ИНФРАКРАСНЫЙ ДАТЧИК ДВИЖЕНИЯ

Принцип работы инфракрасного (ИК) датчика движения заключается в регистрации изменения интенсивности потока инфракрасного излучения и на основании этого формирование соответствующего извещения.

Как правило, извещение формируется замыканием или размыканием контактов реле. Если изделие используется в охранных системах (в этом случае его называют извещателем), то реле включается в шлейф сигнализации.

Если датчик движения используется для управления светом, то реле подаёт напряжение на лампу, светильник или прожектор.

До цепей управления разницы в том как он работает нет, вне зависимости от назначения и области применения.

Ниже рассмотрим принцип обнаружения движения и основные типы и параметры инфракрасных датчиков.

В первую очередь, следует отметить что существует две больших группы ИК устройств:

• активные;
• пассивные.

Первые состоят из двух блоков, один из которых является передатчиком, а другой приёмником. Излучаемый передатчиком инфракрасный луч попадает на сенсор приёмника.

При пересечении движущимся предметом луча, его интенсивность ослабевает, что фиксируется приёмной частью устройства, которые формируют соответствующий сигнал.

Для управления светом такие ИК датчики не используются, а применяются в системах сигнализации, контроля и автоматики.

Пассивные извещатели встречаются чаще, в том числе, они работают в системах освещения.

КАК РАБОТАЕТ ПАССИВНЫЙ ИНФРАКРАСНЫЙ ДАТЧИК ДВИЖЕНИЯ

В состав такого устройства входят:

• линза Френеля;
• пироэлектрический модуль (сенсор);
• схема обработки сигнала;
• устройство управления (реле).

Линза Френеля (Френелевская линза).

Это оптическое устройство, состоящее из сегментов, которые имеют пространственно изменяющуюся форму.

Работа линзы Френеля основана на принципе разделения традиционной линзы на сегменты, чтобы уменьшить ее объем и вес, сохраняя при этом оптические свойства.

Сегменты линзы Френеля состоят из концентрических колец или дуг, которые имеют различную ширину и глубину. Когда свет проходит через линзу Френеля, он проходит через разные зоны (сегменты), где каждый сегмент немного меняет фазу и направление световых лучей.

За счёт этого контролируемое датчиком движения пространства как бы "нарезается" на зоны или сектора (рис.1)

Формирование сигнала управления происходит в случае пересечения движущимся объектом двух или нескольких секторов.

Сенсором который отслеживает это событие является пироэлектрический модуль.

Принцип работы пироэлектрического модуля.

Пироэлектрические модули инфракрасных датчиков (Pyroelectric Infrared Sensors) используются для обнаружения изменение интенсивности теплового излучения объектов в инфракрасном диапазоне.

Они состоят из пироэлектрического материала, обычно тонкой пленки, разделенной на несколько областей, называемых элементами датчика или площадками.

Когда в поле зрения датчика изменяется распределение инфракрасного излучения, вызванное движением объекта, имеющего температуру отличную от фоновой, на сенсоре появляется электрический заряд.

После этого электронной схемой датчика формируется электрический сигнал, который дополнительно обрабатывается для устранения шумов, настройки чувствительности и ограничения диапазона детекции. В современных датчиках движения часто используется микропроцессорная обработка.

ТИПЫ ЗОН ОБНАРУЖЕНИЯ ДАТЧИКОВ ДВИЖЕНИЯ

Поскольку инфракрасные датчики это устройства, который обнаруживают перемещение в определённой части пространства, то вполне естественным является классификация по типам зона обнаружения.

Всего различают три зоны:

• объёмная;
• поверхностная;
• линейная.

Объёмная зона.

Она приведена на размещённом ранее рисунке 1 и характеризуется углом раскрыва в горизонтальной и вертикальной плоскостях порядка 90^о. Именно такие датчики движения используются в системах управления светом.

В системах охранной сигнализации датчики объема устанавливаются, как правило, во-вторых рубежах охраны. Это обеспечивает дополнительную защиту и повышает вероятность обнаружения проникновения.

Более того, достаточно часто под датчиком движения подразумевают устройство именно с объёмной зоной, хотя другие типы тоже предназначены для обнаружения перемещений.

Поверхностная зона обнаружения.

Если уменьшить угол раскрыва в горизонтальной плоскости значение 10^о и менее, а вертикальный оставить без изменений, то мы получим извещатель который иногда называется "штора".

Он контролирует определённую поверхность и применяется для блокировки "на проход" различных строительных конструкций.

Срабатывает такой датчик при пересечении контролируемой плоскости, таким образом его тоже можно считать устройство для обнаружения движения.

Линейная зона обнаружения.

Если продолжить описанные выше трансформации, уменьшив до нескольких градусов угол обзора вертикальной плоскости, то мы получим линейную или лучевую зону обнаружения.

Она используется в пассивных извещателях, а также присуща для всех активных.

Как уже говорилось, активный датчик движения формирует лучевой барьер. Недостатком его является относительно уязвимость.

Преодолеть охраняемую зону можно под лучом или над ним. Для решения этой проблемы применяются извещатели, которые используют несколько лучей, расположенных в вертикальной плоскости.

Преимуществом в этом случае является возможность контролировать участки большой длины, до нескольких десятков метров.

Поэтому используются такие извещатели в системах периметральной сигнализации, а также защиты помещений имеющих большую протяжённость, например, коридоров.

ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ИНФРАКРАСНЫХ ДАТЧИКОВ

Одним из преимуществ инфракрасных извещателей является их относительно невысокая цена, по сравнению с устройствами, имеющими другие принципы обнаружения.

В первую очередь, это радиоволновые (микроволновые) и ультразвуковые датчики движения, которые в своей работе используют эффект Доплера.

Однако, инфракрасное излучение может значительно ослабляться при изменении оптической плотности среды, в которой работает устройство.

Для уличных исполнений эта работа в условиях дождя, тумана, снегопада. В помещениях с высоким уровнем запылённости работы таких детекторов тоже может быть неустойчивой.

Ещё одним недостатком является чувствительность к засветкам пироэлектрического модуля, а также возможность ложных срабатываний при нахождении в зоне обнаружения конвекционных потоков от отопительных приборов систем вентиляции и пр.

тем не менее, при выборе грамотных технических решений инфракрасные датчики движения с успехом работают:

• в системах охранно пожарной сигнализации (ОПС);
• контроля и управления.

Второй вариант подразумевает не только включение и выключение света.

В средствах автоматики лучевые инфракрасные датчики используются:

• для обнаружения несанкционированного прохода ( турникеты метро);
• предотвращения травм при работе с производственным оборудованием;
• работе конвейеров, например, при подсчёте продукции.

Существует и другие области применения этого принципа обнаружения, особенно если учесть, что инфракрасный луч можно очень точно сфокусировать и добиться его малого рассеяния.

Для систем автоматики это принципиально, поскольку повышает точность, селективность, избирательность приборов и оборудования.

ДАТЧИК ДВИЖЕНИЯ ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ СВЕТОМ

Как уже говорилось, все инфракрасные устройства, обнаруживающие движения, работают практически одинаково.

Разница заключается в способе формирования управляющего сигнала. Даже если это реле, то для управления освещением его контакты должны выдерживать высокие напряжения и токи.

Что касается напряжения, то для бытовых устройств оно составляет 220 вольт. Ток потребления, может значительно различаться. Если используется небольшой светильник со светодиодным излучателем, то большая мощность не нужна.

В то же время при управлении мощным прожектором величина тока может составлять 1 ампер и более. Всё это следует учитывать при выборе требуемого устройства.

Кроме того, при выборе датчика движения для управления светом, есть еще несколько факторов, на которые стоит обратить внимание.

Вот некоторые из них:

1. Тип датчика.

Наиболее распространенными типами датчиков движения являются:

• пассивные инфракрасные (PIR) датчики, которым посвящена эта статья;
• ультразвуковые и микроволновые.

PIR датчики хорошо работают в помещениях и имеют невысокую цену.

2. Дальность обнаружения.

Важно определить требуемую дальность обнаружения. Некоторые датчики имеют ограниченную дальность, которая может быть не подходящей для определенных сценариев использования. Убедитесь, что выбранная модель может охватывать необходимую зону обнаружения.

3. Угол обзора.

Также следует учитывать угол обзора датчика. Он определяет ширину и высоту зоны обнаружения. Если вы хотите контролировать большую площадь, выберите датчик с широким углом обзора.

4. Дополнительные функции.

Многие датчики движения имеют дополнительные функции, такие как настройка времени задержки перед выключением света или возможность регулировки чувствительности. При выборе датчика имеет смысл остановиться на устройстве, имеющем обе эти опции.