Принцип работы инфракрасного датчика движения

Методы защиты детекторов движения от помех

Специальный светофильтрующий пластик внешних линз позволяет защитить пироэлемент от белого света, для защиты от насекомых между пироприемным элементом и линзой монтируют герметичную камеру.

Некоторые модели детекторов имеют специальную линзу, с зоной нечувствительности до 1 м от пола, что вполне достаточно для небольших домашних животных. Для защиты от электромагнитных помех используется экранирование.

Наиболее эффективные методы защиты от ложных срабатываний заключены в правильной настройке чувствительности и алгоритмах обработки внешних сигналов.

Одной из таких функций является термокомпенсация, которая автоматически повышает чувствительность датчика, когда температура окружающей среды находится в диапазоне 25-350С. Дополнительно применяется функция антимаскинга, которая предупреждает о заклеивании поверхности линзы датчика.

Направлением развития новых систем видеонаблюдения является применение технологий позволяющих расширить угол съемки. Подробнее о новых системах видеонаблюдения читайте в этой статье.

Так же практически все современные модели оборудованы реле вскрытия, которое сигнализирует о взломе устройства.

ИНФРАКРАСНЫЕ ОХРАННЫЕ ИЗВЕЩАТЕЛИ (ИО)

При внутренней установке используются, как правило, во вторых рубежах охраны для обнаружения перемещения человека, отсюда другое, не совсем корректное название «датчики движения». Для этих целей применяются приборы с любой зоной обнаружения, которая выбирается в зависимости от стоящих задач.

Для контроля максимально возможной площади помещения выбирают объемную зону обнаружения.

Для установки в протяженных помещениях (коридорах, например) используются линейные («луч»), а для обнаружения несанкционированного проникновения через двери, окна и им подобные строительные конструкции – поверхностные («штора»).

В последнем случае извещатели могут включаться в первый рубеж сигнализации («периметр»).

Пассивные охранные инфракрасные извещатели действуют по принципу обнаружения изменений ИК фона в нескольких зонах контроля. Эти зоны формируются специальной линзой («Френеля»), которая еще и определяет характер охраняемой зоны. Так что мнение, будто такие датчики измеряют абсолютный уровень теплового излучения ошибочно.

Линейные инфракрасные извещатели в системах охранной сигнализации применяются, как правило, для защиты периметра объекта или открытой территории. Периметральная сигнализация использует большей частью активные ИК устройства, что определяется спецификой организации системы.

ОСНОВНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

При выборе ИК средств обнаружения помимо перечисленных следует обратить внимание на такие параметры как:

• дальность действия;
• углы обзора в горизонтальной и вертикальной плоскостях;
• наличие антисаботажной зоны;
• напряжение и потребляемый ток.

Имейте ввиду: дальность определяется по оптической оси прибора, то есть на границах контролируемой области она будет меньше заявленной. Как правило, в паспорте прибора указывается диаграмма направленности, по которой можно достаточно точно определить границы охраняемого участка.

Антисаботажная зона позволяет исключить вероятность незаметного приближения к извещателю. По сути она представляет собой дополнительную линзу в корпусе прибора, контролирующую пространство непосредственно под ним.

Это иногда используется инсталляторами в целях экономии оборудования. Датчик, установленный над дверью, будет одновременно контролировать проход через нее и внутренний объем комнаты.

Блок обработки

Аналоговое, цифровое или комбинированное устройство, обеспечивающее обработку поступающих от прироприемника сигналов с целью выделения импульса, вызванного нарушителем, из общего потока помех.

Алгоритм обработки основан на анализе формы, длительности и величины сигнала. Сигнал от человеческой фигуры является симметричным и двухполярным, в отличие от шумовых несимметричных сигналов.

Величина сигнала – основной параметр, по которому происходит анализ поступающего импульса.

В недорогих моделях БО анализируют только его, сравнивая с пороговым показателем и подсчитывая количество срабатываний. После превышения определенного числа за единицу времени включается сигнал тревоги.

Такой метод несовершенен и приводит к большому количеству ложных срабатываний от вибраций или электромагнитных помех.

Если настроить низкую чувствительность, то в датчиках с зоной контроля типа «одиночная завеса» может не произойти срабатывания вообще, если будет пересечен всего один луч.

В более дорогих датчиках дополнительно анализируется полярность и симметрия формы поступающего сигнала.

Алгоритм работы

Принцип работы у всех извещателей общий. Вот как выглядит пошагово алгоритм обнаружения пламени, если установлены дымовые датчики и другие детекторы:

• В детекторе могут быть установлены как один чувствительный элемент, так и несколько. Именно они фиксируют признак пожара при появлении очага возгорания.
• Детектор посылает сигнал (или радиосигнал) по шлейфу ПС на пульт тревоги.
• На ПКП происходит обработка сигнала и посылается команда, которая запускает процесс пожаротушения, включает противодымную вытяжку и другие необходимые системы.

Все это произойдет, если на контрольный пункт от управляющего прибора пройдет сигнал как минимум от двух тепловых датчиков или сработают другие типы пожарных извещателей.

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.

Резистор R1 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».

Нравится

Главная &raquo Технологии &raquo Текущая страница

Также Вам будет интересно узнать:

Принцип и условия срабатывания

Устройство регистрирует динамику изменения теплового излучения объекта и общего фона. Мониторинг осуществляется за определенный промежуток времени.

Для срабатывания необходимо совмещение определенных условий. Во-первых, изменение положения объекта в пространстве, контролируемом детектором.

Во-вторых, траектория должна проходить перпендикулярно направлению ИК-излучения, генерируемого устройством.

В-третьих, расстояние от источника излучения должно быть достаточным для его уровня восприятия, то есть он должен определить температурную разницу между объектом (с учетом одежды) и окружающим фоном.

Область применения

Датчик движения – универсальный прибор, который можно использовать в самых разных бытовых сферах. Промышленное применение таких устройств ещё более широко, однако это отдельная тема.

Автоматизация домашнего освещения

Применение датчиков освещения для автоматизации включения и отключения света в комнатах позволяет экономить на электричестве до 40% денежных средств.

Вместе с установкой инфракрасных сенсоров удаётся разрешить ситуацию, когда хозяева выходят из комнаты, забывая выключить в ней свет.

Охранные функции

Подобное использование тепловой воспринимающей аппаратуры было первым, и оно продолжает давать хорошие результаты. С помощью датчика движения можно:

1. Организовать отправку push-сообщения на смартфон владельца (функция активируется в моменты ухода из квартиры).
2. Запрограммировать включение сигнализации, в том числе отправку тревожного сигнала на пост охраны.
3. Просмотреть время прихода членов семьи в разделе «лог», где ведётся история срабатываний датчика.

Управление климатической техникой

Такая связка применяется реже, чем с освещением, однако также имеет место быть. По сигналу датчика могут быть включены устройства, поддерживающие параметры холода и тепла в квартире: батареи или система тёплого пола, кондиционер, вентилятор, увлажнитель и другие приборы. Таким образом, максимальный расход энергии происходит лишь в нужное время, а не постоянно.

Стоит отметить, что широкому применению инфракрасных датчиков движения в области домашнего климата мешает явление тепловой инерции. Для того, чтобы полноценно прогреть комнату, необходимо время – и делать это нужно заранее, перед входом в неё. Как следствие, комфортная температура достигается не сразу, а тогда, когда это часто не нужно – человек уходит в другое место.

Обзор принципа работы, устройства, видов и областей применения датчиков движения

Датчик движения -бесконтактное устройство, реагирующее на перемещение объекта в зоне отслеживания. Широко используется в системах охраны и автоматизации различных процессов, в том числе, освещения и кондиционирования. Понять, как работает датчик движения, могут не только специалисты. Это устройство современное, но не настолько сложное.

Сферы использования сенсоров

Область применения датчиков движения (ДД) чрезвычайно широка. Они необходимы для обнаружения посторонних на охраняемых объектах, присутствуют в каждой системе сигнализации. Но могут регистрировать не только несанкционированное проникновение: способны обнаруживать утечку газа, жидкостей, процесс открывания окон и дверей.

Датчики движения инициируют процесс записи в автомобильных видеорегистраторах и комплексных системах отслеживания. Современные энергосберегающие светильники также оснащены этими устройствами и обеспечивают освещение территории в момент присутствия на ней человека или группы людей. Аналогичным образом функционируют «умные» системы кондиционирования.

ДД регистрирует изменение тепловых или волновых характеристик в зоне обслуживания, но при стабилизации этого фона воспринимает его как норму. Так, если человек будет находиться на отслеживаемой территории какое-то время в неподвижном состоянии, освещение отключится.

Высокочувствительные датчики присутствия будут регистрировать малейшие изменения характеристик зоны обслуживания и неподвижность объекта не является для них поводом для возврата в исходное состояние. Таким образом, они выполняют ту же задачу, но более точно и тщательно. В связи с этим, датчики присутствия — более дорогие устройства, и стоимость техники, на которой они установлены, выше.

Как работает: устройство и принцип действия датчика движения?

Существует несколько видов ДД, отличающихся способом регистрации изменений в зоне наблюдения. Любой из них может быть встроен в прибор или являться самостоятельным выносным устройством в отдельном блоке.

Инфракрасный

Инфракрасные детекторы движения — наиболее распространенные пассивные приборы отслеживания. Большинство из них состоят из двух блоков:

• монтажного;
• аппаратного.

Эти элементы соединены между собой подвижным сочленением, обеспечивающим поворот корпуса и настройку угла обзора обслуживаемой территории. В аппаратном блоке находятся плата управления и сенсоры:

• пироэлектрический инфракрасный, функция которого заключается в распознавании движения;
• светочувствительный, представляющий собой фоторезистор, фиксирующий и оценивающий степень освещенности;
• полевой транзистор, выполняющий роль усилителя;
• в устройствах, работающих в системах тревожной сигнализации, установлены дополнительные детекторы.

Типичная бытовая модель со средним функционалом

NV500 компании PARADOX

Оптика – гибридная цилиндро-сферическая линза с сегментами линз Френеля с углом обзора 1020.

Диаграмма направленности рассчитана на обеспечение равномерной чувствительности по всему контролируемому объему. Super Creep Zone – функция контроля саботажной зоны. Цифровая блокировка детекции животных до 16 кг.

Двухуровневый подсчет импульсов по алгоритму APSP. Автокомпенсация температуры. Автоматическая цифровая регулировка чувствительности 5ти уровней. Защита от вскрытия – твердотельное реле.

Датчики такого типа можно использовать не только в системах безопасности или контроля доступа, но и в устройстве автоматического включения освещения, и системы раннего оповещения и т. д.

Вариант PIR датчика с GSM-модулем

Зачастую именно ПИР датчик — это та последняя преграда, которую злоумышленник обойти не может. Если проводные системы еще легко заметны, то беспроводные комплексы повышают уровень охранных систем за счет своей автономности, тем самым снижая ее уязвимость. Датчик движения с GSM модулем, безусловно, простое, но эффективное средство защиты своего имущества.

Работа данного прибора аналогична типичным ПИР датчикам. Но в данном случае при обнаружении в охраняемой зоне какого-либо движения девайс отправляет СМС-сообщение по заданному владельцем номеру и параллельно включает встроенный микрофон, чтобы была возможность прослушать, что происходит в помещении в данный момент.

Включить/выключить девайс можно удаленно отправив SMS-команду на сим-карту датчика.

Автономность устройства обеспечивается за счет встроенного пятивольтового аккумулятора, которого хватает на 15–20 дней автономной работы. Встроенный микрофон улавливает звук на расстоянии до 10 метров.

Зона видимости ДД — 5–8 метров при угле обзора в 90°.

Место размещения полноразмерной SIM-карты:

Есть собственный USB-разъем типа UC-E6, который служит для подключения внешнего источника питания на 5 вольт.

Чтобы сохранить номер хозяина датчика в его памяти, достаточно позвонить на номер сим-карты устройства. Всё! Только один номер в памяти и никаких белых или черных списков. Может ли злоумышленник позвонить на этот номер и снять датчик охраны? Да, конечно может. Но тогда это должен быть очень близкий и хорошо знакомый хозяину датчика человек.

Для постановки в режим охраны посылается СМС — сообщение с текстом: «1111».
Для снятия с режима охраны  отправляется сообщение с текстом: «0000».

Дополнительных настроек у девайса нет.

Зона сработки датчика небольшая и вероятное место установки ПИР датчика прямо напротив входной двери на расстоянии не больше трех метров.

Можно применить этот датчик непосредственно в автомобиле. Таким образом, появляется возможность отследить местонахождение машины в данный момент времени, если подключить услугу «Местонахождение абонента».

Такой беспроводной сенсор с GSM можно применять как дополнение к уже существующим охранным системам, которые уже есть на объекте и как самостоятельное средство защиты.

Основное преимущество девайса — его автономность. Это обстоятельство дает возможность поставить на охрану те объекты, на которых может отключаться электричество:

• дачи;
• гаражи;
• складские помещения.

Разновидности датчиков

Разновидности датчиков

Не смотря на одинаковый принцип действия, их назначение может быть разным, в зависимости от условий эксплуатации. Поэтому, выбирая датчик, следует в первую очередь определиться с тем, где он будет установлен.

Устройства, предназначенные для установки на открытом воздухе, выполняются в более защищенном корпусе, тем более, если они работают от сети 220V. Степень защиты помечается двумя буквами (IP) и цифрами. Так, для эксплуатации вне помещения следует выбирать электрооборудование, имеющее степень защиты IP 55 и не ниже, а в случае установки внутри помещения – с пометкой до IP 55.

Выбор по типу питания

В зависимости от конструкционных особенностей, датчики работают:

• От сети, напряжением 220 V.

• От гальванических элементов питания (батареек или аккумуляторов).

Наиболее востребованными считаются устройства, работающие от напряжения 220 V, то есть проводные. Меньший спрос на датчики, которые работают от батареек или аккумуляторов, но в последнее время все больше отдают предпочтение независимым источникам питания. К тому же, бывают случаи, когда необходим именно беспроводной датчик движения, работающий от солнечной батареи, например.

Принцип действия датчика движения

Принцип работы датчиков движения может быть различным. Поэтому различают:

• Инфракрасные датчики движения, которые реагируют на тепло, излучаемое теплокровными существами. Представляют пассивные устройства, поскольку сами никаких сигналов не излучают, а только реагируют на них. Такие типы датчиков реагируют не только на появление человека, но и на движения животных.

• Акустические датчики, реагирующие на звуковые сигналы. Это также пассивные устройства, которые включают различные устройства от хлопка руками или от звука открывающейся двери и т.д. Их удобно устанавливать в подвалах частных домов или городских квартир. Как правило, в подвалах появляется шум только тогда, когда в него кто-то заходит. Что касается других условий эксплуатации, то нужно хорошо подумать.
• Микроволновые датчики движения. Это уже группа активных устройств, поскольку датчики движения сами генерируют микроволны и сами их отслеживают. Если в их «поле зрения» появляется движущийся объект, то они включают сигнализацию, как световую, так и звуковую. Чувствительные модели таких устройств могут контролировать помещения, находящиеся за перегородками. Как правило, подобные типы датчиков применяются в охранных системах.

• Ультразвуковые датчики отличаются от микроволновых только диапазоном излучаемых сигналов. Используются не так часто, поскольку на него могут реагировать животные. Длительное излучение ультразвука может также негативно сказаться на здоровье человека.

• Комбинированные, в которых заложено несколько принципов реагирования на движущиеся объекты. Эти устройства считаются наиболее надежными, но и стоят они гораздо дороже.

Как правило, в основном используются инфракрасные датчики, поскольку это недорогие устройства, а их радиус действия устраивает потенциальных покупателей. К тому же, датчики оборудованы регуляторами для более точной настройки. Ультразвуковые и микроволновые датчики лучше устанавливать в длинных коридорах или на лестницах, поскольку у них гораздо больше радиус действия. Для охраны важных объектов лучше подойдут микроволновые датчики, тем более что они способны обнаружить движущийся объект даже за перегородкой.

Типовая схема детектора движения

Все модели объёмных инфракрасных датчиков движения по схемотехнике и конструкции похожи между собой. Отличия могут быть в некоторых электрических параметрах и дизайне корпуса. Схема датчика движения состоит из следующих элементов:

• ПИК сенсор;
• Операционный усилитель;
• Схема термокомпенсации;
• Компаратор;
• Реле.

Пассивный Инфракрасный Сенсор фиксирует температуру постороннего объекта оказавшегося в зоне захвата. Сигнал усиливается операционным усилителем и поступает на компаратор, который сравнивает сигнал соответствующий температуре окружающей среды и сигнал, поступивший с ПИК сенсора. Разница в уровнях сигналов означает наличие теплового фона постороннего объекта. Разностный потенциал вызывает срабатывание реле, контакты которого могут использоваться для включения различных устройств.

Принцип действия инфракрасного датчика движения

Если температура в помещении приближается к температуре человеческого тела, что может нарушить работу устройства, включается система термокомпенсации. Популярная модель инфракрасного датчика движения Colt 10 DP имеет следующие основные характеристики:

• Зона обнаружения объекта – 10 метров 90°;
• Не реагирует на животных до 10 кг;
• 3 установки чувствительности;
• Цифровая схема термокомпенсации;
• Не восприимчив к электромагнитному излучению до 50 В/м;
• Имеет защиту от статического электричества;
• Напряжение питания – 9-16 В;
• Диапазон рабочих температур -25… + 60°С.

В схеме датчика установлено твердотельное реле, с помощью которого можно управлять внешними устройствами.

На рисунке ниже представлена типовая схема датчика движения на примере LX-02.

Схема типового детектора движения на примере LX02

Как подключить датчик движения

Схема подключения

Подключение датчика движения для освещения процедура, не отличающая высоким уровнем сложности, но достаточно специфическая, для выполнения которой необходим определенный опыт и наличие знаний. Специалисты выделяют несколько основных схем подключения оборудования, а именно:

• Параллельная.
• Последовательная.
• Установка нескольких датчиков с применением магнитного пускателя.

В случае последовательного подключения весь процесс управления освещением в помещении или снаружи осуществляется в автоматическом режиме и регулируется самим оборудованием. Когда же свет должен гореть длительное время и при этом объект не будет, совершать движения или будет находиться за пределами контролируемой зоны, параллельно оборудованию устанавливается ручной выключатель.

Схема подключения датчика

Хорошим примером удобства установки выключателя можно назвать гараж со смотровой ямой. Находясь в яме человек, не попадает в зону работы датчика, но нуждается в постоянном источнике света. После завершения работы выключить свет можно вручную.

Для больших помещений необходима установка нескольких элементов, подключение которых происходит от одной фазы в параллельном порядке. При срабатывании любого из датчиков в сети, цепь замыкается, и включаются все остальные.

Схема подключения с магнитным пускателем

Установка магнитного пускателя требуется при использовании мощного источника света или подключения других видов электрического оборудования в дополнение к лампам освещения.

В видео наглядно показано, как выполнять подключение:

Монтаж

Монтаж оборудования также имеет несколько важных нюансов, среди которых можно выделить:

• Обеспечение защиты от воздействия внешних факторов, на которые не рассчитана конкретная модель, способных привести к ложному срабатыванию или к блокировке на срабатывание.
• Обеспечение доступа к зоне обнаружения.
• Тип подключения к сети подачи электрической энергии.

Подключение любой модели происходит за счет специальных клемм. Стандартным и часто используемым вариантом является клеммы на 3 вывода, иногда используются на 4 вывода. Расшифровка маркировки установленной на клеммы происходит следующим образом:

• L- обозначает фазу. Чаще всего это красный или коричневый провод.
• N – ноль, всегда проводи синего цвета.
• L имеющая в дополнение штрих или стрелочку, а также букву А обозначает осветительный прибор.
• PE- заземление.

Большинство производителей придерживаются стандартов в плане выбора цвета проводов, допускается исключения из правил. Поэтому для правильного подключения устройства желательно определять при помощи индикатора фазу или ноль дополнительно.

После выполнения монтажных работ обязательна регулировка датчика, для комфортабельной эксплуатации оборудования в будущем. Она проходит в несколько основных этапов:

• Регулировка датчика движения для включения света подразумевает настройку уровня чувствительно сенсора. Установка данного показателя позволяет снизить риск ложного срабатывания (в частности при небольшом движении, реагировании на животных, изменение температуры в отопительной системе или за счет работы системы кондиционирования и т.п.). Когда выбрана модель, оснащенная фотоэлектрическим датчиком, то вместо уровня чувствительности сенсора регулируется порог освещенности, при изменении которого оборудование приходит в действие.
• Пользователь имеет возможность, установить время работы оборудования. Под этим показателем подразумевается временной промежуток до выключения света при отсутствии движения в контролируемой зоне.
• Когда датчик срабатывает и на уровень шума, то регулируется чувствительность микрофона. Удобно производить данную процедуру при задействовании портативного источника звука, меняя его громкость в радиусе действия датчика.

Как выбрать хороший очиститель воздуха от пыли для дома.

Все о подключении к городской водопроводной сети в частном доме. Читайте здесь.

Проследить произошли ли изменения настроек или нет, в большинстве моделей можно в процессе наблюдения за установленным светодиодным индикатором, меняющим частоту своего мигания при включении оборудования.