчик, установив его своими руками, можно для подключения самых разнообразных приборов. Наиболее часто они применяются для подключения разнообразных осветительных приборов. Также их можно использовать для подключения различных элементов охранной системы. К примеру, к ИК-извещателю можно подключить звуковую сигнализацию. Для подключения допускается даже одновременное подсоединение нескольких приборов для включения звуковой сигнализации и света.

Охранная система

В результате того, что инфракрасные устройства для отслеживания движения в контролируемой зоне имеют доступную цену и простую установку, их монтаж может проводиться своими руками. Такие изделия на сегодняшний день широко используются в следующих областях:

Автоматическая подсветка улиц

  • создание системы «умный дом» в домашних условиях и своими руками;
  • автоматизация подсветки в помещениях общественного назначения: офисы, коридоры, лестничные проемы и т.д.;
  • подсветка улиц, парков, дорог и жилмассивов;
  • освещение промышленных и производственных объектов.

Стоит отметить, что в данной ситуации не существует принципиальных различий в том, где будет функционировать инфракрасный датчик, реагирующий на движение.

Разновидности устройств и принцип работы

Существует несколько видов (ДД), отличных по принципу действия, а также месту монтажа и эксплуатации. Оборудование, предназначенное для установки снаружи домов, должно иметь степень защиты корпуса не менее IP 55, а для помещений – IP 22 и выше. Теперь рассмотрим различия этих устройств.

Существует несколько видов ДД управления светом

По типу питания

Для нормальной работы сенсорного оборудования требуется питание. По его типу различают следующие устройства:

  • проводные. Запитка ДД осуществляется от бытовой сети 220 В;
  • автономные. Для питания датчиков используются источники постоянного тока.

Самая большая группа, представленная на рынке – ДД проводного типа с подключением к сети с напряжением 220 В. Хотя автономных моделей меньше, но и они имеются в достаточном ассортименте. Такие устройства являются хорошим вариантом для включения освещения, которое работает от источников постоянного тока.

Датчик проводного типаАвтономная конструкция

По способу определения движения

Помимо типа питания, ДД различаются по принципу определения движущихся объектов. Итак, устройства для детекции используют:

  • ультразвук;
  • акустику;
  • микроволны;
  • инфракрасные лучи;
  • комбинированные способы.

Датчики различают по способу определения движения

Ультразвук и акустика

Ультразвуковые (УЗ) датчики работают по принципу отражению волн от поверхности различных предметов. Устройство генерирует ультразвуковые волны, которые после отражения от преграды улавливаются специальным приёмником. Когда в зоне действия датчиков оказывается движущийся объект, волны, наталкиваясь на него, меняют свою частоту, что и фиксируется сенсором.

Принцип действия УЗ датчика движения

Акустические ДД могут реагировать на хлопки, звуки закрываемой или открываемой двери и т.п. Устройства, в основном, используются в подвальных помещениях, где срабатывание прибора происходит после того, как туда кто-нибудь входит. В других местах их использование нецелесообразно.

Акустические устройства могут срабатывать от хлопка или громкого разговора

Микроволновые и ИК-датчики

Микроволновые ДД относятся к активным устройствам и работают по принципу радиолокатора. Датчик посылает высокочастотный сигнал и принимает его отражение. Любые изменения в возвращенном сигнале приводят к срабатыванию датчика и включению света. Считается, что микроволновые устройства намного чувствительнее ультразвуковых приборов.

Принцип действия микроволновых  ДД

Инфракрасные ДД относятся к пассивной группе устройств. Датчик мониторит окружающую среду, и, если в поле действия сенсоров попадают объекты с температурой выше заданной, то происходит срабатывание устройства, и включается свет. Инфракрасные датчики, как правило, устанавливают внутри помещения, настраивая их таким образом, чтобы они не реагировали на домашних животных.

Устройство и принцип определения движения ИК сенсором

Комбинированные

Комбинированные или дуальные датчики включают в себя несколько типов сенсоров. Они отличаются большей надёжностью, точностью и меньшим количеством ложных срабатываний. Единственный недостаток таких устройств – высокая стоимость. На рынке в основном представлены модели с ультразвуковыми и ИК сенсорами.

Комбинированный датчик

Для включения света в доме или на улице чаще всего используются ИК датчики движения, которые отличаются низкой стоимостью, широким диапазоном настроек и большим радиусом обнаружения. В длинных коридорах и на лестницах лучше устанавливать микроволновые или УЗ устройства в качестве проходных выключателей.

Недостатки модели

Все приборы обладают определенными недостатками. И их в обязательном порядке необходимо учитывать при выборе изделия для создания автоматизированной системы включения освещения в доме или на улице. Обычно, превалирующее большинство недостатков базируются на конструкционных особенностях изделия, а также принципе его работы. При рассмотрении инфракрасных моделей к негативным сторонам их установки можно отнести:

наличие ложного срабатывания. Ложные срабатывания связаны с тем, что сенсор прибора способен воспринимать любые инфракрасные излучения. К примеру, ложное срабатывание может случиться от чрезмерно нагретого воздуха, который бывает на улице в жаркую погоду или поступает от кондиционера, батарей отопления, обогревателей и радиаторов;

Датчик внутри дома

  • снижена точность функционирования прибора при установке на улице. Такая особенность основана на том, что датчик может неправильно работать из-за разнообразных климатических условий: жары, осадков (снег, дождь, град) и т.д. Это следует учитывать при создании автоматической системы наружного освещения;
  • незначительный диапазон рабочей температуры;
  • наличие материалов, не пропускающих инфракрасное излучение.

Эти недостатки следует учитывать при выборе модели датчика движения. Здесь обязательно необходимо учитывать место размещения и предназначение прибора, а также то, что вы хотите получить от него в конечном счете.

Устройство, виды и особенности датчиков движения

Существуют и широко применяются следующие типы датчиков движения:

  1. Радиоволновые;
  2. Ультразвуковые;
  3. Инфракрасные;
  4. Гибридные.

Радиоволновые или СВЧ датчики работают на доплеровском эффекте. Основными элементами такого датчика являются излучатель СВЧ сигнала и приёмник отражённого сигнала. Если в поле излучения перемещается какой-либо объект, то частота отражённого сигнала меняется. Электронная схема обрабатывает разницу между прямым и отражённым сигналом и переключает реле, которое может включить сирену или подать сигнал тревоги. Радиоволновые датчики движения отличаются высокой чувствительностью, но стоят достаточно дорого. В детских и лечебных учреждениях микроволновые датчики не применяются из-за СВЧ излучения, несмотря на то, что уровень его минимален и абсолютно безвреден. Из-за высокой чувствительности радиоволновые датчики подвержены ложным срабатываниям.

Ультразвуковые датчики так же используют эффект Доплера, только вместо колебаний высокой частоты в таких системах применяется ультразвук. Эти устройства нашли применение в системах парковки «Парктроник», а в быту применяются достаточно редко. Частоту 25-60 КГц хорошо слышат кошки и собаки, поэтому применение таких датчиков вызывает у них сильный стресс. Кроме того, ультразвуковые датчики имеют небольшой радиус действия и их можно обмануть если передвигаться медленно.

В охранной сигнализации и системах автоматического управления освещением чаще всего применяются инфракрасные объёмные датчики движения. Тепловое (инфракрасное) излучение объекта, который проходит в зоне захвата датчика, через линзу Френеля попадает на ИК-сенсор, после чего на выходе электронной схемы формируется сигнал тревоги (происходит разрыв цепи).

Устройство ИК датчика движения

Вследствие невысокой стоимости такие устройства широко применяются для автоматического управления освещением, например, в подъезде, когда при появлении человека освещение включается на 1-3 минуты, а затем выключается. Для управления светом на стоянке или придомовой территории используются уличные датчики движения.

Гибридные или комбинированные датчики движения представляют собой два датчика разной конструкции, размещённые в одном корпусе и подключаемые к различным входам прибора охранной сигнализации. Обычно в одном корпусе объединяют инфракрасный и радиоволновой датчики движения. Применение таких устройств повышает надёжность охранной системы. Они могут использоваться в банках, депозитариях и денежных хранилищах. Схема включения датчика движения для сигнализации позволяет подавать тревожный сигнал и управлять работой сирены или прожектора. Датчики движения могут иметь следующие основные характеристики:

  • Чувствительность;
  • Наличие антисаботажной зоны;
  • Объём зоны захвата по горизонтали и вертикали;
  • Напряжение питания.

Датчики движения с постоянной чувствительностью не рекомендуется применять в квартирах, где имеются домашние животные, иначе, при отсутствии хозяев, на каждый проход кошки будет включаться сигнал тревоги. Величину порога срабатывания можно регулировать, в зависимости от конструкции, плавно или специальными перемычками на плате. Так же существуют модели датчиков, которые не реагируют на животных.

Антисаботажная зона – это дополнительная зона захвата направленная от датчика вертикально вниз и блокирующая попытку вывести прибор из строя. В паспорте указывается угол обзора датчика в градусах и размеры зоны гарантированного срабатывания. Все датчики независимо от конструкции подключаются к типовым устройствам, поэтому схема подключения датчика движения всегда одинакова, а их напряжение питания обычно равно 12V. На корпусе, обычно, установлен светодиод, индицирующий режим ожидания или срабатывания.

Датчик движения: как это работает

Любой прибор рассматриваемого семейства реагирует на движение. Рассмотрим, как работают разные виды датчиков движения.

Инфракрасный

Его принцип действия — анализ поступающего на рабочую поверхность тепла. PIR-разновидности не генерируют его сами, а лишь регистрируют входящее.

Инфракрасный прибор конструктивно содержит два теплочувствительных элемента. Для правильной фокусировки лучей перед каждым модулем размещена линза Френеля. Принцип работы типичного PIR-прибора таков:

  • линзы направляют излучение на «свой» рабочий модуль;
  • при отсутствии движения в зоне видимости каждый из таковых получает примерно одинаковое количество тепла;
  • при появлении теплового объекта ИК лучи проходят через линзы на одну часть термодатчика. Показания между ней и второй частью начинают различаться, и прибор «понимает», что мимо него кто-то прошел.

Разумеется, схема применением двух линз весьма проста и груба, хотя и пригодна, к примеру, для включения освещения по сенсору в простых случаях. Поэтому в действительности каждый прибор оснащается несколькими десятками линз. Внешне такой модуль выглядит как фасеточный глаз стрекозы и выведен на корпус в виде ячеистого окошка, скрывающего теплочувствительные компоненты.

В качестве последних в основном используют пироэлектрические элементы. Менее распространены полупроводниковые варианты и микроболометры с термопарами.

Ультразвуковые датчики

Эти приборы анализируют не воспринимаемый слухом человека ультразвуковой спектр. Принцип действия датчика движения таков:

  • встроенный генератор ультразвука с определенной периодичностью испускает пучки акустических волн;
  • после этого он переходит на прием и измеряет отраженный звук.

Если картина отраженного ультразвукового «эха» не изменяется, в зоне покрытия движения нет. Когда оно появляется, допплеровский эффект искажает эхо и работающий прибор понимает, что обстановка поменялась. Если зарегистрированное изменение превысит установленный настройками порог, сенсор сработает.

Генерирующим УЗ блоком обычно служит кварцевый или керамический пьезоэлемент, встречаются образцы с вибрирующей в электростатическом поле мембраной.

Радиоволновые

Принцип работы датчика движения данного типа похож на работу ультразвуковых, но измеряется не отраженный звук, а радиосигнал.

Преимущества радиодатчиков — в способности работать с площадями вне прямой видимости. Радиоволны в состоянии преодолевать неметаллические препятствия наподобие стен, и такие приборы можно использовать для контролирования скрытых за преградами помещений и объектов. Но реагирующее на радиоизлучение устройство стоит дорого, поэтому эти приборы (как и микроволновые) редко используются в домашних комплексах автоматизации, хотя нашли применение в системах наблюдения за крупными коммерческими площадями — цехами, складами и так далее.

Фотоэлектрические

Как видно из названия, они реагируют на свет. Их принцип работы — прерывание пучка падающего светового потока. Если прибор затеняется, он срабатывает.

Техническое устройство датчика движения рассматриваемого типа просто, такие приборы конструктивно составлены из двух частей:

  • испускающей световые волны;
  • принимающей.

Последняя содержит модуль генерирования тока под действием излучения. Если поток перекрыт, прибор сработает.

Самый простой пример применения фотосенсоров — в метрополитене: благодаря им работают турникеты метро. Если пассажир пытается пересечь турникет не заплатив, датчик реагирует и закрывает проход.

Виды и разновидности

Датчики движения для включения света могут быть разных типов, предназначены для различных условий эксплуатации. В первую очередь надо смотреть где может устанавливаться устройство.

Датчик движения для включения света нужен не только на улице

Уличные датчики движения имеют высокую степень защиты корпуса. Для уверенной эксплуатации на открытом воздухе нужны датчики с IP не ниже 55, но лучше — выше. Для установки в доме можно брать IP 22 и выше.

Тип питания

Далее надо учесть, от какого источника питается датчик света. Есть следующие варианты:

  • Проводные датчики с питанием от сети 220 В.
  • Беспроводные, с питанием от батареек или аккумуляторов.

Датчики движения бывают проводными и беспроводными

Самая большая группа — проводные для подключения к 220 В. Беспроводных меньше, но и их хватает. Они хороши, если нужно включить освещение, которое работает от низковольтных источников тока — например, аккумулятора или солнечных батарей.

Способ определения наличия движения

Датчик движения для включения света может определять движущиеся объекты используя различные принцип детекции:

  • Инфракрасные датчики движения. Реагируют на тепло, выделяемое телом теплокровных существ. Относятся к пассивным устройствам, так как сам ничего не вырабатывает, только регистрирует излучение. Эти датчики реагируют на движение животных в том числе, так что могут быть ложные срабатывания.
  • Акустические датчики движения (шума). Также относятся к пассивной группе оборудования. Они реагируют на шум, могут включаться от хлопка, звука открываемой двери. Они могут использоваться в подвалах частных домов, где шум возникает только туда кто-нибудь заходит. В других местах применение ограничено.

Работа инфракрасных датчиков движения основаны на отслеживании тепла, выделяемого человеком

Микроволновые датчики движения. Относятся к группе активных устройств. Сами вырабатывают волны в микроволновом диапазоне и отслеживают их возвращение. При наличии движущегося объекта замыкают/размыкают контакты (есть разного типа). Есть чувствительные модели, которые «видят» даже через перегородки или стены. Обычно используются в охранных системах.
Ультразвуковые. Принцип действия такой же, как у микроволновых, отличается диапазон излучаемых волн. Этот тип устройств применяют редко, так как на ультразвук могут реагировать животные, да и длительное воздействие на человека (аппараты постоянно генерируют излучение) пользы не принесет.
Разное исполнение, но цвет, в основном, белый и черный
Комбинированные (дуальные). Сочетают несколько способов обнаружения движения. Они более надежные, имеют меньше ложных срабатываний, но и более дорогостоящие.

Чаще всего инфракрасные датчики движения используются для включения света на улице или дома. У них невысокая цена, большой диапазон и большое количество регулировок, которые помогут вам настроить. На лестницах и в длинных коридорах лучше ставить датчик с ультразвуком или микроволновкой. Они могут включить освещение, даже если вы все еще находитесь далеко от источника света. В охранных системах рекомендуется устанавливать микроволновые устройства — они обнаруживают движение даже за перегородками.

Режимы работы

Модуль может работать в режиме «non retriggerable» («не перезапускаемый») или в режиме «retriggerable» («перезапускаемый»).

В «не перезапускаемом» режиме после срабатывания на выходе устанавливается высокий уровень. В высоком уровне выход остаётся некоторое время Tx. После чего на выходе устанавливается низкий уровень, в котором он остаётся на время Ti (запускается таймер блокировки срабатывания). После чего модуль снова может сигнализировать об обнаружении движения.

Что бы было понятней, приведём пример. Допустим к выводу модуля подключен светодиод, а перед модулем постоянно происходит движение (махать рукой и т.д.). В «не перезапускаемом» режиме светодиод некоторое время будет светиться, затем не на долго погаснет. Потом снова начнёт светиться и спустя время опять погаснет. И т.д.

В «перезапускаемом» режиме после срабатывания на выходе устанавливается высокий уровень. Высокий уровень будет удерживаться в течении времени Tx. Если за время Tx датчик снова обнаружит движение, вывод не будет переведён в низкий уровень, а таймер Tx перезапустится. После окончания Tx, запустится таймер блокировки Ti. Если движение обнаружено во время Ti, на выходе модуля не будет установлен высокий уровень.

Возвращаясь к примеру со светодиодом, это означает следующее – пока перед датчиком есть движение, светодиод будет постоянно светиться.

Время Tx и Ti задаются резисторами и конденсаторами, подключенными к выводам 3, 4, 5 и 6 микросхемы. Для изменения Ti на плате придётся перепаять детали. А для частичной подстройки Tx на плате установлен подстроечный резистор. Выше есть два изображения – схема и фото с описанием где какие детали. «Регулировка времени» это и есть частичная подстройка Tx. Обычно на плате запаяны такие номиналы, что бы блокировка (Ti) длилась примерно пару секунд, а Tx можно было настроить от нескольких секунд до нескольких минут.

Режим «не перезапускаемый» иногда ещё называют режимом «L», а «перезапускаемый» режимом «H». Это связано с тем, какой уровень устанавливается на первом пине (вход) микросхемы BISS0001. «L» (low) это низкий уровень, а «H» (high) это высокий. Где какой режим, на плате иногда помечается буквами «L» и «H», а иногда не обозначают. На модулях, что на фото выше, на зелёном есть обозначение, а на синем нет.

Также может и отличаться, что нужно сделать для переключения режимов. На синем модуле для переключения просто переставляется перемычка. А на зелёном сначала нужно перерезать дорожку, после чего запаять перемычку:

Основные типы датчиков движения

Классификацией предусмотрено различие датчиков по типу применяемой в их работе длины волны. Датчики делят на:

Инфракрасные (ИК)

Чаще всего на рынке можно встретить именно эти датчики. Еще их называют пассивный инфракрасный детектор. Они не обнаруживают людей, объем, воздух и любые предметы, попадающие в поле зрения. Алгоритмы инфракрасного датчика позволяют осуществлять распознавание температуры тела, попадающего в поле его зрения. Инфракрасное излучение фокусируется на датчике особой оптической линзой, называемой линзой Френеля. Она концентрирует излучение на чувствительном полупроводниковом элементе. Температура определяемого тела должна быть выше, чем температура окружающей обстановки. Различие температур тела, попавшего в поле зрения датчика, и внешней среды способствует отклонению электрического потенциала от номинальных значений и обрабатывается чипом, установленным внутри датчика, по заранее настроенному алгоритму и инициирует запуск тревоги.

Чем больше линза в конкретно рассматриваемом устройстве, тем больше чувствительность датчика, а также шире зона его охвата. Чтобы датчик не реагировал на теплые, но статические объекты, оптическую систему делят на несколько отдельных лучей — зоны чувствительности датчика. Фиксация движения произойдет только в том случае, если подвижный объект будет пересекать последовательно более одной зоны. Передвижение с малой скоростью не всегда фиксируется датчиком.

Радиоволновые

Радиоволновой датчик движения функционирует по схожему алгоритму с ультразвуковым датчиком. Вместо звуковой частоты чип создает сверхвысокочастотное излучение, частота которого равна 2,5 ГГц. При появлении на участке распространения волны подвижного тела происходит изменение частоты и длинны волны, которое фиксируется приемником.

При этом прохождение радиоволн происходит без затруднений через не металлические конструкции. Им не мешают стены и мебель. Данный тип датчиков достаточно дорог. Их применяют для наблюдения за коммерческими крупными объектами.

Ультразвуковые (СВЧ)

В основе работы датчика движения ультразвукового типа лежит принцип звуковой локации. В них установлен специальный звуковой генератор, создающий колебания, частота которых равна от 20 до 40 Кгц. Такие звуки человек на слух не воспринимает, но, все звуковые волны, излученные источником, частично отражаются от поверхностей (часть поглощается) и возвращаются к источнику их излучения. В корпусе ультразвуковых датчиков установлен излучатель таких колебаний и микрофон, принимающий звуковой сигнал, отраженный от поверхностей. Излучатели приемника состоят из элементов пьезокерамики.

Согласно эффекту Доплера любой объект, попадающий в зону распространения потока распространения звуковых волн, искажает интерференционную картину. Когда происходит такой эффект частота отраженного от поверхности сигнала будет другой относительно излучаемой частоты — это и вызывает сработку датчика.

Комбинированные

Достаточно дорогие. Применяются во избежание ложных тревог. В один корпус производители устанавливают ИК и радиоволновой датчик. Такое решение ценится за высокую помехоустойчивость и надежность. При таком решении достигается минимальное количество ложных срабатываний.

Детекторы движения встроенные в камеры наблюдения (программные)

Датчик движения, установленный в камерах видеонаблюдения, никогда не заменит полноценную работу классических датчиков движения. Обнаружение движения происходит камерой на программном уровне. Видеокамера анализирует поток входящей информации, например, каждый пятый кадр и сопоставляет их. При резком изменении картинки камера понимает, что произошло движение. Такая реализация имеет место на существование, но даст больше ложных срабатываний, так как фиксацию движения камера может поймать даже при резком снижении уровня освещенности (выключение света). Настройки в камере поддаются корректировке, но это лишь частично исправляет ситуацию. Существует возможность выделения зон кадра, поиск движения в которых фиксироваться не будет. Это помогает лишь при попадании подвижного объекта в поле зрения кадра.

Пироэлектрический детектор в инфракрасных датчиках

Основным компонентом конструкции любого автономного инфракрасного датчика движения, является так называемый пироэлектрический детектор. В зависимости от степени качества извещателя, он может иметь до нескольких детекторов. Стандартные извещатели сигнализации содержат два светочувствительных устройства. Более продвинутые модели датчиков движения с сиреной, оснащены четырьмя светочувствительными устройствами, которые изготавливаются из специального кристалла, демонстрирующего пироэлектрический эффект.

Пироэлектрический эффект — явление образования электрических зарядов на поверхности диэлектрических кристаллов под влиянием изменения их температуры. Пироэлектрический эффект происходит только в кристаллах, не имеющих центра симметрии и с не более чем одной обычной осью симметрии.

Пироэлектрический охранный датчик движения реагирует только на изменения температуры. Спектральные характеристики пироэлектрического сенсора практически не зависят от длины волны (диапазон от ультрафиолетового до дальнего инфракрасного). Для систем сигнализации пространственная визуализация распределения температуры не является существенной. Существенным фактором является лишь выявление изменений, происходящих в этом распределении.

Появление злоумышленника в поле зрения беспроводного датчика движения, вызывает изменение первоначальной температуры. Это изменение может быть вызвано, например, тепловым обнаружением фрагмента тела злоумышленника на фоне стены, которая характерно имеет гораздо более низкую температуру. К сожалению, подобные нарушения в распределении температуры могут быть вызваны другими факторами, такими как сквозняки и солнечный свет.

Что такое ИК-излучение

Прежде чем поговорить об инфракрасных светодиодах, разберемся, что такое инфракрасное (ИК) излучение. Взглянем на упрощенную таблицу спектра электромагнитного излучения.

Начинается она с ультрафиолета, с понижением частоты переходит сначала в видимый свет – от фиолетового до красного, затем в инфракрасное излучение и заканчивается обычными радиоволнами, которые мы используем в радиосвязи. Участок, обозначенный как видимый спектр, так называется потому, что наш глаз его видит. Все остальные диапазоны, к которым относится и ИК-излучение, невидимы.

Чем же так примечателен инфракрасный диапазон? Во-первых, он полностью безвреден для людей и животных. И, во-вторых, он абсолютно не заметен для человеческого глаза, но заметен для электронных систем регистрации – от фотоприемников до обычных видеокамер. Именно поэтому ИК-светодиоды нашли такое широкое применение как в быту, так и на производстве.

Важно. Ультрафиолетовый спектр тоже не виден, но, в отличие от ИК-излучения, он оказывает существенное влияние на организм человека: из-за него можно легко испортить зрение и получить серьезные ожоги кожи. Дополнительно инфракрасный диапазон делится на три поддиапазона:

Дополнительно инфракрасный диапазон делится на три поддиапазона:

  1. Ближний – 0.74…2.5 мкм.
  2. Средний – 2.5…50 мкм.
  3. Дальний – 50…2 000 мкм.

Разновидности и особенности

Существующие инфракрасные датчики бывают пассивные и активные.

Пассивные сенсоры обнаруживают объект при помощи пироэлектрического чувствительного элемента. С целью повышения чувствительности датчики оснащается оптической системой линз. В условиях перепадов температуры для повышения термостабильности обычно используется парный вариант соединения, при котором элементы включаются встречно.

В отличие от пассивных аналогов, активные датчики сами являются источником инфракрасного излучения и отслеживают отраженные инфракрасные волны. Они обладают большей достоверностью отсылаемого сигнала и меньшим числом ложных срабатываний, однако не столь энергоэффективны – потребляют электроэнергию от встроенного аккумулятора или электросети.

Извещатели скорости

Извещатели скорости осуществляют синхронизацию скоростей нескольких двигателей. Также в существующих системах охранной сигнализации с помощью извещателей скорости осуществляется контроль внутреннего объема помещений, с высокой эффективностью блокируется территория «на проход» человека, перемещающегося со скоростью 0,3–3,0 м в секунду. Он оперативно реагирует на перепады температур в секторах «нарезки» контролируемого объема (с помощью оптической детали со ступенчатой поверхностью, называемой линзой Френеля), если он находится в пределах зоны чувствительности.

Детекторы PIR

PIR детекторами называют пассивные (не излучающие тепловые лучи) инфракрасные устройства, служащие для визуальной фиксации положения объекта. PIR детекторы обычно используются для контроля общественных помещений и автоматического открывания дверей.

Пироэлектрический чувствительный элемент представляет цилиндрическое устройство с кристаллом прямоугольным формы в центре, улавливающем ИК свет. Поскольку PIR детектор должен реагировать на движение объекта, излучающего тепло, одна половина датчика улавливает больший уровень излучения, чем другая. Вследствие этого на выходе будет генерироваться цифровой сигнал «high» (обычно напряжением 3В), когда есть движение, или «low, когда движение объекта отсутствует.

ПИР датчики используют в случае необходимости определить присутствие человека в пределах контролируемого пространства. Они не определяют расстояние и количество человек на территории.

Извещатели температуры

ИК извещатель относится к наиболее распространенному типу извещателей температур, используемых для промышленного контроля температуры технологических процессов. Минимальная достаточная чувствительность пироэлектрического элемента обычно находится на уровне 0,1°С, для этого используется пироэлемент размером 1,0 х 2,0 мм и толщиной в несколько микрон.

Сенсоры объемные

Инфракрасные объемные сенсоры – пассивные экземпляры. Очень часто они используются для охраны автомобилей. Приспособления не излучают ничего, работая только «на прием», и реагируют на изменение распределения ИК лучей с раскрывом по вертикали/горизонтали порядка 90º, то есть являются объемными. Дальность действия разных моделей отличается, как правило, она составляет 6–12 метров.

В случае перемещении объекта с температурой отличной от окружающего фона, пироэлектрический сенсор генерирует электрический импульс. Этот импульс обрабатывается по определенному алгоритму: сначала повышается его помехоустойчивость (избирательность), затем формируется сигнал тревожного извещения. По проводам или беспроводной связи после усиления сигнал поступает на соответствующий пульт охраны, например, контрольную панель автостоянки.

Пироэлектрический эффект

Ещё в далёком XIX веке немецкий физик Вильгельм Рентген занимался изучением пироэлектрического эффекта
. Пироэлектрический эффект – это генерация электрических зарядов в кристалле под действием теплового (инфракрасного) излучения.Современные технологии позволили искусственно синтезировать
чувствительные пироэлектрические кристаллы. В отличие от природных кристаллов (турмалин, кварц
) в которых пироэлектрический эффект проявляется слабо, искусственные пироэлектрические кристаллы обладают повышенной чувствительностью.

На основе пироэлектрических кристаллов были созданы пироэлектрические инфракрасные датчики
. В настоящее время такие датчики применяют практически повсеместно.

Вот наиболее распространённые сферы применения
:

Системы охранной сигнализации
. Инфракрасные датчики движения обнаруживают движение человека в охраняемой зоне. Каждый человек излучает в окружающую среду тепло. Это и используется для обнаружения человека в охраняемом пространстве.

Автоматически открывающиеся входные двери в крупных супермаркетах, залах, студиях, магазинах и т.п. В таких системах также используются пироэлектрические датчики движения
.

В последнее время в продаже появились автоматические выключатели освещения
. Применение таких приборов в быту довольно оправдано, это сокращает затраты на электроэнергию.

Автоматические системы противопожарной сигнализации
. Пироэлектрический датчик служит своеобразным электронным термометром и сигнализирует о превышении допустимой температуры в помещении.

Кроме всего прочего пироэлектрические датчики служат для дистанционного измерения температуры
.

Наиболее продвинувшейся в производстве пироэлектрических датчиков является фирма Murata Manufacturing Co (Япония).

Устройство простейшего пироэлектрического датчика

Пироэлектрический датчик
состоит из пластины пироэлектрика (кристалла) по бокам которого нанесены металлические обкладки, которые образуют своеобразный конденсатор. На одну из обкладок нанесено вещество, принимающее электромагнитное тепловое излучение.

Излучение вызывает пироэлектрический эффект и напряжение между обкладками растёт, причём строго определённой полярности. Полученное напряжение приложено к участку затвор – исток полевого транзистора, встроенного в датчик.

В результате сопротивление канала транзистора VT1
изменяется. Транзистор VT1
нагружен на внешний нагрузочный резистор (не показан на рисунке), с которого и снимается сигнал.

РезисторR1
служит для разрядки обкладок конденсатора пироэлектрического датчика.

Датчики некоторых серий снабжают несколькими чувствительными элементами, соединёнными последовательно с чередующейся полярностью. Это позволяет сделать приборы нечувствительными к равномерному фоновому облучению.

Пироэлектрический кристалл – довольно инерционный
чувствительный элемент.

Для различных электронных систем применяются пироэлектрические датчики с разной спектральной чувствительностью
. Спектральная чувствительность датчика формируется за счёт поглощающей способности материала, которым покрыты пластины пироэлектрика.

Для противопожарных систем используются пироэлектрические датчики со спектральной характеристикой под номером 1
.

На графике видно, что датчики с данной характеристикой чувствительны к излучению с длиной электромагнитной волны 4 – 5 мкм (микрометров).

Для охранных систем, а также систем автоматики используются пироэлектрические датчики с характеристикой 2
и 3
. Пироэлектрики с такой спектральной характеристикой более подходит для фиксации движения человека.

Пироэлектрические датчики со спектральной характеристикой под номером 4
наиболее подходят для дистанционных измерителей температуры
. Видно, что характеристика под номером 4
более равномерна, следовательно, показания датчика с такой характеристикой будут наиболее точны.

Пироэлектрические датчики нашли широкое применение в системах “умный дом”.

Главная &raquo Технологии &raquo Текущая страница

Т
акже Вам будет интересно узнать:

  • Резистор. Параметры резисторов.

  • Цифровой мультиметр. Какой мультиметр выбрать новичку?

  • «Мультирозетка». Собираем многофункциональную розетку.

  • Научись паять! Подготовка и уход за паяльником.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Adblock
detector