Помощь по Теле2, тарифы, вопросы

Инфракрасный датчик движения представляет собой одну из разновидностей техники автоматического управления осветительными приборами. Подобные устройства включают и, спустя определенное время, отключают светильник или прожектор при условии обнаружения движущегося объекта в рабочей зоне. А нерегулярное освещение в темное время суток позволяет сократить расходы на электроэнергию.

Подробнее о направлениях применения

Функция включения света исключительно по необходимости востребована в большей мере на охраняемых территориях, а значит, при организации системы безопасности обычно задействуют автоматические узлы управления освещением. Кроме того, параллельно с датчиком движения можно подключить приборы, выдающие звуковой сигнал (сирену), а также систему видеонаблюдения. Все эти меры целесообразно использовать как в помещении, так и за его пределами.

Различные виды приборов

Устройства автоматического включения света, которые используют внутри объекта, обычно устанавливают на участках, где люди находятся непостоянно: лестничные клетки и пролеты, кладовые помещения, санузлы, коридоры. Датчики для внутреннего монтажа более чувствительны к перепадам температур, поэтому их не следует устанавливать на улице, для этого есть специальные устройства. Еще одно направление применения – системы управления типа «умный дом».

Конструкционные особенности прибора

Прибор автоматического включения света характеризуется отсутствием излучения во время работы, как, например, ультразвуковой аналог. Поэтому его называют – пассивный датчик движения. Такая техника функционирует по принципу регулярного отслеживания инфракрасного излучения в рабочей зоне пироэлектрического датчика.

Определение движения объекта осуществляется посредством оптического элемента – линзы Френеля. При обнаружении в радиусе действия движущегося объекта достаточно крупных размеров пассивный датчик включения света генерирует несколько импульсов, на базе которых формируется сигнал для подачи на пироэлемент. Важным условием при этом является изменение интенсивности теплового излучения фона.

Точность работы подобной техники определяется типом пироэлемента, используемого в конструкции, а также количеством сегментов оптической системы. В последнее время стали популярными сдвоенные и счетверенные пироэлементы, что способствует повышению уровня чувствительности прибора для автоматического включения света и в результате приводит к полному исключению ложных срабатываний.

Но для корректной работы прибора следует устанавливать его в области, куда не попадают прямые лучи от прожектора.

Еще необходимо проследить, чтобы пассивный ИК-датчик располагался в зоне, где отсутствуют стеклянные перегородки и посторонние объекты. Это обусловлено тем, что люстры, колонны, предметы мебели с высокими стенками, а также стекло являются непреодолимыми преградами для проникновения ИК-излучения.

Устройство ИК датчика

Инфракрасный датчик движения может настраиваться в соответствии с условиями эксплуатации. Зимой нередко требуется повышение уровня чувствительности, так как тепловое излучение объекта в холодное время года будет соответствовать фоновому уровню в рабочей зоне прибора автоматического включения света.

Обычно такая техника предполагает наличие возможности настройки временного интервала отключения. При этом пассивный датчик отключит осветительный прибор по прошествии заданного промежутка времени, который может варьироваться от нескольких секунд до 8-10 мин. в зависимости от модели.

Достоинства ИК-датчика

Пассивный прибор для автоматического включения света должен характеризоваться достаточным уровнем точности, простотой и удобством эксплуатации. Все это можно сказать об инфракрасном варианте конструкции. Сравнительно высокую степень точности определения движущегося объекта в радиусе действия обеспечивает оптическая система, а также способность распознавать изменения интенсивности фонового теплового излучения.

Кроме того, пассивный прибор благодаря особенностям конструкции и функционирования характеризуется полной безопасностью во время работы. Это обусловлено отсутствием каких-либо излучений. Например, если сравнивать подобную технику с ультразвуковым исполнением, который не следует использовать в помещении, где постоянно находятся животные, то пассивный датчик является более предпочтительным вариантом.

Как сделать правильный выбор

Устройства автоматического включения света в первую очередь подбираются на основании условий эксплуатации: где планируется установка (на потолке или стене), на улице или в помещении. Существуют разнотипные по степени защиты варианты конструкций, поэтому при выборе нужно определить интенсивность загрязнения участка установки датчика, а также подверженность влаге. Еще один важный критерий – радиус предполагаемого действия прибора. Например, если подключить пассивный датчик на территории, где множество преград (перегородки, предметы мебели и прочее), то качество его работы будет заметно ниже.

Далее, подбирается исполнение для автоматического включения света в соответствии с мощностью осветительных приборов. Нужно сначала определиться с тем, какое количество светильников или прожекторов планируется подключить, а также учесть общую мощность этих осветительных приборов.

Пассивный ИК-датчик должен иметь соответствующие переключатели, позволяющие изменить уровень чувствительности и временной интервал отключения. Это позволит настроить качественную работу прибора в разное время года.

На выбор влияет угол обзора модели. Данный параметр определяется типом крепления: на стене, к потолку. Последний вариант обеспечит более широкую область просмотра. Средняя стоимость подобной техники: от 300 до 600 руб.

Пассивный ИК-датчик подбирается также на основании собственных параметров:

• номинальное напряжение сети (220-230 В), что учитывается при подключении;
• мощность нагрузки может быть указана для разных типов источника света (ламп накаливания, люминесцентных исполнений);
• дальность обнаружения объекта при различных условиях эксплуатации, при этом обычно указываются разные диапазоны значений температур окружающей среды;
• рекомендуемое сечение проводов, что также важно, когда выполняется подключение прибора;
• климатическое исполнение.

Последний параметр из названных наряду с показателем степени защиты позволяет определить наиболее приемлемые условия эксплуатации для работы выбранного устройства.

Схема подключения

Принцип соединения проводов можно понять из инструкции к прибору. Классическая схема, описывающая подключение датчика движения к нагрузке, выглядит следующим образом:

Кроме того, существует вариант, позволяющий дополнительно установить выключатель. Схема в этом случае имеет несколько иной вид:

Можно встретить информацию о том, что датчики движения невозможно повредить, соединив провода неправильно. Это не так и в ситуации, когда подключение выполняется иначе, без оглядки на схему, прибор может сгореть при попытке подать нагрузку.

Особенности монтажа

Для установки в комплектации к датчику предусмотрен соответствующий крепеж. Схема выполнения этих и других работ обычно прилагается в инструкции. Последовательность действий: подключение и монтаж на поверхность, может варьироваться в зависимости от модели прибора. Это обусловлено расположением клеммной колодки. Наличие маркировки внутри короба датчика движения делает подключение более простой задачей.

Для работы потребуется трехжильный провод в соответствующей цветовой гамме, что также должно упростить работу: красный цвет – «нагрузка», синий – «ноль», коричневый – «фаза», желто-зеленый – «земля». Для соединений проводов используются клеммные зажимы или специального типа изолированные наконечники.

Если цвета изоляции проводов не соответствуют стандартным, то чтобы определить «фазу» или «ноль» рекомендуется задействовать индикатор. Работа производится при отключенной нагрузке. Все дальнейшие действия по соединению должны выполняться в соответствии с выбранным вариантом (схема с выключателем или же без него). Таким образом, инфракрасный датчик движения представляет собой подходящее по многим параметрам исполнение, вне зависимости от того, какая схема подключения выбрана.

Сегодня уже мало кого удивляет автоматически распахивающаяся перед посетителем дверь учреждения или магазина. В большинстве подобных случаев приближение человека "чувствует" висящий над дверью прибор, снабженный пироэлектрическим датчиком (приемником) ИК излучения.

Подобные датчики отличаются высокой чувствительностью, долговечны, просты в эксплуатации. Они находят широкое применение, в том числе в системах охранной и пожарной сигнализации, дистанционных измерителях температуры.

Пироэлектрический эффект (пирос по-гречески - огонь) - генерация электрических зарядов в кристаллах под воздействием тепла известен очень давно, его исследованием еще в XIX веке занимался известный немецкий физик Вильгельм Рентген. Эффект сродни пьезоэлектрическому, более того, пироэлектрики, как правило, обладают и пьезоэлектрическими свойствами.

В кристаллах природного происхождения (кварц, турмалин) пироэлектрический эффект выражен довольно слабо, но теоретически показана возможность существования веществ со сколь угодно большим пироэлектрическим коэффициентом - отношением приращения электрического заряда к вызвавшему его приращению температуры.

Сравнительно недавно такие вещества, относящиеся к классу сегнетоэлектриков, удалось синтезировать и создать на их основе чувствительные датчики.

Типовая схема датчика показана на рис. 1.

Чувствительным элементом В1 служит своеобразный конденсатор - пластина из пироэлектрика с металлическими обкладками. На одну из обкладок нанесен слой вещества, способного поглощать электромагнитное (тепловое) излучение. В результате поглощения энергии температура пластины конденсатора увеличивается и между обкладками появляется напряжение строго определенной полярности. Будучи приложенным к участку затвор- исток встроенного полевого транзистора VT1, оно вызывает изменение сопротивления его канала. Выходной сигнал снимают с внешнего нагрузочного резистора, включенного в цепь стока транзистора.

Через некоторое время, независимо от того, продолжает действовать на датчик тепловое излучение или нет, конденсатор разрядится через сопротивление утечки R1 - выходной сигнал спадает до нуля.

Зачастую датчики снабжают несколькими чувствительными элементами, соединенными последовательно с чередующейся полярностью. Этим обеспечивают нечувствительность прибора к равномерному фоновому облучению и получение знакопеременного выходного напряжения при перемещении сфокусированного изображения объекта по чувствительной поверхности датчика.

Измеряют чувствительность пироэлектрического датчика обычно с помощью установки, схематически изображенной на рис. 2.

Имитатор абсолютно черного тела использован в качестве источника теплового излучения.

Поток периодически, с частотой 1 Гц, перекрывает заслонка-прерыватель, приводимый в действие электродвигателем.

ИК импульсы поступают на чувствительный элемент датчика и вызывают появление импульсов напряжения на внешнем нагрузочном резисторе R1. Легко видеть, что полевой транзистор датчика здесь включен истоковым повторителем.

Как показывают измерения, чувствительность датчика уменьшается практически пропорционально увеличению частоты импульсов излучения, принимаемых им. Причина этому - значительная тепловая инерционность чувствительного элемента.

Датчики, предназначенные для работы при больших перепадах температуры окружающей среды, оснащают двумя чувствительными элементами, включенными встречно последовательно, - рабочим и компенсационным. Компенсационный элемент может быть закрыт от внешнего потока излучения, но находится в одинаковых с рабочим температурных условиях.

Характеристику спектральной чувствительности датчика определяет поглощающая способность материала покрытия пластины пироэлектрика в том или ином частотном интервале электромагнитного излучения. Окончательно ее формируют с помощью оптических фильтров, устанавливаемых перед чувствительным элементом.

Типовые характеристики спектральной чувствительности различных вариантов пироэлектрических датчиков показаны на рис. 3.

Датчики с характеристикой 1 предназначены для обнаружения пламени, 2 и 3 - наилучшим образом подходят для фиксации движения человека. Характеристика 4 оптимальна для использования в дистанционных измерителях температуры.

Пироэлектрические датчики различного назначения выпускают несколько фирм. Ниже будет подробно рассказано об изделиях одной из них - Murata Manufacturing Co (Япония).

Датчики оформлены в цилиндрическом металлическом корпусе с тремя (или четырьмя) жесткими проволочными лужеными выводами (рис. 4).

На плоском торце корпуса, противолежащем выводам, имеется квадратное, прямоугольное или круглое окно, закрытое прозрачным для ИК лучей фильтром. На этом же рисунке указана цоколевка приборов.

Основные технические характеристики пироэлектрических датчиков серии IRA фирмы Murata представлены в таблице.

У датчиков IRA-E710ST0, IRA-E910ST1, IRA-E420S1 и IRA-E420QW1 между выводами затвора и истока, а также затвора и стока полевых транзисторов включены встроенные блокировочные конденсаторы. В корпусе прибора IRA-E940ST1 размещены два датчика с двумя чувствительными элементами каждый. Прибор имеет один общий вывод и объединенный стоковый вывод, выводы истока транзисторов - раздельные.

* В двух перпендикулярных плоскостях.
** Все элементы соединены последовательно и по полярности встречно.

Типовая схема применения пироэлектрического датчика в устройстве охранной сигнализации показана на рис. 5.

Конденсаторы С1 и С2 служат для подавления высокочастотных наводок на выводы датчика В1 и должны быть установлены в непосредственной близости от него. Эти конденсаторы не нужны, если в примененном датчике уже есть встроенные.

Внутренний полевой транзистор датчика В1 включен по схеме истокового повторителя. Его нагрузка - резистор R1. Колебания напряжения, возникающие на нем при движении нагретого объекта в чувствительной зоне, усиливают два ОУ - DA1.1 и DA1.2. Их общий коэффициент усиления достигает максимума (7500) на частоте 2 Гц, спадая на 3 дБ в частотных точках 0,5 и 5,5 Гц. Однако инерционность самого датчика сдвигает общую полосу пропускания системы датчик-усилитель значительно ниже - до 0,06...1,2 Гц.

Как только амплитуда сигнала на выходе ОУ DA1.2 превысит 0,8 В, срабатывает компаратор DA2.1, если выброс напряжения положителен, или DA2.2, если он отрицателен, относительно некоторого значения, близкого к половине напряжения питания (оно определено номиналами резисторов R10 и R12).

Выходы компараторов (с открытым коллектором) соединены параллельно, поэтому при срабатывании любого из них изменяется логический уровень на входе микроконтроллера.

В результате обработки полученной последовательности импульсов (измерения их длительности, подсчета числа за определенный промежуток времени) микроконтроллер вырабатывает управляющий сигнал, приводящий в действие исполнительный механизм или узел подачи тревоги.

Для увеличения пространственной зоны чувствительности датчика перед его оптическим окном обычно устанавливают линзу, фокусирующую ИК лучи на пластине пироэлектрика.

Чтобы получить веероподобную форму чувствительного сектора обзора, подобную показанной упрощенно на рис. 6,а, применяют зонированную линзу Френеля.

Она состоит из множества отдельных фокусирующих участков, каждый из которых формирует свой чувствительный луч, приходящий с определенного направления. В результате при перемещении движущегося объекта из одного луча в другой датчик генерирует переменное напряжение.

Подобная веерность лучей образуется и в вертикальной плоскости (рис. 6,б).

Применяя линзы Френеля специальной структуры, можно варьировать форму лепестков с тем, чтобы получить наилучшие условия для обнаружения объекта в заданном секторе обзора.

Кроме датчиков серии IRA, фирма Murata выпускает пироэлектрические модули IMD-B101-01 и IMD-B102-01.

Наряду с собственно датчиком, такой модуль содержит усилитель и формирователь импульсов, пригодных для подачи на входы стандартных логических элементов (узел A3).

Структурная схема модуля показана на рис. 7, а чертеж корпуса - на рис. 8.

Цоколевка модулей отличается мало. У обоих вывод 1 - общий, минусовый вывод питания; вывод 3 - плюсовой вывод питания; вывод 4 - цифровой выход. Ноумодуля IMD-B 101-01 вывод 2 - аналоговый выход усилителя сигнала датчика, а у IMD-B102-01 - вход сигнала стробирования коммутатора.

Основные характеристики модулей.

Напряжение питания, В...................................................2,6...5,5
Собственный потребляемый ток, мкА................................120
Выходной ток, мА.........................................................1
Длительность выходных импульсов, с................................1...3
Время восстановления после срабатывания, с, не более.........3
Дальность обнаружения объекта, м,
без линзы....................................................................1
с линзой Френеля.............................................................5
Угол обзора, град.......................................................119x38
Рабочий температурный интервал, °С............................-10...+50

В системах, автоматически включающих освещение при обнаружении движения в помещении, на вход стробирования модуля IMD-B102-01 обычно подают сигнал с фоторезистора, реагирующего на общую освещенность. Этим исключают срабатывание системы в дневное время.

Среди большого многообразия охранных извещателей, инфракрасный датчик движения является самым распространенным устройством. Доступная цена и эффективность, вот качества, обеспечившие им популярность. А все благодаря тому, что в начале девятнадцатого века обнаружили инфракрасное излучение.

Оно находится за границей видимого красного света в диапазоне 0,74-2000 мкм. Оптические свойства веществ сильно различаются и зависят от типа облучения. Небольшой слой воды является непрозрачным для ИК излучения. Инфракрасное излучение солнца составляет 50 процентов всей излучаемой энергии.

Область применения

Инфракрасные датчики движения для охраны применяются давно. Они фиксировали перемещения теплых объектов в помещениях, и передавали сигнал тревоги на контрольную панель. Их стали совмещать с видеокамерами и фотоаппаратами. При нарушении происходила фиксация происшествия. Потом область применения расширилась. Зоологи стали применять в фотоловушках для контроля исследуемых животных.

Больше всего ИК датчики применяются в системе умный дом, где играют роль сенсора присутствия. При попадании теплокровного объекта в область действия устройства, оно включает освещение в помещении или на улице. Экономится электричество и облегчается жизнь людям.

В системах контроля доступа извещатели движения управляют открыванием и закрыванием дверей общественных сооружений. По расчетам экспертов рынок ИК сенсоров будет расти на 20% ежегодно ближайшие 3-5 лет.

Принцип работы ИК датчика движения

Работа ИК извещателя заключается в контроле инфракрасного излучения определенной области, сравнении его с фоновым уровнем, и по результатам анализа выдачи сообщения.

ИК датчики движения для охраны используют активные и пассивные виды сенсоров. Первые для контроля используют собственный передатчик, облучающие все в зоне действия устройства. Приемник получает отраженную часть ИК излучения и по его характеристикам определяет, было нарушение зоны охраны или нет. Активные датчики бывают комбинированного типа, когда принимающие и передающие блоки разделены, это извещатели контролирующие периметр объекта. Имеют большую дальность действия по сравнению с пассивными устройствами.

Пассивный инфракрасный датчик движения не имеет излучателя, он реагирует на изменение окружающего ИК излучения. В общем случае, извещатель имеет два чувствительных элемента, способных фиксировать инфракрасное излучение. Перед сенсорами устанавливается линза Френеля, разбивающая пространство на несколько десятков зон.

Маленькая линза собирает излучение с конкретного участка пространства и посылает на свой чувствительный элемент. Соседняя линза, контролирующая смежный участок посылает поток излучения на второй сенсор. Излучения соседних участков примерно одинаковы. При нарушении баланса, превышении какого-то порогового значения, прибор извещает контрольную панель о нарушении зоны охраны.

Схема ИК датчика

Каждый производитель имеет уникальную принципиальную схему ИК извещателя, но функционально они примерно одинаковы.

ИК датчик имеет оптическую систему, пирочувствительный элемент, блок обработки сигналов.

Оптическая система

Рабочая область современных датчиков движения весьма разнообразна благодаря различным формам оптической системы. От устройства расходятся лучи в радиальном направлении в различных плоскостях.

Так как извещатель имеет сдвоенный сенсор, то все лучи раздваиваются.

Оптическая система ориентируется таким образом, что будет контролировать только одну плоскость или несколько плоскостей на разных уровнях. Может контролировать пространство вкруговую или по лучу.

При построении оптики ИК-датчиков часто используются линзы Френеля, представляющих множество призматических фасеток на выпуклой пластиковой чашке. Каждая линза собирает ИК поток со своего участка пространства и отправляет на ПИР элемент.

Конструкция оптической системы такова, что избирательность по всем линзам одинакова. Чтобы защититься от собственного тепла элементов, насекомых в устройстве устанавливается герметичная камера. Редко используется зеркальная оптика. Это значительно повышает дальность действия устройства и цену прибора.

Пирочувствительный элемент

Роль сенсора в ИК датчике играет пироэлектрический преобразователь на чувствительных полупроводниковых элементах. Он состоит из двух сенсоров. На каждый из них от двух соседних лучей поступает поток излучения. При одинаковом равномерном фоне сенсор молчит. При возникновении дисбаланса, в одной зоне появляется дополнительный источник тепла, а в другой нет, сенсор срабатывает.

Для повышения надежности и уменьшения ложных срабатываний в последнее время стали применять счетверенные ПИР элементы. Это увеличило чувствительность и помехозащищенность прибора. Но уменьшило расстояние уверенного распознавания нарушителя. Для решения этого приходится использовать прецизионную оптику.

Блок обработки сигналов

Главной задачей блока является надежное распознавание человека на фоне помех.

Они бывают самые разнообразные:

1. солнечное излучение;
2. искусственные ИК источники;
3. кондиционеры и холодильники;
4. животные;
5. конвекция воздуха;
6. электромагнитные помехи;
7. вибрация.

Блок обработки для анализа использует амплитуду, форму и длительность выходного сигнала пироэлектрического преобразователя. Воздействие нарушителя вызывает симметричный двухполярный сигнал. Помехи выдают несимметричные значения на обрабатывающий модуль. В простейшем варианте сравнивается амплитуда сигнала с пороговым значением.

При превышении порога извещатель сообщает об этом, подавая определенный сигнал на контрольную панель. В более сложных датчиках измеряется длительность превышения порога, количество этих превышений. Для повышения помехозащищенности прибора используется автоматическая термокомпенсация. Она обеспечивает постоянную чувствительность во всем диапазоне температур.

Обработка сигнала осуществляется аналоговыми и цифровыми устройствами. В новейших устройствах начали применять цифровые алгоритмы обработки сигнала, что позволило улучшить избирательность прибора.

Эффективность использования ИК извещателя в охранной сигнализации

От правильности выбора вида сенсора, расположения на объекте охраны во многом зависит его эффективность. Пассивные ИК датчики движения уличные и внутреннего применения реагируют на перемещения теплых по сравнению с фоном объектов при определенных скоростях перемещения. При маленькой скорости движения, изменения потоков инфракрасного излучения в соседних секторах настолько незначительны, что он воспринимается, как фоновый дрейф, и не реагирует на нарушение зоны охраны.

Если нарушитель облачится в защитный костюм с отличной теплоизоляцией, то ИК датчик движения не отреагирует, не будет нарушения баланса излучения в соседних зонах. Человек сольется с фоновым излучением.

Нарушитель двигается вдоль лучей извещателя движения с малой скоростью, в этом случае он нередко молчит.

Изменения потоков оказываются недостаточными для срабатывания устройства. Особенно свойственно извещателям с функцией защиты от животных. В них уменьшают чувствительность, чтобы избежать реакции на появления домашних питомцев.

Важно правильно установить инфракрасный датчик. Требуется по конфигурации здания применять устройство типа «шторка», следует так и делать. Производитель рекомендует монтаж прибора на определенной высоте, надо соблюсти и это.

Для повышения эффективности работы инфракрасных датчиков их применяют совместно с сенсорами, работающими на других принципах.

Обычно, дополнительно придается радиоволновой извещатель с высокой чувствительностью, что снижает процент ложных срабатываний и повышает надежность охранной сигнализации. При защите окон от проникновения дополнительно устанавливается ультразвуковой извещатель, реагирующий на разбитие стекла.

Заключение

Постепенно ИК датчики усложняются, повышается их чувствительность, улучшается избирательность. Сенсоры находят широкое распространение в системах «умный дом», видеонаблюдения, контроль доступа. Совместное использование с различными устройствами повысило потребительские свойства датчиков. Им уготована долгая жизнь.

Видео: Датчик движения, принцип работы

Инфракрасные извещатели являются одними из самых распространенных в системах охранной сигнализации. Объясняется это весьма широким спектром их применения.

Они используются:

• для контроля внутреннего объема помещений;
• организации охраны периметров;
• блокировки различных строительных конструкций "на проход".

Помимо климатического исполнения (уличной и внутренней установки) они также подразделяются по принципу действия. Существует две большие группы: активные и пассивные. Кроме того, инфракрасные извещатели подразделяются по типу зоны обнаружения, а именно:

• объемные;
• линейные;
• поверхностные.

Давайте рассмотрим по порядку для каких целей применяются те или иные их виды.

Пассивные инфракрасные извещатели.

Эти датчики имеют в своем составе линзу, "нарезающую" контролируемую область на отдельные сектора (рис.1). Срабатывание извещателя происходит при обнаружении температурных перепадов между этими зонами. Таким образом, мнение, что такой охранный датчик реагирует чисто на тепло ошибочно.

Если человек, находящийся в зоне обнаружения, будет стоять неподвижно извещатель не сработает. Кроме того, температура объекта, близкая к фоновой также влияет на его чувствительность в сторону уменьшения.

Тоже самое относится к случаям, когда скорость перемещения объекта ниже или выше нормируемой величины. Как правило, это значение лежит в пределах 0,3-3 метра/секунду. Для уверенного обнаружения нарушителя этого вполне достаточно.

Активные инфракрасные извещатели.

Устройства этого типа имеют в своем составе излучатель и приемник. Они могут быть выполнены отдельными блоками или совмещены в одном корпусе. В последнем случае при установке такого охранного прибора дополнительно используется элемент, отражающий ИК лучи.

Активный принцип действия характерен для линейных датчиков, которые срабатывают при пересечении инфракрасного луча. Ниже рассмотрены принципы действия и особенности применения основных типов ИК извещателей.

ОБЪЕМНЫЕ ИНФРАКРАСНЫЕ ИЗВЕЩАТЕЛИ

Эти устройства являются пассивными (что это такое см.выше) и используются, в основном для контроля внутреннего объема помещений. Диаграмма направленности объемного датчика характеризуется:

• углом раскрыва в вертикальной и горизонтальной плоскостях;
• дальностью действия извещателя.

Обратите внимание - дальность действия указывается по центральному лепестку диаграммы, для боковых она будет меньше.

Что характерно для любого инфракрасного датчика, в том числе объемного - любое препятствие для него является непрозрачным, соответственно создает мертвые зоны. С одной стороны - это недостаток, с другой - достоинство, поскольку полностью отсутствует реакция на движущиеся предметы за пределами охраняемого помещения.

Также к недостаткам следует отнести возможность ложного срабатывание от таких факторов как:

• конвекционные тепловые потоки, например, от систем отопления различного принципа действия;
• засветки от движущихся источников света - чаще всего автомобильных фар через окно.

Таким образом, при монтаже объемного извещателя эти моменты игнорировать нельзя. По способу установки существует два исполнения "объемников".

Настенные объемные ИК извещатели.

Идеально подходят для офисов, квартир, частных домов. В таких помещениях мебель и другие предметы интерьера располагаются, как правило, вдоль стен, поэтому слепых зон не создают. Если учесть, что горизонтальный угол обзора таких датчиков составляет порядка 90 градусов, то, установив его в углу помещения, одним устройством можно практически полностью заблокировать небольшую комнату.

Потолочные объемные извещатели.

Для таких объектов как магазины или склады характерной особенностью является установка стеллажей или витрин по всей площади помещения. Установка потолочного датчика в таких случаях более эффективна, конечно, если указанные элементы имеют высоту ниже потолка.

В противном случае придется блокировать каждый образовавшийся отсек. Справедливости ради, нужно заметить, что такая необходимость возникает не всегда, но это уже тонкости проектирования сигнализации для каждого конкретного объекта с учетом всех его индивидуальных особенностей.

ЛИНЕЙНЫЕ ИНФРАКРАСНЫЕ ИЗВЕЩАТЕЛИ

По своему принципу действия они являются активными и формируют один или несколько лучей, отслеживая их пересечение возможным нарушителем. В отличие от объемных, линейные датчики устойчивы к различного рода воздушным потокам, да и прямая засветка, в большинстве случаев, им не повредит.

Принцип работы линейного однолучевого инфракрасного излучателя поясняется рисунком 2.

Дальность действия активных линейных устройств составляет от десятков до сотен метров. Наиболее характерные варианты их применения:

• блокировка коридоров;
• охрана открытых и огороженных периметров территории.

Для охраны периметра используются извещатели, имеющие более одного луча (лучше если их будет не менее трех). Это достаточно очевидно, поскольку снижает вероятность проникновения под или над контрольной зоной.

При установке и настройке инфракрасных линейных извещателей требуется точная юстировка приемника и передатчика для двухблочных устройств или отражателя и комбинированного блока (для одноблочных). Дело в том, что сечение (диаметр) инфракрасного луча сравнительно невелик, поэтому даже небольшое угловое смещение передатчика или приемника приводит к его значительному линейному отклонению в точке приема.

Из сказанного также вытекает необходимость крепления всех элементов таких извещателей на жестких линейных конструкциях, полностью исключающих возможные вибрации.

Должен заметить, что хороший "линейник" - удовольствие достаточно дорогое. Если стоимость однолучевых устройств с небольшой дальностью действия еще лежит в пределах нескольких тысяч рублей, то с увеличением контролируемой дальности и количества ИК лучей цена возрастает до десятков тысяч.

Объясняется это тем, что охранные извещатели такого типа являются достаточно сложными электромеханическими устройствами, содержащими, помимо электроники, высокоточные оптические устройства.

Кстати, пассивные линейные извещатели тоже существуют, но по максимальной дальности действия они ощутимо уступают своим линейным собратьям.

УЛИЧНЫЕ ИНФРАКРАСНЫЕ ИЗВЕЩАТЕЛИ

Вполне очевидно, что извещатель охранной сигнализации уличного исполнения должен иметь соответствующее климатическое исполнение. Это касается, в первую очередь:

• диапазона рабочих температур;
• степени пылевлагозащиты.

По общепринятой существующей классификации класс защиты уличного извещателя должен быть не ниже IP66. По большому счету, для большинства потребителей это не принципиально - вполне достаточно указания "уличный" в описании технических параметров прибора. На температурный же диапазон внимание обратить стоит.

Большего интереса заслуживают особенности применения такого рода устройств и факторы, влияющие на надежность охраны.

По характеру зоны обнаружения инфракрасные охранные извещатели, предназначенные для наружной установки могут быть любого типа (в порядке убывания популярности):

• линейные;
• объемные;
• поверхностные.

Как уже говорилось, уличные линейные извещатели применяются для охраны периметра открытых площадок. Для этих же целей могут использоваться и поверхностные датчики.

Объемные устройства служат для контроля различного рода площадей. Стоит сразу заметить, что по дальности действия они уступают линейным датчикам. Вполне естественно, что цены на уличные извещатели значительно выше, чем на устройства, предназначенные для внутренней установки.

Теперь, что касается практической стороны эксплуатации в системах охранной сигнализации инфракрасных наружных извещателей. Основными факторами, провоцирующими ложные срабатывания установленных на улице охранных датчиков являются:

• наличие на охраняемом участке различной растительности;
• перемещение животных и птиц;
• природные явления в виде дождя, снега, тумана и пр.

Первый момент может показаться непринципиальным, поскольку, на первый взгляд, является статичным и может быть учтен на стадии проектирования. Не стоит, однако, забывать, что деревья, трава и кусты растут и со временем могут стать помехой для нормальной работы охранного оборудования.

Второй фактор производители стараются компенсировать применением соответствующих алгоритмов обработки сигнала и эффект от этого есть. Правда, как не крути, если объект даже с небольшими линейными размерами переместится в непосредственной близости от извещателя, то, скорее всего, будет идентифицирован как нарушитель.

Что касается последнего пункта. Здесь все зависит от изменения оптической плотности среды. Говоря простым языком, сильны дождь, крупный снег или густой туман могут сделать инфракрасный извещатель полностью неработоспособным.

Так что, при принятии решения об использовании в сигнализации уличных охранных извещателей учтите все сказанное. Таким образом вы сможете избавить себя от многих неприятных сюрпризов при эксплуатации наружной охранной системы.

* * *

© 2014 - 2019 г.г. Все права защищены.

Материалы сайта имеют ознакомительный характер и не могут использоваться в качестве руководящих и официальных документов

Датчик движения – устройство, позволяющее идентифицировать любые перемещения в зоне ответственности. В качестве ответного сигнала обычно используется логический уровень цифровой электроники. В результате становится возможным определять наличие движения в рамках систем сигнализации, освещения, автоматического управления дверьми и пр.

Разновидности и принцип действия датчиков движения

Пассивные инфракрасные датчики движения

В отечественной литературе чаще речь заходит о пассивных инфракрасных датчиках движения (PIR). У указанной категории продукции отмечается ряд недостатков. Обычно пассивный инфракрасный датчик работает на основе пироэлектрического эффекта: на расстоянии чувствует тепло. Разработчики, как правило, подгадывают под температуру человеческого тела и ловят волны среднего инфракрасного диапазона в районе 10 мкм. Это намного ниже, нежели видимое излучение, вспоминается фильм с участием великого Арни и охоту на Хищника. У пришельца сенсорная система реагировала на волны теплового диапазона.

По указанной причине пассивный инфракрасный датчик возможно обмануть. Подобные в серьёзных системах сигнализации не используются. Пироэлектрический датчик движения содержит в составе кристалл, преобразующий указанную длину волны в электрический заряд. Для устранения помех на входе стоит фильтр в виде линзы из силикона. Он сильно ограничивает спектр входящих излучений, к примеру, от 7 до 15 мкм, снижая уровень внешних помех.

Как правило, система состоит из двух частей, чтобы регистрировать одновременно внешний фон. Окно чипа, пропускающее излучение, разбивается на две эквивалентные части, каждая смотрит в сторону относительно центра. В результате, если в поле зрения окна окажется движущееся теплое тело, разница немедленно станет очевидной. Разработчики уверяют, благодаря линзам Френеля для получения отклика хватит мощности порядка 1 мкВт. В свете изложенного большинство пассивных инфракрасных датчиков движения требует времени не обучение. В течение недолгого периода в поле зрения линз не должно попадать перемещающихся объектов.

Период длится до минуты, потом датчиком движения допустимо пользоваться. Принцип передачи сигнала разнится. Как правило, производитель в рамках серии микросхем выпускает сенсор и соответствующий многофункциональный контроллер, с задачами работы с сопутствующим типом аппаратуры. Это делает возможным создание сложных систем. Уровень соответствует, к примеру, логической единице КМОП, либо выдаёт серию импульсов указанной частоты. Известны пассивные инфракрасные сенсоры, с возможностью настройки указанного параметра, что делает микросхемы более гибкими.

Внутри стоит усилитель для формирования нужного отклика. Это требует подведения питания извне. Схема разъёма предельно проста:

1. Ножка питания.
2. Заземление (схемный нуль).
3. Выход информационного сигнала.

Недостатки пассивных инфракрасных датчиков движения

Любой человек, сведущий в электронике, осознает недостатки описанных выше сенсоров: излучение легко экранируется. Достаточно в поле зрения датчика поместить сплошной предмет, чтобы нарушить работоспособность системы. Тепловое излучение перестанет достигать чувствительного элемента. Одетый человек, к примеру, формирует гораздо меньший отклик.

Вдобавок ограничена дальность действия. Определяется чувствительностью элемента и силой теплового излучения объекта. В большинстве случаев — считанные метры, что накладывает ограничения на использование.

Большое значение носит температура среды, по мере её снижения температурная картина начнёт опускаться по шкале частот, искажая чувствительность датчика. Спорным считается вариант, когда первое окно сенсора смотрит на улицу, а второе – в помещение. Приходится ориентироваться на рекомендации производителя по условиям применения.

Лазерные прерыватели

Лазерные датчики известны в фильмах про денежные банки. Это методика фиксации движения на прямой. Друг напротив друга ставятся источник и приёмник излучения. При попадании между ними предмета вырабатывается сигнал тревоги. Лазер порой невидимый, использование специальных баллончиков с газом, светящимся под действием инфракрасных или ультрафиолетовых лучей, не выдумка кинематографистов. Явление люминесценции используется для определения местоположения невидимых трасс.

По мере роста длины волны направленные свойства излучения резко падают, радиодиапазоны в качестве лучей уже не применяются. Что касается высоких частот, способных проходить сквозь препятствия, как рентген, они для использования не годятся по понятным причинам.

Сенсоры на эффекте Допплера

В группу относят раздельно два семейства: ультразвуковые и микроволновые сенсоры движения. Принцип действия основан на едином эффекте. Допплер открыл явление в 1842 году, наблюдая системы двойных звёзд и прочие небесные тела. Тремя годами позже Бёйс-Баллот доказал, что смещение спектра наблюдается и для источников звука.

Каждый житель столицы и обитатели других крупных городов замечали, что гудок приближающейся электрички более высокий, нежели удаляющейся. Таким образом, человек, мало-мальски одарённый музыкально, способен определить, подходит поезд к платформе либо убегает. Это эффект Допплера: любая волна, излучаемая объектом, воспринимается неподвижным наблюдателем сообразно взаимной скорости перемещения. От скорости зависит величина смещения в спектре.

Удаляющаяся звезда кажется чуть холоднее, чем в действительности: спектр сдвинется вниз по шкале частот. Наоборот – цвет приближающейся выглядит теплее. Подобный эффект наблюдается в любом диапазоне: радио, звуковом и прочих. Читатели уже догадались, как работают датчики на эффекте Допплера. В эфир излучается колебание ультразвука или радиочастоты, ловится отклик. При наличии движущихся объектов картина меняется коренным образом: вместо однородной излучённой волны принимается целый сонм отличных по частоте от исходной.

Плюс метода: излучение легко огибает препятствия или проходит сквозь. Но движение фиксируется в отношении любых объектов, включая неживые. Температура тела значения не имеет. От частоты излучения зависят особенности работы системы. К примеру, радиодиапазон по большей части запрещён для использования. Оставлены небольшие окна, редактируемые специальным государственным комитетом. Ультразвук ограничений не имеет, но вреден для человеческого слуха (пусть не ощущается непосредственно). К примеру, отпугиватели для собак и тараканов функционируют в указанном диапазоне.

Итак, ультразвуковые и радиочастотные датчики движения заэкранировать намного сложнее.

Томографические сенсоры движения

Слово напоминает медицинское оборудование, по словам разработчиков, означает наличие в системе сетки из активных передатчиков. Комплекс работает в разрешённом диапазоне 2,4 Гц, где функционируют модемы WiFi, микроволновые печи и ряд устройств. Что немедленно накладывает ограничения: в поле зрения системы полагается ограничить употребление перечисленных выше изделий.

Эффект основан на общеизвестном поглощении излучения частоты 2,4 Гц молекулами воды. В тело живого существа самая распространённая жидкость на планете входит с избытком, делая возможным построение картины внутри помещения. Волны 2,4 Гц сравнительно легко проходят через стены, удается покрыть относительно большие площади сложной конфигурации. На местности монтируется сеть приёмопередатчиков, наподобие точек доступа WiFi.

Сложная компьютерная система анализирует распределение поля. Подразумевается этап обучения, когда оцениваются условия распространения волн в конкретно взятом помещении. В дальнейшем по специальным алгоритмам система способна указать местоположение любых тел в пространстве. Удаётся засечь и неподвижные живые тела. Когда биологическая форма жизни попадает в область действия волн, сила их начинает затухать по определённым законам. Энергия переходит в тепло, как происходит в микроволновой печи. В результате становится возможным выработать сигнал тревоги.

Излучатели не опасны для человека, а рабочая мощность нормируется согласно законодательству. Местному администратору предлагается, начиная с некоторого размера, систему зарегистрировать в установленном порядке. Сенсоры дороже прочих из представленных в обзоре. Допплеровские тоже стоят немало.

Видеокамеры в качестве датчиков

Сегодня большая часть цифровых видеокамер обнаруживает опцию фиксации движения. Появляется возможность записи сигнала на регистратор, подача тревоги в установленном порядке. Датчика вполне хватит для нужд организации. Процесс регистрации, начало и окончание фиксации событий определяется возможностями отдельно взятого оборудования.

Большой плюс системы в возможности действовать в автоматическом режиме и в шансе записать противоправные действия в случае необходимости. Единственным препятствием считается закон о частной жизни граждан. Предлагается чётко отличать противоправные действия от прочих. И не распространять полученные сведения в обход закона.

Для работы в темноте используются регистраторы инфракрасного диапазона с непременной подсветкой окружающего пейзажа. В интернете найдутся руководства, где предлагается изготовить инфракрасный регистратор из видоискателя камеры для ночной съёмки. Подсветка собирается на базе обычных диодов инфракрасного диапазона. Дальность съёмки в этом случае сильно зависит от мощности инфракрасных лучей. С целью усиления рекомендуется применять рефлекторы.

Использование датчиков движения

Часто применение датчиков движения наталкивается на определённые ограничения. Пассивные инфракрасные сенсоры в этом плане простейшие, их применение ничем не нормируется. Где начинаются ультразвук и радиоволны — предлагается тщательно просчитать последствия. Лазеры небезопасны, предупреждающая табличка на лазерном принтере не шутка. Когерентное излучение прожигает сетчатку не хуже бумаги, становясь причиной серьёзной травмы.

Тесно связаны с датчиками движения системы определения наличия дыма в помещении. В этом случае используются явления изменения условий прохождения излучения, плюс эффект Допплера. Чисто химические методики достаточно редки.

Датчики движения применяются в системах:

• сигнализации и охраны;
• управления дверьми;
• развлекательных комплексов;
• иллюминации.

Спектр применения зависит только от фантазии авторов, поэтому зарубежные производители и выпускают интегральные системы с возможностью встраивания их в более сложные. Так, для покрытия некоторой площади, допустимо набирать набор датчиков подобно конструктору. Наибольшей гибкостью в этом плане обладают томографические системы, но и стоят дороже. Простейшие инфракрасные сенсоры больше годятся для управления единичными объектами, допустим, дверями.