Как работает инфракрасный датчик движения?

Принцип работы инфракрасного датчика движения — Портал по безопасности

Как работает инфракрасный датчик 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.

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.

Инфракрасный датчик движения для освещения

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.

Зона действия инфракрасного датчика

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.

Устройство инфракрасного датчика

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.

Сенсор инфракрасного датчика

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.

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.

Читайте также  Как установить датчик движения для включения света?

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.

Распознавание животных инфракрасным датчиком

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.

Схема работы инфракрасного датчика движения

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.

Источник: https://sivcomsks.com/printsip-raboty-infrakrasnogo-datchika-dvizheniya/

Виды датчиков движения и особенности их функционирования

Как работает инфракрасный датчик движения?

Ключевым устройством в системах охранной сигнализации является датчик движения. Это приспособление, которое различными способами определяет появление объекта на контролируемой территории.

В зависимости от сложности прибора или системы охраны и способа подключения применяются различные функции датчика движения:

  • Включение светозвуковой тревожной сигнализации;
  • Передача сигнала о несанкционированном проникновении на пульт охраны;
  • Активизация системы видеозаписи;
  • Передача сигнала на мобильное устройство связи владельцу.
  • Включение освещения в охраняемом помещении.

Последняя функция экономии электроэнергии часто используется в системах освещения «умного дома» как для придомовой территории, так и для помещений.

Основные технические и эксплуатационные характеристики

При выборе датчика движения следует обратить внимание на следующие характеристики прибора:

  • Потребление тока;
  • Рабочее напряжение;
  • Тип примененного в приборе релейного контакта:
    • Нормально замкнутый;
    • Нормально разомкнутый;
  • Рабочие характеристики – температурный и влажностный режим функционирования.

Основными параметрами, по которым определяется эффективность устройства, являются дальность зоны обнаружения и угол обзора.

Разновидности и принцип действия

По принципу обнаружения различают следующие виды датчиков движения:

  1. Инфракрасные;
  2. Ультразвуковые;
  3. Микроволновые;
  4. Гибридные.

Инфракрасные

Наиболее распространенные, дешевые и простые в использовании приборы. Принцип их действия основан на восприятии изменения теплового фона, в контролируемом помещении, пироэлектрическими сенсорами. Существуют пассивные ИК детекторы, фиксирующие движение при помощи оптической системы, именуемой линза Френеля. При движении теплого объекта линза фокусирует ИК излучение на разных участках пироэлектрического сенсора.

Активные ИК датчики действуют по иному принципу. Они состоят из двух приборов, которые имеют как принимающие, так и генерирующие ИК лучи приспособления. Объект находящийся между ними изменяет температуру входящего луча, что и вызывает срабатывание сигнала тревоги. Такие приборы обычно используются для охраны периметров.

Читайте также  Установка датчиков движения для освещения в подъезде

Особенности функционирования – высокая чувствительность к естественным изменениям теплового фона в помещении делает необходимость тонкой настройки прибора. Устройства устойчивы к звуковым и вибрационным влияниям.

Ультразвуковые

Принцип действия основан на восприятии радиоволн отраженных от объекта, движущегося в зоне обнаружения. В самом приборе имеется как генератор, так и приемник электроколебаний. Высокочастотный ультразвук, который используется в различных моделях УЗ детекторов, находится в диапазоне 30-40 кГц. Несмотря на то, что ухо неспособно услышать такие колебания, при использовании этих приборов следует учитывать не только восприимчивость человека, но и наличие в помещении животных которым такая частота может принести вред.

Такие датчики инертны к ИК тепловому излучению приборов, бытовым и промышленным звукам. Однако их рекомендуется использовать исключительно в отапливаемом помещении, так как большинство моделей чувствительны к резким перепадам температур и колебаниям влажности. При выборе места установки следует учитывать, что некоторые строительные материалы и стекла «прозрачны» для ультразвука и ложное срабатывание может вызвать объект, находящийся в соседнем помещении.

Микроволновые

Принцип действия таких детекторов основан на эффекте Допплера. Прибор сочетает генератор микроволнового излучения и его приемник. Срабатывание происходит при искажении принимаемых волн объектом, появившемся в зоне излучения. По функциональности и области применения аналогичны УЗ детекторам. Частота излучения 2,2 ГГц.

Особенности подключения

Независимо от типа обнаружения подключение датчиков движения в систему сигнализации следующим способом.

На клеммной колодке датчика обычно расположены 6 контактов. Два из них маркируются 12V с обозначениями «+» и «-», на них подается питание. Далее пара контактов «TAMPER» эти контакты используются для определения вскрытия корпуса прибора. Пара контактов «RELAY» подключаются в шлейф контроллера охранной сигнализации с учетом зон обнаружения.

Если необходимо подключение нескольких приборов, то питание подается параллельно – каждый датчик должен быть подключен к блоку питания по отдельной линии энергоснабжения. TAMPER и RELAY могут подключаться последовательно, при этом на последнем устройстве необходима установка оконечного резистора. Его номинал может быть различным в зависимости от характеристик оборудования.

Подсоединение датчиков движения, предназначенных для освещения производится намного проще. Они имеют только три контакта, которые подключаются следующим способом:

Способы расположения и правила установки

Детекторы движения, в зависимости от особенностей конструкции, имеют следующие особенности расположения:

  1. Настенные;
  2. Потолочные;
  3. Для скрытого монтажа в подвесных потолках.

Кроме моделей для использования в помещении выпускают изделия уличного исполнения, имеющие влаго- пыленепроницаемый корпус, способные функционировать в широком диапазоне температур.

Существует несколько правил, которых необходимо придерживаться при установке детекторов движения. Нельзя устанавливать датчики движения вблизи климатических устройств, вытяжек естественной или искусственной системы вентиляции и обогревательных приборов.

Конвекционные и воздушные потоки будут создавать помехи в работе. Для предотвращения влияния на прибор вибрации место монтажа необходимо выбирать на несущих или капитальных конструкциях сооружения.

Следует избегать расположения в местах, освещенных прямыми солнечными лучами длительное время, у некоторых устройств существует вероятность засветки чувствительных детекторов.

Дальность зоны обнаружения находится в обратной пропорциональности углу обзора.

Производители выпускают множество разнообразных моделей датчиков движения, имеющих различные принципы действия и функциональные возможности. Подбор оптимального оборудования довольно сложная задача, на которую влияют множество факторов. Эта статья поможет в создании надежной системы охранной сигнализации.

Источник: http://ohranivdome.net/ohrannaja-signalizacija/izveshateli_i_opoveshateli/vidy-datchikov-dvizheniya-i-osobennosti-ikh-funkcionirovaniya.html

Инфракрасные датчики движения

Как работает инфракрасный датчик движения?

Скорее всего, читатель уже знаком с таким понятием, как «умный дом». Это значит, что в нем установлено много устройств, которые функционируют в автоматическом режиме. А владелец может так или иначе управлять ими. Важную роль в управлении домашней автоматикой выполняют датчики движения (ДД). Об этих устройствах более подробно расскажем далее.

В каких случаях применяются

В общем ДД применимы не только в умном доме. Их можно задействовать для управления любой осветительной системой, установленной в любом помещении. Частный дом не будет исключением в таком случае. И не только его освещение даст пользу при внедрении ДД. Безопасность жилья, основанная на применении ДД, – это еще одна область использования датчиков. Это же относится:

  • к многоквартирным домам (применительно и к объектам общего пользования, и непосредственно для квартир);
  • школам, больницам, детским садам и прочим учреждениям социального назначения;
  • административным объектам.

По некоторым данным, при широком внедрении ДД в осветительных системах перечисленных выше объектов, можно получить экономию электроэнергии примерно в 75%.

Как устроены и работают

Для срабатывания любого датчика нужна определенная среда, которая определяет возникновение сигнала. Для большинства систем с ДД такой средой является свет. Невидимая инфракрасная (ИК) часть его спектра очень удобна для использования. Человеческий глаз не видит инфракрасные лучи. Но они взаимодействуют с линзами как видимый свет. По этой причине невидимый поток можно усилить линзой, направив на фотоэлемент.

Читайте также  Датчик протока газового котла принцип работы

Он сможет зафиксировать любое тепло, в том числе исходящее от человека и животных. Причем круглосуточно, вне зависимости от уровня естественного освещения. Для инфракрасного фотоэлемента оно не имеет значения. И днем, и ночью человек воспринимается им одинаково, о чем свидетельствует изображение далее:

Так выглядит человек в инфракрасных лучах при любом освещении

На изображении более темные участки соответствуют пониженным температурным показателям. Следовательно, уровень сигнала, который выдает фотоэлемент, получается меньше. Поэтому его работа основана на изменении теплового фона пространства, охваченного телесным углом его линзы. Этот фон может изменяться по разным причинам. В результате получаются не только правильные, но и ложные срабатывания ДД и разновидности их, которые называются датчиками присутствия. Разница между ними состоит в чувствительности.

ДД реагирует на значительное пороговое изменение теплового фона. Например, появление в зоне его действия подвижного объекта. Но поведение этого объекта, например, человека, который двигает частями своего тела, отрабатываться не будет. Датчик присутствия сможет зафиксировать эти движения.

Для ознакомления с конструкцией ДД рассмотрим одну из его моделей. Датчик – это пластиковый корпус, внутри которого установлена печатная плата с электронными компонентами. В рассматриваемой модели фотоэлементы, воспринимающие состояние ИК-излучения, находятся в центре печатной платы. Над ними расположен оптический концентратор, состоящий из большого числа линз. Эти две детали показаны далее.

Печатная плата и оптический концентратор датчика движения Оптический концентратор датчика движения

Каждая линза охватывает часть пространства, ограниченного конусом с вершиной на одном из фотоэлементов. Перемещение предмета и связанное с этим изменение инфракрасного излучения, воспринимаемого ДД, сопровождается электрическими сигналами, которые создает фотоэлемент под воздействием линз. Другие компоненты электронной схемы обрабатывают эти сигналы, обеспечивая необходимый результат. Для наглядности описание этого процесса дополнено изображением.

Так работает инфракрасный ДД

В соответствии с закономерностями оптики, увеличение количества линз приводит к усилению чувствительности ДД и обеспечивает регистрацию все более незначительных изменений инфракрасного света. Но упомянутая чувствительность связана с расстоянием. И если в определенной близости от ДД он может регистрировать их, выполняя роль датчика присутствия, то по мере удаления от фотоэлемента эта роль утрачивается.

По размерам и количеству линз, которые приходятся на общую поверхность концентратора, можно судить о том, какую задачу выполняет датчик. Если у двух моделей размеры и конструкция концентраторов одинаковы, но в одном из них линзы мелкие и в большем количестве, значит, это датчик присутствия, а его так называемый «коллега» – ДД.

Где устанавливается

  • В любом из мест, где в пределах телесного угла датчика нет источников света или предметов, бросающих тень на ДД со стороны наблюдаемой зоны.

Правильное расположение лампы относительно ДД Неправильно расположенные светильники ограничивают рабочую зону ДД

Поскольку основной параметр ДД называется радиусом обнаружения, в его пределы для правильного отслеживания движения в пределах помещения должны попадать все углы этого помещения.

Если это условие не выполняется, используются несколько ДД с перекрывающимися телесными углами. В основном все модели датчиков из присутствующих на рынке характерны круговыми или эллипсоидными диаграммами направленности. Из-за этого всегда их нужно несколько штук. Это усложняет проектирование систем автоматики.

Хотя и выпускаются датчики с квадратной диаграммой направленности, их на рынке представляет лишь одна германская фирма. Эти датчики упрощают проектирование, что наглядно демонстрирует следующее изображение.

Картинка

Преимущества ДД с квадратной характеристикой диаграммы обнаружения (направленности)

  • ДД устанавливаются вдали от отопительного (охладительного) оборудования.
  • При выборе ДД рекомендуется обратить внимание на его способность отличать естественное освещение от искусственного.

Упомянутое обернется существенной экономией денег, потраченных на электроэнергию – освещение. Даже при более высокой стоимости эти датчики быстро окупятся. Но устанавливать эти датчики имеет смысл в помещениях с окнами. Если естественный свет в помещение не попадает (например, в коридор или подвал), можно установить недорогие ДД без мониторинга естественного освещения.

В заключение краткий итог изложенного:

  • Все модели ДД, в том числе и датчики присутствия, используют инфракрасное излучение, изменяемое тем или иным внешним воздействием.
  • Изменение ИК-излучения не обязательно связано с движением объектов и может быть результатом нагревания.
  • Датчики присутствия характерны большим количеством ложных срабатываний по причине повышенной чувствительности.
  • Целесообразно настраивать ДД соответственно сезонному светлому времени суток.

Источник: https://domelectrik.ru/oborudovanie/datchik/ik-detektor-dvizheniya