Помощь по Теле2, тарифы, вопросы

Все выше абсолютного нуля (-273 ° C) излучает тепловое ИК-излучение. Поскольку люди всегда выделяют гораздо больше тепловой энергии, чем их окружающая среда, это делает их легко обнаруживаемыми с помощью инфракрасного датчика движения. Поэтому эта технология применяется в самых требовательных приложениях, особенно в современной системе безопасности и защиты.

Для информации. Датчики ощущают изменение физических явлений: температуры, давления, интенсивности света и т. д. Полупроводниковое устройство, или преобразователь, изготавливаются из элементов, которые меняют свои свойства после контакта с указанными явлениями. Датчики могут изменять свое сопротивление, ток или напряжение, по закону Ома: U=I*R, поэтому все параметры взаимозависимы. Изменения напряжения, тока и сопротивления можно измерить очень точно. Это основная аналогия работы датчиков.

Инфракрасный датчик движения позволяет ощущать передвижение человека. Устройство небольшое, недорогое, маломощное и достаточно простое в использовании. Оно обычно встречается в приборах и гаджетах, используемых в домах или на предприятиях.

Разновидности и особенности ИК-датчиков

ИК-датчики движения классифицируются по разным типам в зависимости от приложений. Например , существуют такие виды датчиков движения, как:

• извещатели скорости, работающие для синхронизации скорости нескольких двигателей;
• детекторы PIR – для автоматического открывания дверей;
• извещатели температуры – для промышленного контроля температуры;
• сенсоры объемные – для охраны машин.

ИК-излучение проходит через дым, пыль, листву и туман с легкостью, что делает человека хорошо заметным даже в самых неблагоприятных условиях освещения.

Детектор PIR обнаруживает инфракрасный свет, излучаемый теплым объектом. Он состоит из пироэлектрических датчиков, которые вносят изменения в их температуру (из-за падающего IK-излучения) в электрический сигнал. Когда IK-свет поражает кристалл, он генерирует электрический заряд.

Объемный датчик широко используется для контроля закрытых помещений. Извещатель служит для обнаружения присутствия людей в непосредственной близости. Объемный ИК-датчик фиксирует инфракрасный свет, излучаемый теплым объектом.

Способ расположения:

• потолочный датчик движения 360 градусов;
• настенный;
• угловой (самый удобный способ монтажа);
• универсальный (в комплекте крепеж для различных расположений).

Для информации. Большинство IK-датчиков движения, которые являются проводными, потребляют мало энергии. Многие из них работают от батареи практически без электричества.

Схема IK-датчика

ИК-датчики, как и все другие фотосенсоры, работают по принципу, что фотон достаточной энергии может выбивать электроны так, чтобы сопротивление цепи менялось. ИК-датчик состоит из излучателя, детектора и связанных с ним схем. Схема, необходимая для создания ИК-датчика, состоит из двух частей: эмиттера и приемника.

Излучатель – это просто ИК-светодиод (светоизлучающий диод), а детектор – это просто ИК-фотодиод, чувствительный к инфракрасному свету той же длины волны, что и излучаемый ИК-светодиодом. Когда IK-свет падает на фотодиод, его сопротивление и, соответственно, выходное напряжение изменяются пропорционально величине принимаемого ИК-луча.

Для информации. ИК-датчик – это устройство для передачи и приема инфракрасного света. Элемент, известный как светоизлучающий диод (LED), передает активный инфракрасный свет, который отражается на полу и принимается оптическим приемником, известным как фотодиод (PD). До тех пор, пока не будет никакого движения или объекта на пути светового луча, детектор будет оставаться в режиме ожидания.

Принцип работы датчиков движения

ИК датчик – это устройство, излучающее, обнаруживающее и принимающее инфракрасные волны в качестве тепла. Большинство IК-детекторов покрыты линзами Френеля или параболическими зеркалами для приема инфракрасных волн со всей площади. По мере того, как эти волны достигают ИК-датчика, он генерирует напряжение в разных волнах, которое используется для запуска сигнала или активации какой-либо другой системы.

IК- сенсоры используются для обнаружения перемещения и измерения тепла. Когда объекты проходят в пределах длины волны, световые волны обнаруживают эти объекты и отражают их обратно на датчики.

Следовательно, эти устройства помогают в обнаружении движения объектов. Они имеют длину волн меньше, чем у микроволн, но дольше по сравнению с видимым светом. Таким образом, они охватывают промежуточную область между ними.

Кроме того, детектор движения может обнаруживать все объекты с температурой более нуля, в свою очередь, сохраняя тепловую энергию. Маленький ИК-прибор располагают вблизи середины фокальной плоскости. Перемещающиеся теплые точки движутся по датчику, генерирующему импульсы или аналоговый сигнал, изменяющийся во времени. При электрическом фильтровании и измерении порога обнаруживается движение.

Для информации. Инфракрасные датчики – это датчики, которые могут обнаруживать инфракрасное излучение. Инфракрасные волны не видны человеческому глазу. Видимый свет имеет длину волны в диапазоне от 0,4 до 0,7 микрометра. Инфракрасный луч имеет длину волны более 0,7 микрометра.

Применение ИК-датчиков

Сенсор, или датчик (sensor), – это устройство, используемое для представления среды или состояния в соответствии с требованиями приложения. ИК-детекторы используются в различных проектах на своей первооснове, а также в различных электронных устройствах, которые измеряют температуру, влажность.

Радиационные термометры

ИК-датчики используются в радиационных термометрах для измерения температуры, в зависимости от температуры и материала объекта, и эти термометры имеют некоторые из следующих характеристик:

• измерение без непосредственного контакта с объектом;
• быстрая реакция;
• легкие измерения образца.

Анализаторы влажности

Анализаторы влажности используют длины волн, которые поглощаются влажностью в ИК-области. Объекты облучаются светом, имеющим эти длины волн (1,1 мкм, 1,4 мкм, 1,9 мкм и 2,7 мкм), а также с эталонными длинами волн. Огни, отраженные от объектов, зависят от содержания влаги и детектируются анализатором для измерения влажности (отношение отраженного света на этих длинах волн к отраженному свету при эталонной длине волны). Фотоприемные детекторы используются в схемах анализатора влажности.

Газовые анализаторы

ИК-датчики применяются в газоанализаторах, которые используют абсорбционные характеристики газов в ИК-области. Этот тип конфигурации обычно называют инфракрасной технологией. Этот тип анализатора используется в большинстве коммерческих ИК-приборов для контроля утечки топлива и автомобильных выхлопных газов.

ИК-приемники

Устройство IR-изображения является одним из основных применений ИК-волн, прежде всего, в силу его свойства невидимости. Он используется для тепловизоров, приборов ночного видения и т. д.

На примерах вода, камни, почва, растительность, атмосфера и человеческая ткань – все это излучает ИК-излучение. Термальные инфракрасные извещатели измеряют эти излучения в ИК-диапазоне и отображают пространственные распределения температуры объекта или области на изображении. Тепловые изображения обычно состоят из антимонита Sb (индий), Gd Hg (германий, легированный ртутью), Hg Cd Te (ртутно-кадмий-теллуридный).

Преимущества

Одним из главных достоинств инфракрасных детекторов является их безопасность для здоровья человека и животных, так как устройство работает без излучения. Другие преимущества использования сенсоров движения для освещения:

• удобство;
• экономия времени и сил;
• автоматизация;
• безопасность;
• управление вентиляцией в туалетах и ванных комнатах.

Критерии выбора

При выборе современных ИК-датчиков следует обратить внимание на следующие показатели:

• устойчивость к атмосферным осадкам – приборы должны иметь корпус с высокой степенью пыле,- и влагозащищенности;
• доступные виды источников питания: самостоятельное подключение с помощью сетевого адаптера, шлейфа, аккумуляторной батареи;
• возможность подключения к центральной системе сигнализации;
• возможность настройки чувствительности;
• возможность скрытой установки.

Основная идея работы IK-сенсора проста. Он измеряет любое изменение желаемых физических элементов, которое затем преобразуется в электрические сигналы. Эти сигналы обрабатываются (усиливаются и преобразуются в цифровые эквиваленты) и передаются выходным выводам. IK-датчики используются во многих схемах и проектах электроники.

Видео

В основу функционирования инфракрасных датчиков движения положена их способность срабатывать в случаях, когда возникает интенсивное тепловое фоновое излучение. Устройства реагируют, когда источник излучения попадает в непосредственную зону действия устройства. Точность работы прибора зависит от места расположения объекта, вызвавшего срабатывание. Важно учесть, что тепловое излучение вырабатывают не только люди, но и животные, и неодушевленные предметы.

Во избежание ложного срабатывания устройство настроено таким образом, что реагирует в случаях, когда объект имеет соответствующую скорость перемещения, а также он непосредственно пребывает в рабочей зоне чувствительного прибора. При возникновении обоих условий датчик срабатывает и происходит передача сигнала к электронной схеме управления. Этот блок комплексной системы выполняет определенную (заранее запрограммированную) задачу в зависимости от возникшей ситуации. В частности, используются конкретные устройства, выполняющие определенные задачи. Среди наиболее активно используемых:

• выключатель освещения,
• охранная сигнализация,
• регулятор интенсивности освещения,
• устройство открывания (закрывания) дверей,
• блокировка доступа.

Вариантов много и они зависят от особенностей территории либо помещения, где установлена система.

Сфера применения

Современные датчики движения являются высокотехнологичными устройствами, способными эффективно работать в различных системах. Потенциала качественных изделий достаточно для использования как в быту, так и в условиях крупных предприятий. Такими устройствами можно оборудовать:

• загородные дома,
• лестничные клетки,
• торговые точки,
• подъезды,
• производственные предприятия,
• объекты бизнеса,
• складские помещения,
• офисы,
• общественные здания,
• различные учреждения.

Область эффективного использования приборов практически не ограничена.

Важно перед окончательным выбором типа устройства учесть специфику работы системы в конкретном месте. Благодаря активному внедрению датчиков ощутимо облегчается работа охранников, сторожей и людей многих других профессий. Также при определенных условиях достижима полная автоматизация, при которой практически не требуется присутствие человека.

Конструктивные особенности

Инфракрасное излучение, вырабатываемое движущимся объектом, распознается пироприемником. Вторым важным элементом конструкции служит мультилинза. Фактически эта деталь являет собой многочисленные мелкие линзы в одном корпусе. Внешний вид мультилинзы схож с матовым цилиндром, на поверхности которого нанесен мелкий узор. В корпусах датчиков мультилинзы расположены перед пироприемниками.

Наличие множества сегментов в мультилинзах неслучайно. Функция каждой мелкой линзы состоит в фокусировании инфракрасного света на один из пироприемников. Как только перемещающийся объект пропадает из зоны видимости одной мелкой линзы, он фиксируется соседней микролинзой. Соответственно, сигнал улавливается другим пироприемником. Таким способом удалось основательно расширить площадь территории, охватываемой одним датчиком.

На пироприемнике наблюдается попеременное присутствие и отсутствие сфокусированного инфракрасного света, что позволяет электронной схеме датчика срабатывать и приводить в действие определенные устройства.

Чувствительность датчика напрямую зависит от числа используемых в микролинзе сегментов. Каждой парой (микролинза – сегмент) проводится контроль определенного пространства. В результате при перемещении объекта в пределах этого сектора срабатывание устройства не происходит.

Для исключения возникновения помех и во избежание ложного срабатывания системы производители инфракрасных датчиков все чаще отдают предпочтение использованию сдвоенных, а в определенных случаях и счетверенных пироэлементов. Последние модели надежно защищены от ложных срабатываний.

Условия эффективной работы

Для обеспечения эффективности функционирования устройства необходимо строго придерживаться нескольких важных правил.

1. Избегать попадания прямого света от ламп освещения.
2. Позаботиться об отсутствии предметов, препятствующих нормальному обзору датчика в зоне его действия, в частности:
   • высоких предметов мебели,
   • колонн,
   • люстр,
   • подвесных осветительных приборов,
   • других предметов, препятствующих работе прибора.

1. Наличие стеклянных перегородок снижает эффективность датчика. Стекло блокирует прохождение инфракрасного света, что чревато возникновением «мертвых зон», то есть участков, пребывающих вне зоны действия датчиков.
2. Монтаж приборов необходимо проводить с учетом их радиусов обнаружения. Важно, чтобы все углы в помещениях попадали в зону контроля системы. Если этого не удается достичь, необходимо установить несколько датчиков. Как правило, 2 или 3 хватает для большинства типов помещений.
3. У любой модели имеется собственная диаграмма обнаружения. Когда возможностей одного устройства недостаточно, придется монтировать несколько датчиков, чтобы перекрыть все пространство помещения. При таком варианте расположения происходит «перехлестывание» диаграмм обнаружения отдельных приборов, что основательно повышает эффективность системы в целом.

Дополнительные возможности

Современные модели датчиков прекрасно справляются с основными задачами. Однако, благодаря новейшим разработкам удалось существенно расширить возможности автоматизированных систем. Они не только четко фиксируют любые перемещения в контролируемых помещениях и соответствующим образом на них реагируют, но и способны выполнять многие важные полезные функции.

Одной из широкой используемых как в промышленных, так и в бытовых условиях возможностей является мониторинг уровня освещенности. Система определяет место нахождения человека, а также проверяет, достаточно ли в этом секторе освещения. Если показатели отличаются от нормы, происходит включение (выключение) соответствующих источников освещения. Такие системы эффективны не только на различных участках производства и в торговых точках. Их можно активно использовать в подъездах жилых домов, что позволит существенно сэкономить электроэнергию. Хотя подобные приборы несколько дороже от стандартных вариантов, весомое снижение затрат на освещение делает их выгодными в плане материальных затрат.

Для контроля работоспособности пультов дистанционного управления, передающих импульсы инфракрасного излучения, а также для настройки промышленных и самодельных электронных приборов, в основе которых используются сигналы ИК-спектра излучения, служит простой датчик, электрическая схема которого показана на рис. 2.5.

Простая схема датчика реализована методом последовательного усиления сигнала, поступающего с VD1.

Транзисторы включены с общим эмиттером по схеме усилителя тока. Когда на диод VD1 воздействует ИК-излучение, сопротивление его перехода уменьшается, и изменяется смещение в базе транзистора VT1. Положительный потенциал поступает на усилитель тока на транзисторах VT1—ѴТЗ, нагрузкой которого служит светодиод HL1. Его свечение свидетельствует об исправности проверяемого устройства.

Рис. 2.5. Электрическая схема датчика ИК-излучения

На практике при проверке исправности элементов питания и общей работоспособности ИК-пультов ДУ для современной аудио- и видеотехники индикатор HL1 мерцает с частотой следования ИК-импульсов управления (десятки Гц— единицы кГц), при проверке других систем светодиод может мигать с другой частотой либо светиться постоянно. По характеру свечения светодиода HL1 можно судить об исправности и параметрах ИК-импульсов передающего устройства.

Прибор стабильно работает в диапазоне питающего напряжения постоянного тока 5—12 В. В случае стационарного источника питания желательно, чтобы он был стабилизированным. Чувствительность прибора регулируется подбором номинала резистора R1 (при увеличении сопротивления чувствительность прибора повышается).

Для приведенной схемы, если она смонтирована без ошибок и с применением исправных радиоэлементов, нет необходимости в какой-либо настройке. При «свежих» элементах питания в пультах ДУ предлагаемый датчик срабатывает с расстояния 5—6 м. Увеличивать чувствительность прибора нерационально, так как VD1 реагирует на солнечное и электрическое освещение (любое излучение, в спектре которого присутствует ИК).

Идеальный датчик должен воспринимать только заведомо направленное на него световое излучение ИК-спектра и не реагировать на другие источники. Для лучшей помехозащищенности этого устройства следует применять простой фильтр из негодной цветной фотопленки. Он основан на проведенных научных экспериментах, опубликованных журналом «Everydey Practical Elektronics» (№ 6, 2001). При засветке цветной негативной фотопленки «Kodacolor 100 ASA» люминесцентной лампой (дневного света) в течение 5 с и последующей проявкой, обнаружены оригинальные свойства светочувствительного материала. При прохождении света через засвеченный и впоследствии проявленный участок фотопленки (в один слой) выявлено резкое возрастание коэффициента пропускания электромагнитного излучения с длиной волны 880 ±20 нм. Результаты исследования представлены на рис. 2.6.

Рис. 2.6. График зависимости прохождения ИК-излучения с разной длиной волны через участок фотопленки

Данный фильтр идеально подходит для многих ИК-светодиодов и датчиков, реагирующих на ИК-излучение, отсекая помехи в виде близкорасположенных электрических ламп, а также солнечных лучей.

Все постоянные резисторы в схеме — типа МЛТ-0,125, светодиод HL1 — любой, транзисторы КТ315 можно заменить аналогичными: КТ3102, КТ503, КТ373, КТ342 с любым буквенным индексом. Корпус прибора — любой компактный.

Кашкаров А. П. 500 схем для радиолюбителей. Электронные датчики.

Подразделение Sensing and Control (S&C) компании Honeywell, мирового лидера в производстве датчиков, выпускает огромный спектр различных приборов, находящих применение в аэрокосмических, промышленных, медицинских и транспортных системах.

Honeywell S&C предлагает широкий набор решений, различающихся по электрическим параметрам, специальной маркировке, цоколевке и способам подключения, наличию или отсуствию встроенных интегральных микросхем (ИС), по типам корпусов (некоторые из этих корпусов сами по себе являются уникальными инженерными решениями), но, в целом, все выпускаемые Honeywell S&C ИК-устройства, служащие для определения положения объекта, можно объединить в следующие семейства:

• ИК-излучатели (ИК-светодиоды)
• ИК-приемники- устройства, состоящие как из одних лишь простейших элементов, ИК-фотодиодов и ИК-фототранзисторов (дарлингтоновских, либо одиночных), так и интегрированные, включающие в себя еще и триггер Шмитта с усилителем и выходным транзисторным каскадом.
• ИК-датчики- оптопары просветного и отражательного типа
• ИК-энкодеры- устройства, хотя и созданные на основе ИК-датчиков, но уже выдающие на выходе сигналы, на основе которых можно осуществлять простейший анализ перемещения отслеживаемого объекта (измеряются скорость и направление линейного перемещения, либо угла поворота). ИК-энкодер может как включать в себя встроенный излучатель, так и состоять из одного лишь датчика (в этом случае предполагается использование внешнего излучателя).

В качестве излучателей чаще всего используются ИК-светодиоды на арсениде галлия (GaAs) и на алюмо-галлиевом арсениде (AlGaAs). Они отличаются длинной волны, на которую приходится максимум спектральных характеристик (соответственно 935 и 880 нм), а в качестве приемников — кремниевые фотодиоды или NPN фототранзисторы, как одиночные, так и составные. Следует отметить, что светодиоды на AlGaAs имеют мощность излучения примерно на 70% большую, чем светодиодоы на GaAs при том же прямом токе.

Поскольку в одной статье невозможно рассказать обо всех датчиках, излучателях и приемниках всех типов, выпускаемых Honeywell S&C в настоящее время, мы выбрали лишь несколько конкретных наименований каждого типа из тех, что уже наиболее известны российским разработчикам. Отметим еще, что эти выбранные нами наименования в жизни существуют, как правило, в нескольких «ипостасях». Иными словами, и в реальных полных заводских названиях, с которыми столкнется заказчик, к их наименованиям добавляются несколько цифр (например -001, -002 и пр.), характеризующих незначительные конструктивные отличия. Но это уже детали, которые можно посмотреть в соответствующих даташитах , и мы решили в данной обзорной статье не заострять на этом факте внимание, за исключением нескольких наименований. Теперь рассмотрим по порядку перечисленные выше классы устройств.

ИК-излучатели

ИК-излучатели Honeywell S&C (рисунок 1) построены, как было сказано выше, на базе светоизлучающих диодов и выпускаются в корпусах трех вариантов: металлическом, пластиковом и керамическом. Излучатели в металлическом корпусе имеют стеклянную линзу, которая обеспечивает превосходные оптические свойства. Сам металлический корпус позволяет рассеивать большую мощность и обеспечивает широкий температурный диапазон. Вся металлостеклянная конструкция придает стойкость к влажности и растворителям. За счет высочайшего качества исполнения излучатели в металлическом корпусе используются в оборонной, авиакосмической и медицинской промышленности. Рабочий температурный диапазон излучателей в металлическом корпусе составляет — -55…125°C. Пластиковые ИК-излучатели предназначены для монтажа в отверстия печатной платы, а керамические — для поверхностного монтажа.

Рис. 1.

ИК-излучатели в пластмассовом корпусе (см. табл. 1) широко применяются в решениях для индустрии. Могут так же, как и металлические, иметь линзовый купол (для фокусировки излучения) или плоское окно (для получения широкой диаграммы направленности). Пластмассовый или керамический корпус обеспечивает хорошую стойкость к коррозии, что позволяет использовать такие излучатели в агрессивных средах. Рабочий температурный диапазон излучателей в пластмассовом корпусе уже, чем у металлических. Он составляет — -40…85°C. Несмотря на то, что излучатели в пластмассовом и керамическом корпусах имеют меньшую мощность, за счет своей невысокой стоимости они более востребованы у разработчиков, чем излучатели в металлическом корпусе, если отсутствуют жесткие требования по температурному режиму.

Таблица 1. Типовые параметры ИК-излучателей в пластмассовом или керамическом корпусе

Рассмотрим в качестве примера из таблицы выше арсенид-галлиевый инфракрасный светоизлучающий диод SEP8706. Он имеет серый дымчатый корпус с излучателем, расположенным на боковой поверхности корпуса. Как показано в таблице 1, его угол излучения составляет 50°, что вполне достаточно для большинства приложений. Спектральный максимум излучения находится на длине волны 880 нм. Механически и спектрально излучатель SEP8706 совместим с фототранзистором SDP8406 , составным фототранзистором SDP8106 и датчиками с триггером Шмитта серий SDP8000/8600.

ИК-приемники

К ИК-приемникам (рис. 2), выпускаемым Honeywell S&C , относятся полупроводниковые кремниевые фотодиоды (см. рис. 3а), фототранзисторы (см. рис. 3б) , дарлингтоновские составные транзисторы (см. рис. 3в) и интегрированные фотодетекторы различных типов с логическим выходом на базе триггера Шмитта (см. рис. 3г, д, е).

Рис. 2.

Рис. 3. а — фотодиод; б — фототранзистор; в — составной фототранзистор; г — интегрированный с выходным транзистором по схеме ОЭ; д — интегрированный с двухтактным выходным каскадом; е — интегрированный с выходным транзистором по схеме ОЭ с открытым коллектором

ИК-фотодиодные детекторы

Фотодиодные детекторы (см. табл. 2) обеспечивают высокую линейность и высокоскоростной аналоговый выход. Чаще всего используются в энкодерах и устройствах для передачи данных. Для нормальной работы фотодиодных детекторов необходим внешний усилитель. Фотодиоды выпускаются в металлических, пластмассовых и керамических корпусах.

Таблица 2. ИК-фотодиодные детекторы

ИК-фототранзисторы

Основные характеристики некоторых типичных ИК-фототранзисторов (одиночных и дарлингтоновских) приведены в табл. 3. Кривые спектральных характеристик приведенных в таблице транзисторов имеют максимальное значение на длинне волны 880 нм, что указывает на тип полупроводника, использовавшегося при их производстве — алюмо-галлиевый арсенид. Они выпускаются как в металлических, так и в пластиковых корпусах.

Таблица 3. Основные характеристики некоторых ИК-транзисторов различных типов, выпускаемых Honeywell S&C

Фототранзисторы в металлическом корпусе используются в коммерческих и промышленных приложениях, в которых требуются фотоприемники с аналоговым выходом. Фототранзисторы имеют высокую нелинейность, и среднюю или высокую скорость отклика. Стеклянная линза обеспечивает великолепные оптические свойства. Фототранзисторы в металлическом корпусе имеют высокую допустимую рассеиваемую мощность, широкий температурный диапазон и стойкость к влаге и растворителям. Их рабочий температурный диапазон составляет -55…125°C.

Вот характеристики типичного фототранзистора в металлическом корпусе SD3443/5443 из таблицы выше: он построен на кремниевом NPN-фототранзисторе, в металлическом корпусе TO-46. Датчик SD3443 имеет плоское окно, обеспечивающее широкую диаграмму направленности, а датчик SD5443 снабжен линзой, позволяющей получить узкую диаграмму направленности. Корпуса TO-46 идеально подходят для работы в жестких условиях окружающей среды. Базовый вывод подключен к выводу корпуса для всех стандартных продуктов SD3443/SD5433. Механически и спектрально SD3443/SD5433 совместимы с ИК светодиодами SE3450/5450, SE3455/5455 и SE3470/5470.

Фототранзисторы в пластмассовом корпусе используются в коммерческих и промышленных приложениях с аналоговым выходом. Фототранзисторы обладают большой нелинейностью и малым или средним временем отклика. Стеклянные линзы обеспечивают превосходные оптические характеристики, а покрытие золотом и пластмассовый корпус препятствуют коррозии. Фототранзисторы выпускаются также в керамических корпусах для поверхностного монтажа с высококачественными стеклянными линзами. Фототранзисторы в пластмассовом корпусе идеально подходят для приложений, чувствительных к стоимости комплектующих. Рабочий температурный диапазон фототранзисторов в пластмассовом корпусе составляет -40…85°C.

Детекторы на составных фототранзисторах (схема Дарлингтона)

Детекторы на составных фототранзисторах обеспечивают нелинейный аналоговый выход с большим коэффициентом усиления по току. Используются для детектирования сверхслабых световых потоков, обеспечивают работу на больших дистанциях и имеют большое значение выходного тока.

Оптические детекторы с триггером Шмитта

Оптические детекторы с триггером Шмитта состоят из фотодиода, усилителя, триггера Шмитта и выходной ступени на транзисторе с нагрузочным резистором с сопротивлением 10 кОм, каскада с открытым коллектором или каскада с двухтактным выходом. Для повышения стабильности характеристик используется внутренний стабилизатор напряжения. Однокристальный фотодетектор с триггером Шмитта монтируется в металлостеклянном корпусе TO-46 с торцевым расположением фотодатчика или в пластмассовом корпусе с боковым расположением фотодатчика. Цифровой выход используется для обнаружения движения или для создания на его базе энкодеров. Основные характеристики этих детекторов приведены в табл. 4.

Таблица 4. Оптические детекторы с триггером Шмитта

Переходя к ИК-датчикам и энкодерам от Honeywell S&C, отметим, что они конструируются из уже имеющихся стандартных ИК-излучателей и ИК-приемников того же производителя. Например, отражательные датчики серии HOA0149 созданы на базе светодиода SEP8505 и фототранзистора SDP8405.

ИК-датчики

Инфракрасные датчики (рис. 4) положения, выпускаемые Honeywell S&C бывают просветного и отражательного типов.

Рис. 4.

Датчики просветного типа

Эти датчики могут иметь в качестве ИК-фотоприемника как одиночный элемент — фототранзистор (простой или составной) или фотодиод, так и содержать в своей схеме усилитель, встроенный триггер Шмитта и выходные каскады различных типов. Датчики просветного типа выпускаются в разнообразных корпусах с различными вариантами крепления, различной шириной рабочего просвета и различным размером апертурной щели. Корпуса могут быть как металлическими, так и пластмассовыми. Детектор срабатывает, если в оптическом промежутке между излучателем и приемником оказывается непрозрачный предмет.

В табл. 5. читатель может видеть характеристики некоторых успешно применяющихся на российском рынке типичных представителей семейства просветных датчиков, выпускаемых Honeywell S&C, как с триггером Шмитта, так и без него. По другому ИК-датчики, содержащие в своем составе триггер Шмитта, называются в таком контексте интегрированными, чтобы подчеркнуть их отличие от датчиков, где приемником является простейший элемент — фотодиод, фототранзистор (одиночный, либо составной дарлингтоновский).

Таблица 5. Датчики просветного типа различных типов

Характерный представитель просветных датчиков без триггера Шмитта — датчик HOA1874 содержит ИК светодиод SE1450/SEP8506 SD1440/SDP8406 (HOA1874-001, -002, -011, -012 ) или составной фототранзистор SD1410/SDP8106 (HOA1874-003, -013) помещенные в черный термопластиковый корпус. Датчики HOA1874-001, -002 и -003 имеют диаметр апертуры детектора 1,27 мм и используют компоненты в металлических корпусах, а датчики HOA1874-011, -012 и -013 имеют диаметр апертуры детектора 1,52 мм и выполнены из деталей в пластмассовых корпусах. Корпуса датчиков HOA1874-001, 002, 003 изготавливаются из ацетал-кополимера, а датчиков HOA1874-011, 012, 013 — из полиэстера.

Датчики просветного типа с триггером Шмитта состоят из расположенных друг напротив друга ИК-светодиода и фотодетектора с триггером Шмитта, помещенных в черный пластмассовый корпус. Выход фотодетектора переключается, когда поток излучения от светодиода перекрывается каким-либо непрозрачным предметом. Фотодетектор состоит из фотодиода, усилителя, стабилизатора напряжения и триггера Шмитта, сигнал с которого поступает на выходную ступень, представляющую собой NPN-транзистор с нагрузочным резистором сопротивлением 10 кОм, каскад с ОК или двухтактный каскад. Триггер Шмитта обеспечивает четкое однократное срабатывание датчика при прерывании оптического пути непрозрачным объектом.

Рассмотрим серию датчиков HOA096X/097X, имеющих триггер Шмита в своей конструкции. Здесь, в зависимости от конкретного наименования, имеется возможность выбора трех параметров датчика: размера апертуры детектора, конфигурации крепежных петель, материала корпуса. Выход датчика совместим с TTL-уровнями. Датчик обеспечивает высокую точность позиционирования объекта и может использоваться при большом уровне фоновой засветки.

Алгоритм работы:

• Буфер- Если оптический путь заблокирован, то выход находится в состоянии с низким уровнем.
• Инвертор- Если оптический путь заблокирован, то выход находится в состоянии с высоким уровнем.

Приборы HOA096X/097X могут применяться в датчиках присутствия, датчиках движения, энкодерах положения, датчиках границ и краев объекта, детекторах движения и счетчиках.

Датчики отражательного типа

Датчики отражательного типа имеют аналоговый выход за счет используемого в них фототранзистора и размещаются в литом корпусе. Используются в случае, если необходимо размещение излучателя и детектора не с разных сторон, как у просветных датчиков, а с одной стороны от обнаруживаемого объекта, который не является непрозрачным, или необходимо определение присутствия/положения объекта. Датчики выпускаются как с металлическими, так и с пластиковыми компонентами в зависимости от типа корпуса. Корпуса датчиков легко растворимы в хлороуглеродах и кетонах, поэтому для их очистки рекомендуется использовать метиловый или изопропиловый спирт (это относится также и к пластиковым энкодерам, о которых пойдет речь ниже). Некоторые примеры из известных отражательных ИК-датчиков Honeywell S&C приведены в таблице 6.

Таблица 6. Датчики отражательного типа

Датчики серии HOA0708/0709 содержат ИК-светодиод и кремниевый NPN-фототранзистор (HOA0708-001, -011 ), или составной фототранзистор (HOA0709-001, -011 ), установленные рядом в одном корпусе таким образом, что их оптические оси пересекаются. Датчик отвечает на излучение ИК-светодиода только в том случае, если в их поле зрения появляется отражающий объект. В конструкцию HOA0708-011 и HOA0709-011 входят просветные ИК-фильтры для минимизации помех от фоновой засветки и имеют гладкие оптические поверхности для предотвращения оседания пыли. Датчики HOA0708/0709 имеют литые пластмассовые корпуса.

Имеются датчики с выходным каскадом на обычном или составном транзисторе. Они снабжены фильтрами от фоновой засветки и пыли. Для максимального отклика можно осуществлять фокусировку.

Датчик HOA1404 состоит из ИК-светодиода SE1450 и кремниевого NPN-фототранзистора SD1440 (HOA1404-001, -002 ) или составного фототранзистора SD1410 (HOA1404-003 ), расположенных на одной стороне корпуса и имеющих пересекающиеся оптические оси. Имеет черный корпус из термопластика. Детектор отвечает на ИК-излучение от источника, только если в его поле зрения появляется отражающий предмет. Датчики серии HOA1404 изготовлены в металлическом корпусе.

На сегодняшний день ИК-датчики различных типов широко распространены и находят применение в принтерах и копирах, измерительных системах и системах хранения данных, в системах управления движением, сканерах, системах автоматических транзакций, сканерах штрих-кодов, датчиках падения, медицинском оборудовании

Энкодеры

Энкодеры Honeywell S&C построены на просветном принципе (рис. 5).

Рис. 5.

Функциональная схема их организации представлена на рис. 6.

Рис. 6.

Они могут иметь как собственный встроенный излучатель, так и быть рассчитанными на применение внешнего излучателя. В последнем случае энкодер состоит из одного лишь ИК-датчика-энкодера, который от обычного ИК-датчика отличается тем, что имеет в своем составе схему, позволяющую анализировать сдвиг по времени от поступающих световых импульсов (см. рис. 7).

Основные характеристики энкодеров различных типов представлены в таблице 7.

Таблица 7. Характеристики некоторых энкодеров

«Половинки» энкодеров, состоящие только из приемников

Датчики энкодеров представляют собой монолитные ИС, состоящие из трех фотодиодов, усилителей и триггеров Шмитта в выходной ступени. На выходе ИС устанавливаются NPN-транзисторы с внутренними нагрузочными резисторами сопротивлением 10 кОм. В состав ИС входит схема температурной компенсации мощности светодиода. На выходе энкодеры выдают два сигнала о характере перемещений отверстий диска или линейки, движущихся в просвете между излучателем и приемником (а эти диск или линейка, в свою очередь, соединенны с объектом, перемещение которого отслеживается). В зависимости от конструкции энкодера, этими двумя выходными сигналами являются либо смещенные по фазе друг относительно друга последовательности трапецеидальных импульсов, либо сигнал направления и последовательность тахоимпульсов. Ширина таких тахо-импульсов показана в таблице 7 (разумеется только для тех энкодеров, которые такие импульсы выдают).

Просветные энкодеры

Просветные энкодеры состоят из ИК-светодиода, напротив которого установлены три оптических датчика, помещенных в пластмассовый корпус. За один механический цикл прерывателя такой детектор генерирует два электрических импульса. Выходные сигналы дают информацию о скорости и направлении движения. Цифровой выход можно использовать как датчик присутствия или движения.

Например, датчик HOA0901, размещенный в черном термопластовом корпусе, содержит двухканальную ИС детектора HLC2701 и ИК-светодиод SEP8506. Типичное применение датчика — использование с прерывателем в виде диска с отверстиями (кодовый диск) для кодирования величины и направления вращения. Датчик используется в линейных и вращающихся энкодерах, в том числе в оптических мышах. На каждый механический цикл прерывателя генерируется по два электрических импульса, которые могут давать информацию о скорости и направлении.

ИС детектора содержит два светодиода, усилители и триггер Шмитта. На выходах установлены NPN-транзисторы с нагрузочными резисторами сопротивлением 10 кОм, что позволяет непосредственно управлять TTL-нагрузками. ИС снабжена схемой компенсации изменения выходной мощности ИК светодиода при изменении температуры. Оптически чувствительные области ИС имеют размер 0,203 мм в ширину и 0,381 мм в высоту с промежутком 0,0254 мм, при этом межцентровое расстояние составляет 0,229 мм, а общая ширина зоны чувствительности 0,432 мм.

Основное применение энкодеры находят в качестве основы для конструирования систем кодирования перемещений и вращения. Например, они используются в линейных и вращающихся энкодерах, в том числе — в оптических мышах и системах управления перемещением манипуляторов роботов.

Литература

1. Сайт Сенсорного Контроля Honeywell: www.honeywell.com/sensing

2. Маргелов А., «Оптические датчики положения компании Honeywell». ЭК №8, 2004

3. Карпов В.Э. «Управление движения роботом с использованием энкодера» http://robofob.ru/materials/begin/mEncoder.pdf .

Получение технической информации, заказ образцов, поставка — e-mail:

Набор изделий Honeywell S&C для морской нефте- и газодобычи

На проходившей с 30 апреля по 3 мая 2012 г. в США в хьюстонском Релайэнт-Центре конференции по технологиям морской добычи полезных ископаемых подразделение Honeywell S&C представило свой новый «портфельный» набор различных устройств, рекомендованных для повышения безопасности и производительности при разработке нефтяных и газовых месторождений.

Этот набор включает в себя:

• Прецизионные датчики давления Model 425 и Model 427, обеспечивающие точность измерения 0,1 и 0,2% соответственно, и способные работать как с жидкой, так и с илистой средой.
• Пыле-, брызго- и взрывозащищенные переключатели серии BX2, предназначенные для работы в опасных средах. Они также имеют специальное покрытие, которое позволяет им выдерживать кратковременное воздействие языков пламени и выхлопов горячего газа.
• Беспроводные концевые выключатели- изделия, качество которых не уступает качеству уже широко распространенных под маркой Microswitch TM обычных проводных концевых выключателей этой же фирмы. Беспроводной вариант удобно использовать там, где подвод проводов к обычному концевому выключателю невозможен, дорог, либо требует слишком много времени.
• Беспроводные датчики положения XYR TM 6000, новый продукт от Honeywell S&C, предназначенный для отслеживания в удаленном режиме состояния различных клапанов. Это устройство, как и перечисленные выше, также предназначено для работы в тяжелых средах.
• Целый набор различных датчиков (давления, температуры, усилия и момента вращения), которые найдут применение в различных буровых установках и погружных платформах.

Устройства, входящие в вышеперечисленный набор, обладают повышенными прочностными показателями и надежностью, которые особенно важны для электронных компонентов, использующихся в нефте-газовом оборудовании.

О компании Honeywell

Д.В. Сукачев , руководитель направления «Домашняя автоматизация», ООО «Марбел М»

Введение

План мероприятий по энергосбережению и повышению энергетической эффективности в Российской Федерации, утвержденный распоряжением Правительства РФ № 1830-р 1.12.2009 (полный текст распоряжения и плана можно посмотреть на веб-портале - прим. ред.) , направленный на реализацию Федерального закона «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации», в частности предусматривает «разработку примерной формы перечня мероприятий для многоквартирного дома (группы многоквартирных домов) как в отношении общего имущества собственников помещений в многоквартирном доме, так и в отношении помещений в многоквартирном доме, проведение которых в большей степени способствует энергосбережению и повышению эффективности использования энергетических ресурсов» (п. 47).

Результаты многочисленных круглых столов, посвященных повышению энергоэффективности в ЖКХ позволяют с большой долей вероятности предположить, что одним из мероприятий будет установка датчиков движения или присутствия для автоматического включения светильников на лестницах, в лифтовых холлах и других проходных зонах, где люди появляются на относительно небольшое время и поэтому держать светильники постоянно включенными нецелесообразно и затратно.

Автоматизация управления освещением позволит снизить расход электроэнергии до 75% .

Датчики движения и присутствия одни из основных элементов систем автоматизации.

Устройство и принципы работы датчиков движения и присутствия

Датчики движения и присутствия автоматически включают/выключают освещение в помещении в зависимости от интенсивности естественного потока света и/или присутствия людей. Принцип их действия основан на регистрации изменения инфракрасного (ИК) излучения , вызванного перемещением или деятельностью человека.

По физической природе видимый свет и ИК излучение одинаковы. ИК излучение также можно сфокусировать линзой, как обычный свет. При попадании ИК излучения на фотоэлемент он меняет свои параметры. При комнатной температуре в видимом свете тела не светятся, а в ИК диапазоне - просто сияют.

На рис. 1 представлена фотография человеческого тела, сделанная в полной темноте.

Рис. 1. Распределение температуры человеческого тела в инфракрасном спектре

Назовем это излучение «инфракрасным светом» или сокращенно - ИК свет. А словом «свет» будем обозначать обычный видимый свет. Яркость ИК света зависит от температуры тела. Что горячее - светится ярче, что холоднее, светится слабее. Контраст между ИК свечением человека и, например, ИК свечением холодного окна значительный. Присутствие человека распознается сразу, см. рис. 1.

ИК свет человека и ИК свет теплого пола практически одинаковы. Распознать человека по контрасту ИК света человека и ИК света теплого пола почти невозможно.

Датчики движения и датчики присутствия реагируют на появление и исчезновение ИК света на фотоэлементе. Такие появления-исчезновения ИК света чаще всего вызваны деятельностью человека, реже факторами, не связанными с человеком, например, движением теплого воздуха от батареи и т.п.

Поэтому ошибочные срабатывания присущи всем датчикам движения (присутствия). Датчики движения более просты по конструкции и реагируют только на активные движения, например, идущего человека.

Датчик присутствия реагирует на все незначительные движения, обычно совершаемые человеком, когда он стоит или сидит: движение пальцев по клавиатуре, покачивание головы и т.п. Если человек будет сидеть абсолютно неподвижно, то через заданное время датчик отключит свет.

На рис. 2 представлено устройство ИК датчика. В середине датчика расположены приемники ИК света - фотоэлементы. Эти элементы накрыты похожей на колпак или цилиндр мультилинзой (рис. 3).

Мультилинза состоит из множества маленьких линз, каждая из которых фокусирует ИК свет на плоскость фотоэлемента, а одна из них - непосредственно на сам фотоэлемент (сигнал регистрируется). При движении человека через какое-то время фокус линзы уходит с фотоэлемента и сигнал пропадает. Затем уже другая линза фокусирует ИК свет человека на фотоэлемент - сигнал опять появляется. Такое появление-исчезновение-появление сигнала - признак присутствия человека.

Рис. 2. Устройство ИК датчика

Рис. 3. Мультилинза ИК датчика

Рис. 4. Принцип работы датчика движения или присутствия

Каждая линза охватывает свой сегмент. Сигнал пропадает при выходе человека (руки человека) за границы этого сегмента. При перемещении внутри сегмента сигнал не меняется.

Первый вывод. Чем больше таких линз, тем более мелкие движения может улавливать датчик.

Вывод второй. С удалением от датчика размер сегмента увеличивается и с какого-то расстояния все мелкие движения, например, движение рук, покачивания головы будут находиться в границах одного сегмента. После этого расстояния датчик присутствия может работать уже только как датчик движения.

У датчиков движения сегменты более крупные по сравнению с датчиками присутствия. Датчики движения загрублены и реагируют на более яркий ИК свет по сравнению с датчиками присутствия.

Установка датчика

На датчик не должен падать прямой свет ламп (рис. 5).

Рис. 5. Размещение светильников и датчика движения или присутствия

В зоне обнаружения датчика не должно быть посторонних объектов, ограничивающих обзор датчика, например подвесных светильников (рис. 6).

Рис. 6. Размещение подвесных светильников

Так же в зоне обнаружения не должно быть перегородок, даже стеклянных, т.к. ИК свет сквозь стекло не проходит.

Основная характеристика датчика движения - радиус обнаружения. Для датчика присутствия - радиус обнаружения сидящего или стоящего человека и радиус обнаружения идущего человека. Этот радиус должен «дотягиваться» до углов помещения. Если не дотягивается, то в комнате придется ставить 2, а то и 3 датчика. Охватить прямоугольное помещение датчиками с круговыми диаграммами можно только с перехлестом диаграмм.

Почти все датчики движения (присутствия) на сегодня - это датчики с круговыми или овальными диаграммами обнаружения. Датчики присутствия с квадратной зоной обнаружения на сегодня выпускаются только единственной немецкой компанией. Квадратная зона обнаружения значительно упрощает проектирование, да и самих датчиков требуется меньше: 4 «квадратных» вместо 7 с круговой диаграммой. Углы помещения надежно перекрываются (рис.7).

Рис. 7. Сравнение круговых и квадратных зон обнаружения

Датчики движения и присутствия следует устанавливать подальше от отопительных приборов, кондиционеров или вентиляторов.

Заключение

и датчики присутствия, и датчики движения реагируют на изменение ИК света;

• изменение ИК света вызывает движение, как человека, так и любых нагретых объектов (животные, поток теплого воздуха);
• у датчиков присутствия более высокая чувствительность по сравнению с датчиками движения, поэтому у них бывает значительно больше ложных срабатываний;
• настройка чувствительности датчика может носить сезонный характер;
• настройка чувствительности датчика присутствия - кропотливый и долгий процесс;
• встроенный микропроцессор обеспечивает стабильную работу датчика практически без ложных срабатываний, ручная настройка чувствительности не требуется;
• датчики с квадратной диаграммой более удобны. В среднем требуется 4 датчика с квадратной диаграммой вместо 7 с круглой.

Литература:

1. «Справочная книга по светотехнике» под редакцией Ю.Б.Айзенберга, Москва, 2008 г.