Пассивный инфракрасный датчик ( извещатель ) представляет собой электронный датчик , который измеряет инфракрасный (ИК) свет излучается из объектов в поле зрения. Чаще всего они используются в датчиках движения на основе PIR . Датчики PIR обычно используются в системах охранной сигнализации и автоматического освещения.
Датчики PIR обнаруживают общее движение, но не дают информации о том, кто или что двигалось. Для этого необходим инфракрасный датчик изображения.
Датчики PIR обычно называют просто «PIR» или иногда «PID», что означает «пассивный инфракрасный детектор». Термин пассивный относится к тому факту, что устройства PIR не излучают энергию для целей обнаружения. Они работают исключительно за счет обнаружения инфракрасного излучения (лучистого тепла), испускаемого или отражаемого объектами.
Принципы работы [ править ]
Все объекты с температурой выше абсолютного нуля излучают тепловую энергию в виде электромагнитного излучения. Обычно это излучение не видно человеческому глазу, потому что оно излучается в инфракрасном диапазоне длин волн, но его можно обнаружить с помощью электронных устройств, предназначенных для этой цели.
Детектор движения на основе PIR [ редактировать ]
Детектор движения на основе PIR используется для обнаружения движения людей, животных или других объектов. Они обычно используются в системах охранной сигнализации и автоматически активируемых систем освещения .
Операция [ править ]
Датчик PIR может обнаруживать изменения в количестве падающего на него инфракрасного излучения, которое варьируется в зависимости от температуры и характеристик поверхности объектов перед датчиком. [2] Когда объект, например человек, проходит перед фоном, например стеной, температура в этой точке в поле зрения датчика повышается с комнатной до температуры тела., а затем снова. Датчик преобразует результирующее изменение входящего инфракрасного излучения в изменение выходного напряжения, и это запускает обнаружение. Объекты с одинаковой температурой, но с разными характеристиками поверхности также могут иметь различную картину инфракрасного излучения, и, таким образом, их перемещение относительно фона также может срабатывать детектор. [3]
PIR бывают разных конфигураций для самых разных приложений. Наиболее распространенные модели имеют множество линз Френеля или сегментов зеркала, эффективную дальность действия около 10 метров (30 футов) и поле зрения менее 180. Доступны модели с более широким полем обзора, включая 360 °, обычно предназначенные для крепление к потолку. Некоторые более крупные PIR сделаны с односегментными зеркалами и могут определять изменения инфракрасной энергии на расстоянии более 30 метров (100 футов) от PIR. Существуют также PIR, разработанные с реверсивными зеркалами для ориентации, которые обеспечивают либо широкое покрытие (ширина 110 °), либо очень узкое покрытие «занавес», либо с индивидуально выбираемыми сегментами для «формирования» покрытия.
Дифференциальное обнаружение [ править ]
Пары чувствительных элементов могут быть подключены как противоположные входы к дифференциальному усилителю . В такой конфигурации измерения PIR компенсируют друг друга, так что средняя температура поля обзора удаляется из электрического сигнала; увеличение инфракрасной энергии по всему датчику автоматически отменяется и не запускает устройство. Это позволяет устройству противостоять ложным показаниям изменения в случае воздействия кратковременных вспышек света или освещения по всему полю. (Непрерывное воздействие высокой энергии может по-прежнему насыщать материалы датчика и делать датчик неспособным регистрировать дополнительную информацию.) В то же время такое дифференциальное устройство сводит к минимуму синфазные помехи., позволяя устройству сопротивляться срабатыванию из-за близлежащих электрических полей. Однако дифференциальная пара датчиков не может измерять температуру в этой конфигурации и поэтому полезна только для обнаружения движения.
Практическая реализация [ править ]
Когда датчик PIR настроен в дифференциальном режиме, он, в частности, становится применимым в качестве устройства обнаружения движения. В этом режиме, когда движение обнаруживается в пределах «прямой видимости» датчика, пара дополнительных импульсов [4] обрабатывается на выходном контакте датчика. Чтобы реализовать этот выходной сигнал для практического запуска нагрузки, такой как реле или регистратор данных , или аварийного сигнала устройства сигнализации , дифференциальный сигнал выпрямляется с помощью мостового выпрямителя и подается на транзисторную схему драйвера реле. Контакты этого реле замыкаются и размыкаются в ответ на сигналы от PIR, активируя подключенную нагрузку через его контакты, подтверждая обнаружение человека в заранее определенной зоне ограничения.
Дизайн продукта [ править ]
Датчик PIR обычно устанавливается на печатной плате, содержащей необходимую электронику, необходимую для интерпретации сигналов от самого датчика. Вся сборка обычно содержится в корпусе, установленном в месте, где датчик может покрывать контролируемую зону.
Корпус обычно имеет пластиковое «окно», через которое может проникать инфракрасная энергия. Несмотря на часто будучи только полупрозрачными для видимого света, инфракрасная энергия в состоянии достигнуть датчик через окно , так как пластик , используемый является прозрачным для инфракрасного излучения. Пластиковое окно снижает вероятность попадания посторонних предметов (пыли, насекомых и т. Д.) В поле обзора датчика, повреждения механизма и / или возникновения ложных срабатываний . Окно можно использовать в качестве фильтра для ограничения длины волны до 8-14 микрометров, что ближе всего к инфракрасному излучению, излучаемому людьми. Он также может служить механизмом фокусировки; Смотри ниже.
Фокусировка [ править ]
Для фокусировки дальнего инфракрасного излучения на поверхности сенсора можно использовать различные механизмы.
Линзы [ править ]
Пластиковое окно покрытие может иметь множество граней отформованных в него, чтобы сфокусировать энергию в инфракрасном диапазоне на датчик. Каждая отдельная грань представляет собой линзу Френеля .
- Мульти-линза Френеля типа PIR
Корпус ИК-датчика движения с цилиндрическим фацетным окном. Анимация выделяет отдельные грани, каждая из которых представляет собой линзу Френеля, фокусируя свет на сенсорном элементе внизу.
Только передняя крышка PIR (электроника удалена) с точечным источником света сзади для отображения отдельных линз.
PIR со снятой передней крышкой, показывающей расположение пироэлектрического датчика (зеленая стрелка).
Зеркала [ править ]
Некоторые PIR производятся с внутренними сегментированными параболическими зеркалами для фокусировки инфракрасной энергии. Там, где используются зеркала, пластиковая крышка окна обычно не имеет линз Френеля.
- Сегментированное зеркало типа PIR
Типичный бытовой / коммерческий ФИД с внутренним сегментированным зеркалом для фокусировки.
Крышка снята. Сегментированное зеркало внизу с печатной платой над ним.
Печатная плата удалена, чтобы показать сегментированное зеркало.
Сегментированное параболическое зеркало снято с корпуса.
Задняя часть печатной платы, которая при установке обращена в зеркало. Пироэлектрический датчик обозначен зеленой стрелкой.
Схема луча [ править ]
В результате фокусировки вид детектора фактически представляет собой диаграмму направленности. Под определенными углами (зонами) ИК-датчик почти не получает энергии излучения, а под другими углами ИК-датчик получает концентрированное количество инфракрасной энергии. Это разделение помогает детектору движения различать освещение всего поля и движущиеся объекты.
Когда человек идет от одного угла (луча) к другому, детектор будет только периодически видеть движущегося человека. Это приводит к быстрому изменению сигнала датчика, который используется электроникой для срабатывания сигнализации или включения освещения. Электроника игнорирует медленно меняющийся сигнал.
Количество, форма, распределение и чувствительность этих зон определяется линзой и / или зеркалом. Производители делают все возможное, чтобы создать диаграмму направленности луча с оптимальной чувствительностью для каждого приложения.
Детектор движения с наложенной диаграммой направленности. Длина лучей является мерой чувствительности детекторов в этом направлении.
Приложения автоматического освещения [ править ]
При использовании в качестве части системы освещения электроника в пассивном инфракрасном датчике обычно управляет встроенным реле, способным переключать сетевое напряжение. Это означает, что PIR можно настроить на включение света, подключенного к PIR, при обнаружении движения. Это чаще всего используется в сценариях на открытом воздухе либо для отпугивания преступников (охранное освещение), либо для практических целей, таких как включение света входной двери, чтобы вы могли найти свои ключи в темноте.
Дополнительное использование может быть в общественных туалетах, кладовых, коридорах или в любом другом месте, где полезно автоматическое управление освещением. Это может обеспечить экономию энергии, поскольку свет включается только тогда, когда он нужен, и нет никакой уверенности в том, что пользователи не забывают выключать свет, когда они покидают территорию.
Приложения безопасности [ править ]
При использовании в составе системы безопасности электроника PIR обычно управляет небольшим реле . Это реле замыкает цепь через пару электрических контактов, подключенных к входной зоне обнаружения контрольной панели охранной сигнализации . Система обычно проектируется так, что, если движение не обнаруживается, контакт реле замыкается - «нормально закрытое» (NC) реле. При обнаружении движения реле размыкает цепь, вызывая тревогу; или, если провод отсоединен, также сработает сигнализация.
Место размещения [ править ]
Производители рекомендуют аккуратно размещать свои продукты, чтобы предотвратить ложные срабатывания сигнализации (т. Е. Любое обнаружение, не вызванное злоумышленником).
Они предлагают установить PIR таким образом, чтобы PIR не мог «видеть» из окна. Хотя длина волны инфракрасного излучения, к которому чувствительны чипы, не очень хорошо проникает в стекло, сильный источник инфракрасного излучения (например, от фар автомобиля или солнечного света) может перегрузить датчик и вызвать ложную тревогу. Человек, движущийся по другую сторону стекла, не будет «замечен» PID. Это может быть хорошо для окна, выходящего на общественный тротуар, или плохо для окна во внутренней перегородке.
Также не рекомендуется размещать PIR в таком положении, чтобы вентиляционное отверстие HVAC выдувало горячий или холодный воздух на поверхность пластика, закрывающего окно корпуса. Хотя воздух имеет очень низкий коэффициент излучения (излучает очень небольшое количество инфракрасной энергии), воздух, дующий на пластиковую крышку окна, может изменить температуру пластика настолько, что вызовет ложную тревогу.
Датчики также часто предназначены для «игнорирования» домашних животных, таких как собаки или кошки, путем установки более высокого порога чувствительности или обеспечения того, чтобы пол в комнате оставался не в фокусе.
Поскольку датчики PIR имеют дальность действия до 10 метров (30 футов), один датчик, расположенный рядом с входом, обычно - это все, что необходимо для помещений с одним входом. Системы безопасности на основе PIR также пригодны для наружной безопасности и чувствительного к движению освещения; одним из преимуществ является их низкое энергопотребление, что позволяет использовать их на солнечной энергии. [5]
Дистанционный термометр PIR [ править ]
Реализованы конструкции, в которых схема PIR измеряет температуру удаленного объекта. [6] В такой схеме используется недифференциальный выход PIR. Выходной сигнал оценивается в соответствии с калибровкой для ИК-спектра конкретного типа наблюдаемого вещества. Таким образом можно дистанционно получать относительно точные и точные измерения температуры. Без калибровки по типу наблюдаемого материала устройство PIR-термометра может измерять изменения в ИК-излучении, которые напрямую соответствуют изменениям температуры, но фактические значения температуры не могут быть рассчитаны.
См. Также [ править ]
- Детектор тепла
- Инфракрасный точечный датчик
- Инфракрасный датчик
- Список датчиков
Заметки [ править ]
- ^ Спецификация продукции для PR150-1L / PR180-1L . Левитон . Проверено 6 сентября 2014 года .[ постоянная мертвая ссылка ]
- ^ «Как работают компоненты инфракрасного детектора движения» . Страница некоммерческих исследований . Корпорация Глолаб.
- ^ "Технология датчика PIR" . ecosirius.com . Проверено 1 февраля 2014 года .
- ^ «Генерация выходного импульса датчика PIR» .
- ^ D., Hallee. «Пассивные инфракрасные датчики: краткий обзор» . InHomeSafetyGuide.org . В руководстве по домашней безопасности . Дата обращения 6 мая 2016 .
- ^ CF Tsai и MS Young (декабрь 2003). «Термометр на основе пироэлектрического инфракрасного датчика для наблюдения за объектами внутри помещений». Обзор научных инструментов . 74 (12): 5267–5273. DOI : 10.1063 / 1.1626005 .
Внешние ссылки [ править ]
- Как работают компоненты инфракрасного детектора движения
- Рекомендации по дизайну и инструкции по сборке из комплекта детектора движения
- Патент США 3703718 , Инфракрасная система обнаружения вторжений , выданный 21 ноября 1972 г. Герберту Л. Берману, содержит очень четкое объяснение.
