Пассивный инфракрасный датчик - Passive infrared sensor

Типовой детектор движения (PID) для жилых / коммерческих помещений.

А пассивный инфракрасный датчик (Датчик PIR) является электронным датчик это меры инфракрасный (ИК) свет, излучаемый объектами в его поле зрения. Чаще всего они используются в PIR-датчиках. детекторы движения. Датчики PIR обычно используются в системах охранной сигнализации и автоматического освещения.

Датчики PIR обнаруживают общее движение, но не дают информации о том, кто или что двигалось. С этой целью ИК-датчик изображения необходимо.

Датчики PIR обычно называют просто «PIR» или иногда «PID», что означает «пассивный инфракрасный детектор». Период, термин пассивный относится к тому факту, что устройства PIR не излучают энергию для обнаружения. Они работают полностью, обнаруживая инфракрасная радиация (лучистое тепло), излучаемое объектами или отраженное от них.

Принципы работы

Все объекты с температурой выше абсолютный ноль испускают высокая температура энергия в виде электромагнитного излучения. Обычно это излучение не видно человеческий глаз потому что он излучает в инфракрасном диапазоне длин волн, но его можно обнаружить с помощью электронных устройств, предназначенных для этой цели.

Датчик движения на основе PIR

Детектор движения PIR, используемый для управления уличным автоматическим освещением.
А фотоловушка с детектором движения PIR.
Выключатель внутреннего освещения с ИК-датчиком датчик присутствия[1]

На основе PIR детектор движения используется для определения движения людей, животных или других объектов. Они обычно используются в охранная сигнализация и автоматически активируется освещение системы.

Операция

Датчик PIR может обнаруживать изменения в количестве падающего на него инфракрасного излучения, которое изменяется в зависимости от температуры и характеристик поверхности объектов перед датчиком.[2] Когда объект, например человек, проходит перед фоном, например стеной, температура в этой точке в поле зрения датчика повышается от комнатная температура к температура тела, а затем снова. Датчик преобразует результирующее изменение входящего инфракрасного излучения в изменение выходного напряжения, и это запускает обнаружение. Объекты с одинаковой температурой, но с разными характеристиками поверхности также могут иметь различную картину инфракрасного излучения, и, таким образом, их перемещение относительно фона также может срабатывать детектор.[3]

PIR бывают разных конфигураций для самых разных приложений. Самые распространенные модели имеют множество Линзы Френеля или зеркальные сегменты, эффективный диапазон около 10 метров (30 футов) и поле обзора менее 180. Доступны модели с более широким полем обзора, включая 360 °, обычно предназначенные для установки на потолке. Некоторые более крупные PIR сделаны с односегментными зеркалами и могут определять изменения инфракрасной энергии на расстоянии более 30 метров (100 футов) от PIR. Существуют также PIR, оснащенные обратимыми зеркалами для ориентации, которые обеспечивают либо широкий охват (ширина 110 °), либо очень узкий охват «занавес», либо с индивидуально выбираемыми сегментами для «формирования» покрытия.

Дифференциальное обнаружение

Пары сенсорных элементов могут быть подключены как противоположные входы к дифференциальный усилитель. В такой конфигурации измерения PIR компенсируют друг друга, так что средняя температура поля обзора удаляется из электрического сигнала; увеличение инфракрасной энергии по всему датчику автоматически отменяется и не запускает устройство. Это позволяет устройству противостоять ложным показаниям изменения в случае воздействия кратковременных вспышек света или освещения всего поля. (Непрерывное воздействие высокой энергии может по-прежнему насыщать материалы датчика и сделать датчик неспособным регистрировать дополнительную информацию.) В то же время такое дифференциальное расположение сводит к минимуму синфазная помеха, позволяя устройству сопротивляться срабатыванию из-за близлежащих электрических полей. Однако дифференциальная пара датчиков не может измерять температуру в этой конфигурации и поэтому полезна только для обнаружения движения.

Практическая реализация

Когда датчик PIR настроен в дифференциальном режиме, он, в частности, становится применимым в качестве устройства обнаружения движения. В этом режиме при обнаружении движения в пределах «прямой видимости» датчика пара дополнительных импульсов[4] обрабатываются на выходе датчика. Чтобы реализовать этот выходной сигнал для практического срабатывания нагрузки, такой как реле или Регистратор данных, или тревога, дифференциальный сигнал выпрямляется с помощью мостового выпрямителя и подается на транзисторную схему драйвера реле. Контакты этого реле замыкаются и размыкаются в ответ на сигналы от PIR, активируя подключенную нагрузку через его контакты, подтверждая обнаружение человека в заранее определенной зоне ограничения.

Дизайн продукта

Датчик PIR обычно устанавливается на печатная плата содержащую необходимую электронику, необходимую для интерпретации сигналов от самого датчика. Вся сборка обычно содержится в корпусе, установленном в месте, где датчик может покрывать контролируемую зону.

Конструкция датчика движения PIR

Корпус обычно имеет пластиковое «окно», через которое может проникать инфракрасная энергия. Несмотря на то, что часто полупрозрачный Для видимого света инфракрасная энергия может достигать датчика через окно, потому что используемый пластик прозрачный к инфракрасному излучению. Пластиковое окно снижает вероятность попадания посторонних предметов (пыли, насекомых и т. Д.) В поле зрения датчика, повреждения механизма и / или ложные срабатывания. Окно можно использовать в качестве фильтра, чтобы ограничить длину волны 8-14 микрометрами, что ближе всего к инфракрасному излучению, излучаемому людьми. Он также может служить механизмом фокусировки; Смотри ниже.

Фокусировка

Для фокусировки дальнего инфракрасного излучения на поверхности сенсора можно использовать различные механизмы.

Линзы

В пластиковое оконное покрытие может иметь несколько граней для фокусировки инфракрасной энергии на датчике. Каждый отдельный аспект - это Линза Френеля.

  • Мульти-линза Френеля типа PIR

  • Корпус датчика движения PIR с цилиндрическим фацетным окном. Анимация выделяет отдельные грани, каждая из которых представляет собой линзу Френеля, фокусируя свет на сенсорном элементе внизу.

  • Только передняя крышка PIR (электроника удалена) с точечным источником света сзади для отображения отдельных линз.

  • PIR со снятой передней крышкой, показывающей расположение пироэлектрического датчика (зеленая стрелка).

Зеркала

Некоторые PIR производятся с внутренними, сегментированными параболические зеркала для фокусировки инфракрасной энергии. Там, где используются зеркала, пластиковая крышка окна обычно не имеет линз Френеля.

  • Сегментированное зеркало типа PIR

  • Типичный бытовой / коммерческий ФИД с внутренним сегментированным зеркалом для фокусировки.

  • Крышка снята. Сегментированное зеркало внизу с печатной платой над ним.

  • Печатная плата удалена, чтобы показать сегментированное зеркало.

  • Сегментированное параболическое зеркало снято с корпуса.

  • Задняя часть печатной платы, которая при установке обращена к зеркалу. Пироэлектрический датчик обозначен зеленой стрелкой.

Схема пучка

В результате фокусировки вид детектора фактически представляет собой диаграмму направленности. Под определенными углами (зонами) ИК-датчик почти не получает энергии излучения, а под другими углами ИК-датчик получает концентрированное количество инфракрасной энергии. Это разделение помогает детектору движения различать освещение всего поля и движущиеся объекты.

Когда человек идет от одного угла (луча) к другому, детектор будет только периодически видеть движущегося человека. Это приводит к быстрому изменению сигнала датчика, который используется электроникой для срабатывания сигнализации или включения освещения. Электроника игнорирует медленно меняющийся сигнал.

Количество, форма, распределение и чувствительность этих зон определяется линзой и / или зеркалом. Производители делают все возможное, чтобы создать диаграмму направленности луча с оптимальной чувствительностью для каждого приложения.

  • Пассивный инфракрасный датчик движения с чувствительной диаграммой направленности.

    Детектор движения с наложенной диаграммой направленности. Длина лучей является мерой чувствительности детекторов в этом направлении.

Приложения для автоматического освещения

При использовании в составе системы освещения электроника в пассивном инфракрасном датчике обычно управляет встроенным реле, способным переключать сетевое напряжение. Это означает, что PIR можно настроить на включение света, подключенного к PIR, при обнаружении движения. Это чаще всего используется на открытом воздухе либо для отпугивания преступников (охранное освещение), либо для практических целей, таких как включение света входной двери, чтобы вы могли найти свои ключи в темноте.

Дополнительное использование может быть в общественных туалетах, кладовых, коридорах или в любом другом месте, где полезно автоматическое управление освещением. Это может обеспечить экономию энергии, поскольку свет включается только тогда, когда он нужен, и нет никакой уверенности в том, что пользователи не забывают выключать свет, когда они покидают зону.

Приложения безопасности

При использовании в составе системы безопасности электроника PIR обычно контролирует небольшой реле. Это реле замыкает цепь через пару электрические контакты подключен к входной зоне обнаружения панель управления охранной сигнализацией. Система обычно проектируется таким образом, что если движение не обнаруживается, контакт реле замыкается - «нормально закрытое» (NC) реле. При обнаружении движения реле размыкает цепь, вызывая тревогу; или, если провод отсоединен, также сработает сигнализация.

Размещение

Производители рекомендуют аккуратно размещать свои продукты, чтобы предотвратить ложные срабатывания сигнализации (т. Е. Любое обнаружение не по вине злоумышленника).

Они предлагают установить PIR таким образом, чтобы PIR не мог «видеть» из окна. Хотя длина волны инфракрасного излучения, к которому чувствительны чипы, не очень хорошо проникает в стекло, сильный источник инфракрасного излучения (например, от фар автомобиля или солнечного света) может перегрузить датчик и вызвать ложную тревогу. Человек, движущийся по другую сторону стекла, не будет «замечен» PID. Это может быть хорошо для окна, выходящего на общественный тротуар, или плохо для окна во внутренней перегородке.

Также не рекомендуется размещать PIR в таком положении, чтобы HVAC Вентиляционное отверстие будет выдувать горячий или холодный воздух на поверхность пластика, закрывающего окно корпуса. Хотя в воздухе очень мало излучательная способность (излучает очень небольшое количество инфракрасной энергии), воздух, дующий на пластиковую крышку окна, может изменить температуру пластика настолько, что вызовет ложную тревогу.

Датчики также часто предназначены для «игнорирования» домашних животных, таких как собаки или кошки, путем установки более высокого порога чувствительности или обеспечения того, чтобы пол в комнате оставался не в фокусе.

Поскольку датчики PIR имеют дальность действия до 10 метров (30 футов), один датчик, расположенный рядом с входом, обычно является всем, что необходимо для помещений с единственным входом. Системы безопасности на основе PIR также пригодны для наружной безопасности и чувствительного к движению освещения; одним из преимуществ является их низкое энергопотребление, что позволяет использовать солнечные батареи.[5]

Дистанционный термометр PIR

Реализованы конструкции, в которых схема PIR измеряет температуру удаленного объекта.[6] В такой схеме используется недифференциальный выход PIR. Выходной сигнал оценивается согласно калибровке для ИК-спектра конкретного типа наблюдаемого вещества. Таким образом можно дистанционно получать относительно точные и точные измерения температуры. Без калибровки по типу наблюдаемого материала устройство PIR-термометра может измерять изменения в ИК-излучении, которые напрямую соответствуют изменениям температуры, но фактические значения температуры не могут быть рассчитаны.

Смотрите также

Примечания

  1. ^ Спецификация продукции для PR150-1L / PR180-1L. Левитон. Получено 6 сентября 2014.[постоянная мертвая ссылка ]
  2. ^ «Как работают компоненты инфракрасного детектора движения». Страница некоммерческих исследований. Корпорация Глолаб.
  3. ^ «PIR сенсорная техника». ecosirius.com. Получено 1 февраля 2014.
  4. ^ «Генерация выходного импульса датчика PIR».
  5. ^ Д., Галли. «Пассивные инфракрасные датчики: краткий обзор». InHomeSafetyGuide.org. Руководство по домашней безопасности. Получено 6 мая 2016.
  6. ^ Ч. Ф. Цай и М. С. Янг (декабрь 2003 г.). «Термометр на основе пироэлектрического инфракрасного датчика для наблюдения за объектами внутри помещений». Обзор научных инструментов. 74 (12): 5267–5273. Дои:10.1063/1.1626005.

внешняя ссылка