Принцип действия инфракрасного датчика движения

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.

РезисторR1
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”.

Главная &raquo Технологии &raquo Текущая страница

Т
акже Вам будет интересно узнать:

Резистор. Параметры резисторов.
Цифровой мультиметр. Какой мультиметр выбрать новичку?
«Мультирозетка». Собираем многофункциональную розетку.
Научись паять! Подготовка и уход за паяльником.

Принцип работы инфракрасных датчиков движения

Инфракрасные датчики – одни из самых популярных и частоиспользуемых в охранных системах. Такой датчик реагирует на инфракрасное излучение и изменение теплового фона в пределах зоны своего действия. Для того чтобы инфракрасный датчик сработал, нужно, чтобы объект определенных размеров пересек зону рабочего действия такого датчика, после чего специальный рабочий элемент передает цифровой сигнал на определенные электронные схемы. Далее выполняется одно из запрограммированых действий.

Основой работы инфракрасных датчикой движения являются так называемые пироприемники, которые используются с целью улавливания инфракрасного излучения. Проще говоря, пироприемник реагирует на изменения температуры. Другим важным элементов устройсва является мультилинза, которая состоит из многих небольших линз, которые фокусируют свет на пироприемниках. Далее полученный сигнал преобразовывается в цифровой, передается на специальное реле, которое и замыкает контакты, после чего, например, срабатывает сигнализация, открывается дверь либо включается свет.

При монтаже и настройке инфракрасных датчиков движения важно помнить и соблюдать некоторые правила. Например, датчик следует устанавливать в местах, куда не попадает прямой свет от ламп, поскольку это может препятствовать корректной работе устройства

Кроме этого, датчик не должен закрываться всевозможными предметами, к примеру, лампами, вазами, мебелью, колоннами, так как подобные предметы ограничивают обзорность датчика, что так же приводит к его некорректной работе.

Помните, что стекло и стеклянные предметы не пропускают инфракрасное излучение. Если препятствие попадает в зону действия устройства, в этом месте образуется так называемая «мертвая зона», где движения не регистрируются датчиком, поскольку инфракрасный пучок не попадает на линзу. При выборе инфракрасного датчика движения, в зависимости от ваших целей, основной характеристикой, на которую следует ориентироваться, является радиус обнаружения объекта, который движется.

В чём преимущества инфракрасного датчика

Прибор, регистрирующий движение по тепловому излучению, имеет весомые плюсы и минусы:

Плюсы

Малое потребление тока. В отличие от активных датчиков, которые испускают ультразвук или микроволны, инфракрасный сенсор относится к семейству пассивных датчиков, расход электроэнергии очень мал, что позволяет монтировать его автономно, с питанием от аккумулятора.

Нет ложных срабатываний на другие движущиеся объекты, кроме теплокровных (например, робот-пылесос, колышущаяся штора у окна).

Легко может быть включён в связку со шлюзом (хабом) «умного дома» либо же напрямую подсоединён к прибору освещения посредством электромагнитного реле.

Минусы

Не слишком большая зона охвата (обычно до 10 метров).

Сбои в срабатывании при слишком высоких или низких температурах.

Но именно эти недостатки малосущественны в условиях комнатного использования, ведь в квартире и доме не стоит мороз, а люди не ходят в шубах. Что касается зоны охвата, то она всегда ограничена габаритами помещения.

Данные особенности позволяют рассматривать инфракрасные датчики как оптимальный инструмент для автоматизации сценариев «умного дома».

Общие данные

Главными преимуществами, из-за которых они так популярны, являются:

высокая работоспособность;
различные зоны нахождения;
небольшая стоимость.

Оптическая часть данных приборов работает в инфракрасной области излучений. Есть много способов установки инфракрасных приборов.

Пассивные

Применяются в охранных системах. Главными достоинствами являются низкая цена и большой диапазон применения. Пассивные приборы анализируют изменения ИК излучения.

Активные

Принцип работы состоит из оценивания разницы интенсивности ИК луча, который вырабатывается излучателем. Излучатель и приёмник могут находиться в разных блоках и в одном. В первом случае охраняется только та часть территории, которая находится между ними.

Если оба прибора находятся в одном модуле, то используется специальный отражатель.

Также существуют адресные оптико-электронные приборы, которые передают сигнал ПКП и указывают уникальный для любого прибора код. Благодаря этому можно с точностью узнать место, где сработал датчик. Однако цена на такие устройства выше, но если вы хотите надежную систему, то такой вариант больше всех подходит.

Есть ещё один вид извещателей — адресно-аналоговый. Такой вариант передаёт оцифрованную информацию в ПКП, где решается о применении сигнала тревоги.

Существует несколько вариантов передачи данных: проводной и радиоканальный.

Преимущества и недостатки

Как и любой другой прибор, пирометр обладает своими достоинствами и недостатками. Их наличие объясняется нюансами устройства и условиями применения.

Плюсы

Мобильность, малогабаритность и весьма простая конструкция;
Доступная низкая стоимость, обусловленная использованием минимального количества элементов в конструкции;
Высокий уровень надежности;
Достаточно широкий диапазон измерения.

Минусы

Прямая зависимость показаний пирометра от излучаемой способности исследуемого предмета;
Точность результатов измерений может быть ниже из-за особенности физического состояния поверхности объекта;
Функция внесения поправки в показатели и установления погрешности предусмотрена только на самых новых приборах;
Расстояние играет большую роль в точности измерения.

Плюсы и минусы видов датчиков движения

УЗ-детекторы

Преимущества УЗ датчиков радарного типа:

источники теплового излучения, к примеру, радиаторы отопления не приводят к ложному срабатыванию датчиков;
подходят для использования в условиях высокой влажности и запыленности;
движение объекта определяется вне зависимости того, исходит от него тепловое излучение или нет.

Недостатки УЗ-датчиков:

приборы работают только направленно;
из-за затухания уз-волны детекторы не подходят для больших помещений;
применение невозможно на открытом воздухе, так как существует слишком много движущихся природных объектов, которые приводят к срабатыванию датчика;
уз-детекторы способны уловить только резкие перемещения;
уз-извещатели негативно воздействуют на животных, воспринимающих ультразвук.

МВ-детекторы

Преимущества микроволновых извещателей:

они способны уловить движение объектов с малой скоростью;
свч-излучение проходит через плохо проводящие ток препятствия (стекло, межкомнатные перегородки, двери и др.);
на работу датчика не влияет температурный режим фона или сила теплового излучения объектов;
мв-извещатель имеет более компактные размеры, чем его аналоги.

Недостатки МВ-извещателей:

датчики на открытом воздухе демонстрируют большое число ложных срабатываний, кроме того они реагируют на помехи вне зоны наблюдения, которые находятся за дверями, за окном и т. д;
мв-излучатели вредны для человеческого здоровья, поэтому мощность их излучения не должна превышать 1 мвт/см2.

Критерии выбора инфракрасного датчика движения

Все устройства, которые есть на рынке, весьма похожи друг на друга, однако и у них есть достаточно отличий, которые будут серьёзно влиять на практику их применения в системе «умный дом».

Питание

Все датчики делятся на проводные и беспроводные. Первые получают питание по кабелю, вторым для питания нужен аккумулятор или даже обычная батарейка, которой тоже хватает надолго в силу малого энергопотребления.

На заметку. В бытовых беспроводных датчиках для системы «умный дом» чаще всего применяется литиевая батарея CR2032. Её хватает в среднем на полтора-два года.

У каждого вида есть свои преимущества: проводные устройства действуют от постоянной электросети, зато беспроводные легче размещать – не нужно прокладывать слаботочный кабель.

Передача данных

Здесь всё снова упирается в провода. Датчики могут соединяться со шлюзом напрямую, через систему кабелей, скрытых за натяжными потолками, плинтусами или в штробах. Беспроводные устройства соединяются с хабом по Wi-Fi или Bluetooth. Например, в системе Aqara используется специальный протокол Zigbee.

Угол обзора

Обычно он зависит от местоположения датчика. Устройства, которые крепятся на стену, охватывают обычно 150 – 180°. Если говорить о потолочном датчике, то он имеет круговой обзор и регистрирует любое движение в комнате в радиусе действия.

Радиус действия

То есть дальность действия устройства. У бытовых инфракрасных датчиков она редко превышает 7 – 9 метров. Впрочем, больше обычно и не нужно. Для установки на улице стоит выбрать более мощные и чувствительные модели с дальностью действия до 15 м.

Особенности размещения

Чаще всего датчики располагают либо на стенах (или любых других вертикальных поверхностях), либо на потолке. Первые модели имеют полусферу линзы в передней части, вторые – снизу. Иногда датчики размещают в углу, чтобы добиться оптимального охвата.

Некоторые модели поставляются с ножкой в комплекте. Данная конфигурация делает возможным оба варианта размещения.

Оснащение фотоэлементом

Благодаря дополнительному фото-датчику прибор распознаёт степень освещённости и не включает свет днём, когда это не требуется.

Схемы датчиков движения

Схема датчика выглядит примерно так.

Схема датчика движения LX-02 и аналогов

Вот ещё подобная схема, но более простая. Это схема охранного датчика. Выражаю благодарность источнику – www.guarda.ru.

Датчик движения. Схема 2

В различных моделях датчика схема может незначительно изменяться, но принцип работы один. Коротко его можно описать так.

Сигнал с пиродатчика (чаще всего применяется 1vy7015) поступает на усилитель, далее работает компаратор, с выхода которого сигнал через транзистор идет на катушку реле. Реле своими контактами включает-выключает нагрузку.

Третья схема приведена в конце статьи.

Принципиальная электрическая схема датчика движения

В состав устройства модели LX01 входят инфракрасный сенсор определяющий движение и элементы, усиливающие и обрабатывающие сигнал.

	1. Светофильтующая пластина. 2. Транзистор. 3. Резистор. 4. Контакт питания на +5В. 5. Корпус. 6. Кристалл пироэлектрика. 7. Общий выход. 8. Сигнальный выход.

Пассивный, инфракрасный пироэлектрический сенсор это пластина прозрачного кварца, пропускающая лучи инфракрасного диапазона и керамический сенсор.

Так же в корпусе находится усилитель, который согласует высокое выходное напряжение, поступающее с сенсора.

Пироэлектрический сенсор RE-46, который используется в детекторе движения модели LX01, подсоединен к операционному усилителю LM324N. Он имеет сложную структуру, состоящую из четырех каскадов усилителей.

Функциями усилителей DA1.1 и DA1.2 является произведение коррекции поступающего сигнала с последующей передачей на третий каскад — DA1.3.

Компаратор, который к нему присоединен, производит распознание предварительно обработанного сигнала. На четвертом каскаде DA1.4 происходит регулирование времени освещения.

Следует отметить, что при таком принципе обработки поступающих сигналов определение движущегося объекта сводится не к регистрации наличия теплового излучения, а на выявлении динамического изменения такого излучения.

Фоторезистор (R23), определяющий уровень внешнего освещения, управляется подстроечным резистором R24, а тот в свою очередь соединен с контактом базы танзистора VT1.

Если световая интенсивность увеличивается, то сопротивление фоторезистора падает, соответственно ток у базы транзистора увеличивается. Он открывается и происходит эффект подтягивания потенциала контакта между резисторами R25 / 21 и потенциала земли.

Таким образом, запрещается поступление сигнала с каскада DD1.4 на базовую клемму транзистора VT2, который активизирует соединительное реле К1. При срабатывании реле ранее, работа фоторезистора будет заблокирована диодом VD4 на весь период активной фазы.

Устройство работает от обычной электросети 220В, 50Гц. Напряжение, поступает на устройство через плавкий предохранитель FU. Через вход гасящего конденсатора ( на схеме — C11) и диодный мостик (VD7-10), на выходе напряжение будет составлять 18 — 22 вольта.

Далее напряжение, сглаживается и выпрямляется конденсатором С12, подается на стабилизатор DA2 78L08. Повышенное напряжение, которое возникает на выходе из стабилизатора, направляется на стабилитрон (на схеме VD6), который гасит его до 24В. При переключении контактов реле возникают коммутационные помехи, которые гасятся последовательностью из резистора R26 и С10.

Фильтры

Самая большая проблема в работе охранных инфракрасных датчиков движения — обнаружение ложных срабатываний. Для ограничения этого явления используются специальные фильтры, которые отсекают ненужное видимое излучение. Эти фильтры чаще всего представляют собой германиевые пластины, которые монтируются в корпусе пироэлектрического датчика. Благодаря использованию фильтров, устраняются помехи, вызванные, например, включением и выключением освещения.

К сожалению, это решение не без недостатков. Применение такого фильтра связано поглощением до 20% ИК-излучения, которое не достигает пластины пироэлектрического сенсора. Кроме того, следует также иметь в виду, что рядом с пироэлектрическим эффектом существует и пьезоэлектрический эффект, который делает инфракрасные детекторы чувствительными к ударам и вибрации.

Датчики движения с сигнализацией работают наиболее эффективно, когда человек пересекает зону обнаружения под прямым углом. Другими словами, инфракрасный детектор обеспечивает эффективное обнаружение в тот момент, когда движение объекта происходит перпендикулярно оптической оси извещателя. Также, благодаря новейшей линзе Френеля, некоторые извещатели имеют несколько десятков лучей наблюдения. Любое движение, происходящее внутри зоны наблюдения извещателя, фиксируется — приводя к срабатыванию тревоги.

Установка на улице

Процесс установки на улице требует особой технологии, которая поможет избежать повреждений и исключит влияние погодных факторов на последующую работоспособность системы. Выполнять его следует по такой схеме:

убедиться в отсутствии попадания прямого солнечного света и осадков;
скорректировать зону покрытия так, чтобы в ней отсутствовали все виды растительности (трава, кусты, деревья), которые будут шевелиться при любом ветре;
проконтролировать зону освещения, в которую попадает прибор;
определить зону контроля прибора, чтобы не попадать на дополнительное пространство, которое может стать причиной ложного срабатывания;
очистить линзу после монтажа и затем регулярно её проверять, очищать от посторонних загрязнений, которые существенно снизят область работы устройства.

Принцип работы и назначение инфракрасного датчика движения

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.

Какие бывают

Существует несколько видов выключателей. Это автоматические устройства с сенсором движения, механические и электронные.

Автоматические с датчиком движения

Для автоматического выключения используются следующие датчики движения:

акустические (реагируют на звук);
инфракрасные (реагируют на ИК излучение от тела);
ультразвуковые;
микроволновые.

Первые два вида не излучают ничего и являются пассивными устройствами. Последние два – активные, они посылают волны в помещение в попытке обнаружить объект. Пассивные модели стоят дешевле, они проще по конструкции, но могут ложно реагировать.

ИК выключатели реагируют на тепло человека. Но также срабатывают на тепло животных и нагретые батареи. Они требуют тщательной настройки и установки в место, где не действуют отопительные системы.

Электронные и механические

Механические выключатели работают от прикосновения. Человек должен воздействовать на клавишу, чтобы появился свет. Есть комбинированные выключатели – работают автоматически от движения или пульта и механически. К электронным относят приборы с различными датчиками: движения, освещения. Также электронные функционируют от пульта дистанционного управления, с телефона или планшета по Wi-Fi или радиосигналу.

Радиус действия пульта определяется от общей планировки помещения, индивидуальных особенностей комнаты и типа материалов, на которых устанавливаются рабочие составляющие. Недостаток приборов с пультом – периодически нужно заменять батарейку. Область действия составляет 25 метров.

Распиновка для различных марок авто и магнитол

Приступая к работе, ознакомьтесь с инструкцией к ресиверу, а также обратите внимание на маркировку и фишки самого изделия. На распиновку магнитол влияют штатные разъемы в разных автомобилях

Схема распиновки iso разъемов к магнитолам pioneer

Подключение акустики этого хорошо известного, пользующегося популярностью у автомобилистов бренда, имеет некоторые особенности. Перед началом работы обязательно изучите руководство к установке. Монтаж прост, главное разобраться в назначении каждого цвета. Помимо инструкции в комплект входят две «фишки» с 4 парами контактов: для питания и акустики.

В распиновке штекера 10-20 выходов, функционал каждого разъема меняется зависимости от модели. Для серии KEH характерна следующая схема: № 1 — антенна, № 2 — зажигания, № 3-6 и 8-11 — усилители. Чтобы не запутаться внимательно изучите инструкцию.

Чтобы не сжечь акустику, перед подключением динамиков нужно подсоединить магнитолу, проверить, чтобы она светилась и переключалась.

toyota

Распиновку акустики этой марки осуществляют по стандартным схемам. Оптимально выбрать систему питания от АКБ, в этом случае нет риска его разрядки.

ISO разъем:

№ 1	А+
№ 2	GND
№ 3	BAT+
№ 4	Подсветка
№ 5	Антенна
№ 6	Динамики (RR+, RR-, RF+, RF-, LF+, LF-, LR+, LR-)

sony

При подключении магнитолы используются стандартные схемы.

№ 1	ANT
№ 3	LR. Линейный выход
№ 4	GND. Линейных выход
№ 5	RR. Линейный выход
№ 6	CD – LCH
№ 7	CD – GND
№ 8	CD – RCH
№ 9	CD – Reset
№ 10	CD – CD clock out
№ 11	CD – DSPL select
№ 12	CD – data out
№ 13	CD – clock in
№ 14	CD – data in
№ 16	A+
№ 17	GND
№ 18	ANT GND
№ 22-27	Динамики (LF-, LR+, RF-, RR+, LF+, LR-, RF+, RR-)
№ 28	Mute
№ 29-30	Динамики (LF-, LR+, RF-, RR+, LF+, LR-, RF+, RR-)
№ 31	ANT CONT
№ 32	CD ACC Постоянный
№ 33	AMP Постоянный
№ 34	B UP

nissan

Универсальный разъем:

№ 1-6	Динамики (LR+, RR+, LR-, RR-, LF+, RF+)
№ 7	А+
№ 8	Подсветка
№ 9	BAT+
№ 10	Динами LF-
№ 11	динамик RF-
№ 12	Антенна
№ 13	GND

honda

Все модели автомобильных магнитол оборудованы универсальным европейским штекером для подключения к гнезду.

№ 1	Динамик RR+
№ 2	Динамик LR+
№ 3	Подсветка
№ 4	BAT+
№ 5	A+
№ 6	Антенна
№ 7-10	Динамики LF+, RF+, RR-, LR-
№ 13	GND
№ 14-15	Динамики LF-, RF-

bmw

Стандартная европейская разводка выводов.

№ 1	А+
№ 2	BAT+
№ 3	GND
№ 4	—
№ 5-12	Динамики RR+, RR-, LF+, LF-, RF+, RF-, LR+, LR-

alpine

Alpine TDE-7823W: 1 – BAT+,

№ 2-5	Динамики LR-, LR+, RR-, RR+
№ 7	Усилитель
№ 8	Антенна
№ 9	GND
№ 10-13	Динамики LF-, LF+, RF-, RF+
№ 5-12	А+

mitsubishi

Во всех моделях используется стандартная европейская распиновка акустической системы.

№ 1-2	Динамики RR+, LR+
№ 3	Управление антенной
№ 4	Управление подсветкой
№ 5-8	Динамики LF+, RF+, RR-, LR-
№ 10	А+
№ 11	BAT+
№ 12	Управление подсветкой
№ 13-14	Динамики LF-, RF-
GND