Инфракрасный датчик движения – это электронное устройство, способное реагировать на изменение интенсивности фонового теплового излучения в зоне его действия. Тепловым излучением обладают абсолютно любые объекты, а не только человек.

Если объект достаточного размера перемещается с достаточной скоростью, пересекая рабочую зону такого датчика, то происходит срабатывание, и датчик подает сигнал на электронную схему управления для выполнения того или иного действия тем или иным устройством. Таким устройством может быть как выключатель или регулятор освещенности помещения, так и охранная сигнализация, либо что-нибудь еще.

Очевидно, что такой инфракрасный датчик может быть применен для различных целей автоматизации, как в домашних условиях, так и на производственных и прочих предприятиях и объектах. Принципиально нет ограничений на области применения инфракрасных датчиков.

В основе конструкции инфракрасного датчика – пироприемники, служащие для распознавания инфракрасного излучения, и мультилинза, состоящая из множества мелких линз. Мультилинза внешне похожа на матовый цилиндр с мелким узором, нанесенным на его поверхность. Пироприемники расположены внутри корпуса датчика за мультилинзой.

Каждая маленькая линза (каждый сегмент мультилинзы) фокусирует инфракрасный свет на один из этих приемных элементов, благодаря чему создается конфигурация сфокусированных лучей, затем, когда объект (источник инфракрасного излучения) перемещается, инфракрасный свет падает уже на другую микролинзу, фокусируясь на другом пироприемнике.

Получается, что на пироприемник то подается сфокусированный инфракрасный свет, то – исчезает. Так обеспечивается условие для срабатывания электронной схемы датчика, подается электрический сигнал на блок обработки, и выполняется то или иное действие тем или иным устройством.

Ясно, что чем больше сегментов содержит мультилинза, тем чувствительней будет работать датчик, поскольку каждая микролинза работает со своим сегментом, охватывая собственную часть объема рабочего пространства, и при перемещении объекта внутри этого сегмента срабатывания не произойдет.

В конструкции инфракрасного датчика зачастую применяются сдвоенные или даже счетверенные пироэлементы, это делается для более точного срабатывания устройства, исключая незначительные световые помехи, вызываемые сменой температуры фона. Счетверенные пироэлементы (два сдвоенных), применяемые в самых последних моделях инфракрасных датчиков, полностью исключают ложные срабатывания.

При установке инфракрасного датчика движения следует соблюсти некоторые важные условия. Во-первых, на датчик не должен падать прямой свет от лампы, он будет мешать правильной работе. Во-вторых, в зоне действия датчика не должно быть никаких посторонних предметов, как то: подвесные светильники, люстры, колонны, высокие элементы мебели, и другие объекты, ограничивающие обзор датчика.

Стеклянные перегородки в зоне действия датчика также будут мешать, поскольку инфракрасный свет не проходит через стекло. Если мешающий предмет все же попадет в зону действия датчика, то это чревато возникновением так называемой «мертвой зоны», в которой перемещение фиксироваться не сможет просто в силу того, что инфракрасный свет не попадет на линзу датчика.

Главной характеристикой инфракрасного датчика движения является радиус обнаружения идущего человека. Радиус перемещения должен обязательно дотягиваться до углов помещения, а в случае, если этого не выходит, в помещении придется установить два или три таких датчика.

Каждый датчик обладает собственной круговой диаграммой обнаружения, и если одной такой диаграммы не достаточно для перекрытия всего пространства, например комнаты, придется установить несколько датчиков, чтобы их диаграммы обнаружения перехлестывались между собой, это обеспечит качество монтируемой системы автоматизации в целом.

Владельцы собак, кошек и других домашних животных часто задаются вопросом, можно ли создать стабильную систему, которая бы выдерживала домашних животных. Лучшим решением будет изолировать животных от территории, которую мы собираемся защищать.

Однако обычно это невозможно, поэтому производители инфракрасных датчиков движения удовлетворяют потребности пользователей, предлагая датчики, оснащенные технологиями и алгоритмами обнаружения, которые позволяют минимизировать причины ложных срабатываний, вызванных, среди прочего, животными.

Технология цифрового трехуровневого покрытия поля обнаружения, используемая в современных датчиках движения, исключает явление ложных тревог, вызванных мелкими животными.

Наружные ИК-датчики OPTEX не обнаруживают домашних животных и животных, а только обнаруживают присутствие человека, создавая более надежное решение для датчиков безопасности

Инфракрасные датчики движения бывают разными. Самые обычные модели реагируют на перемещение, но есть и более функциональные модели, расширяющие возможности для автоматизации.

Например, есть модели, могущие вести мониторинг освещенности, если движущийся человек присутствует в рабочей зоне. Когда света из окон достаточно, такой датчик может отключить искусственный свет, и включить его, когда начнет темнеть.

В таких датчиках есть возможность настройки такой чувствительности именно к свету. Особенно актуально это для подъездов домов, когда важно оптимизировать энергопотребление, включая свет только в темное время суток, или только тогда, когда по подъезду идет человек. Материальные расходы, благодаря такой автоматизированной системе могут быть существенно снижены.

Источник

Типы инфракрасных датчиков и способы их подключения

Инфракрасным (ИК) датчиком (сенсором) называется электронное устройство, сигнализирующее об изменении интенсивности инфракрасного излучения в определенном секторе обзора.

Разновидности и особенности

Существующие инфракрасные датчики бывают пассивные и активные.

Пассивные сенсоры обнаруживают объект при помощи пироэлектрического чувствительного элемента. С целью повышения чувствительности датчики оснащается оптической системой линз. В условиях перепадов температуры для повышения термостабильности обычно используется парный вариант соединения, при котором элементы включаются встречно.

В отличие от пассивных аналогов, активные датчики сами являются источником инфракрасного излучения и отслеживают отраженные инфракрасные волны. Они обладают большей достоверностью отсылаемого сигнала и меньшим числом ложных срабатываний, однако не столь энергоэффективны – потребляют электроэнергию от встроенного аккумулятора или электросети.

Извещатели скорости

Извещатели скорости осуществляют синхронизацию скоростей нескольких двигателей. Также в существующих системах охранной сигнализации с помощью извещателей скорости осуществляется контроль внутреннего объема помещений, с высокой эффективностью блокируется территория «на проход» человека, перемещающегося со скоростью 0,3–3,0 м в секунду. Он оперативно реагирует на перепады температур в секторах «нарезки» контролируемого объема (с помощью оптической детали со ступенчатой поверхностью, называемой линзой Френеля), если он находится в пределах зоны чувствительности.

Детекторы PIR

PIR детекторами называют пассивные (не излучающие тепловые лучи) инфракрасные устройства, служащие для визуальной фиксации положения объекта. PIR детекторы обычно используются для контроля общественных помещений и автоматического открывания дверей.

Пироэлектрический чувствительный элемент представляет цилиндрическое устройство с кристаллом прямоугольным формы в центре, улавливающем ИК свет. Поскольку PIR детектор должен реагировать на движение объекта, излучающего тепло, одна половина датчика улавливает больший уровень излучения, чем другая. Вследствие этого на выходе будет генерироваться цифровой сигнал «high» (обычно напряжением 3В), когда есть движение, или «low, когда движение объекта отсутствует.

ПИР датчики используют в случае необходимости определить присутствие человека в пределах контролируемого пространства. Они не определяют расстояние и количество человек на территории.

Возможно ложное срабатывание на домашних питомцев и другие теплокровные объекты.

Извещатели температуры

ИК извещатель относится к наиболее распространенному типу извещателей температур, используемых для промышленного контроля температуры технологических процессов. Минимальная достаточная чувствительность пироэлектрического элемента обычно находится на уровне 0,1°С, для этого используется пироэлемент размером 1,0 х 2,0 мм и толщиной в несколько микрон.

Сенсоры объемные

Инфракрасные объемные сенсоры – пассивные экземпляры. Очень часто они используются для охраны автомобилей. Приспособления не излучают ничего, работая только «на прием», и реагируют на изменение распределения ИК лучей с раскрывом по вертикали/горизонтали порядка 90º, то есть являются объемными. Дальность действия разных моделей отличается, как правило, она составляет 6–12 метров.

В случае перемещении объекта с температурой отличной от окружающего фона, пироэлектрический сенсор генерирует электрический импульс. Этот импульс обрабатывается по определенному алгоритму: сначала повышается его помехоустойчивость (избирательность), затем формируется сигнал тревожного извещения. По проводам или беспроводной связи после усиления сигнал поступает на соответствующий пульт охраны, например, контрольную панель автостоянки.

Принцип действия

Принцип действия инфракрасного датчика основывается на явлении пироэлектрики. Основой датчиков является пироэлемент – искусственно синтезированный кристалл. По свойствам он аналогичен природным кварцу или турмалину, но обладает большей пироэлектрической чувствительностью, позволяющей на большем расстоянии визировать инфракрасное свечение. Выступая в роли приемника квантов ИК излучения, элемент реагирует на тепловое (инфракрасное) излучение с длиной волны 0,74-2000 мкм. На металлических обкладках конденсатора, между которыми помещен сам кристалл, возникает электрический потенциал. Он прикладывается к участку затвор – исток встроенного в датчик полевого транзистора, запускающего работу электрической цепи.

Применение

ИК датчики составляют около 50% работающих сенсоров движения в мире. В быту высокочувствительный компонент используются в системах сигнализации. В комбинации с акустическими, ультразвуковыми и оптическими аналогами инфракрасный сенсор задействован в системах пожаротушения и охраны.

Радиационные термометры

Анализаторы влажности

В одном распространенном способе измерения влажности используется облучение инфракрасным светом с длиной волн 1,1–2,7 мкм, которые поглощаются влажным объектом, и эталонными частотами. Отраженные излучения детектируются и сравниваются (анализируются). Полученное значение соотношения определяет процент влажности сыпучего вещества или твердотельного предмета. Современный инфракрасный анализатор влажности определяет содержание влаги с точностью от 0,1 до 0,01%.

Газовые анализаторы

Инфракрасные датчики применяются в промышленности в качестве газоанализаторов, также контролируют утечку бытового газа в доме/на даче и определяют содержание вредных веществ в выхлопе автомобилей. Контроль содержания метана в помещении, концентрации CO и CO₂ в выхлопном газе с погрешностью ≤10% заключается в отслеживании способности проверяемого газа поглощать/снижать интенсивность ИК излучения при прохождении в измерительной камере с образцом.

ИК-приемники

В отличие от стандартного ИК детектора, инфракрасный приемник не только принимает, но и производит цифровое преобразование инфракрасного сигнала. Образующиеся в приемнике импульсы фиксированной частоты определенной длительности защищают устройство от ложных срабатываний. Это особенно актуально в местах с высоким фоновым излучением и помех со стороны бытовых приборов в инфракрасном диапазоне.

Преимущества и недостатки

ИK датчики обладают рядом преимуществ, обеспечивших повсеместное использование этого вида:

К недостаткам инфракрасных датчиков следует отнести:

Критерии выбора

При выборе ИК датчиков покупателей интересует внешний вид, эргономичность и оперативность срабатывания современных моделей. Существуют свойства товарных позиций, на которые покупателям следует в первую очередь обратить внимание.

Устойчивость к атмосферным осадкам

Атмосферные осадки могут негативно влиять на функционирование чувствительной электроники. Наилучшим способом защиты от дождя, снега и града считается размещение прибора в корпусе с высокой степенью пылевлагозащищенности IP66.

Доступные виды источников питания

В комплект поставки устройства обычно входит аккумуляторная батарея или аксессуары для подключения к источнику питания. Это может быть шлейф с разъемами, сетевой адаптер.

Возможность подключения к центральной системе сигнализации

Инфракрасные сигнальные датчики адаптированы для взаимодействия с различными контрольно-приемными панелями. В ряде модификаций предусмотрена подача тестовых сигналов на центральный блок и сигналов о разряде батареи.

Возможность настройки чувствительности

Параметр настраивается таким образом, чтобы устройство не реагировало на мелких животных, но срабатывало при обнаружении человека.

Возможность скрытой установки

Существуют охранные датчики скрытой установки, встраиваемые в потолок или стену. Корпус устройства утапливается в заранее подготовленное отверстие, снаружи видна только оптика пироэлектрического элемента, осуществляющая круговое обнаружение.

Сферы применения

Высокотехнологичные устройства в равной степени востребованы в промышленности и на транспорте в качестве элементов контроля. Особое место датчикам отводится в охранных системах и системах жизнеобеспечения типа «умный дом».

Охранные системы

Охранные датчики считаются своего рода «чувствительными рецепторами» систем охранной сигнализации. Они помогают обнаружить преступника в помещении или на контролируемой территории, формируют и передают сигнал тревоги на пульт, извещая о необходимости принятия мер реагирования.

Системы «умного дома»

Обычно инфракрасным датчикам, интегрированным в систему «умный дом», отводится роль важнейшего компонента системы интеллектуального включения/выключения света (сенсора присутствия). С его помощью включаются светильники в помещениях дома или уличные фонари при появлении теплокровного объекта.

Правила эксплуатации

Правила эксплуатации устройства производитель прописывает в руководстве по эксплуатации. В составе сопроводительной документацией оно передается покупателю при покупке товарной позиции.

Источник

Принципы работы инфракрасных датчиков

Использование электронных устройств регистрирующих изменения каких-либо физических параметров, позволяет в автоматическом режиме контролировать работу многих приборов и механизмов. Инфракрасные датчики применяются именно для этих целей, но с появлением «умных» устройств, сфера применения изделий значительно расширилась.

В этой статье будет подробно рассмотрен принцип работы сенсора, реагирующего на ИК-излучение, а также приборов, в которые устанавливаются изделия этого типа.

Что представляет собой ИК-датчик

Ик датчики — это устройства, способные реагировать на фоновое инфракрасное излучение. Прибор регистрирует любое тепловое излучение. Это значит, что сработать такое устройство может не только при нахождении в зоне действия датчика теплокровных животных или человека, но и даже на перемещающийся неодушевлённый предмет.

Инфракрасный тепловой датчик может использоваться в различных условиях. Если эксплуатация осуществляется в местах, где устройство может подвергнуться физическому воздействию, то его изготавливают в защищённом корпусе. В различных гаджетах, например в смартфонах, ИК-детектор размещается на передней панели, чтобы обеспечить возможность реагирования сенсора на движение рук владельца телефона.

Принцип работы ИК датчика

Инфракрасные датчики могут иметь различную конструкцию, а принцип работы таких устройств может отличаться в зависимости от способа регистрации инфракрасного излучения. В такие приборы могут устанавливаться активные или пассивные ИК-элементы, а также комбинация этих двух типов детекторов ИК-излучения.

Активные

Работа активных датчиков похожа на систему радарного обнаружения самолётов, но только в инфракрасном диапазоне. Система этого типа состоит из двух основных элементов: генератора и приёмника ик-излучения. Первый элемент излучает сигнал в инфракрасном диапазоне, а второй — обрабатывает отражённый сигнал.

Если в зоне действия системы этого типа появляется какое-либо движение, то происходит доплеровский сдвиг частоты, на который и реагирует приёмник сигнала. Благодаря высокой степени чувствительности таких сенсоров они получили большее распространение, но по этой же причине такие устройства часто срабатывают ложно, например, при качании ветвей деревьев во время сильного ветра.

Пассивные

Пассивные устройства состоят только из приёмников сигнала. Излучателя в таких приборах нет, но благодаря высокой чувствительности сенсоров и применению линзы Френаля, удаётся добиться высоких результатов по обнаружению инфракрасного излучения, как в помещениях, так и на открытых площадках. Оптическая система разбивает детектируемое пространство на большое количество отдельных частей, что позволяет электронной системе сопоставлять уровень ИК излучения, исходящего из разных точек пространства. При обнаружении значительных расхождений в уровне излучения прибор срабатывает, и сигнал о наличии движения передаётся в систему звукового оповещения.

В качестве сенсора в пассивных устройствах используются пироэлектрические преобразователи. В приборе применяется чётное количество полупроводниковых элементов. Это необходимо, чтобы разделить между собой сигнал, поступающий от различных секторов линзы.

Комбинированные

В комбинированных инфракрасных системах применяются одновременно активный и пассивный датчики. Таким образом значительно снижается количество ложных срабатываний, ведь для включения электрического света, сирены сигнализации или других устройств необходимо получить «добро» от обоих сенсоров.

Комбинированные инфракрасные детекторы не лишены недостатков. Если по тем или иным причинам, какой либо датчик не сработает при наличии движения в зоне действия устройства, то подобные действия не приведут к срабатыванию охранной или пожарной системы.

Где купить

Различные компоненты систем безопасности легко доступны для приобретения в специализированных магазинах вашего города. Но существует другой вариант, который недавно получил ещё и значительные улучшения. Долго ждать посылку из Китая больше не требуется: в интернет-магазине АлиЭкспресс появилась возможность отгрузки с перевалочных складов, расположенных в различных странах. Например, при заказе вы можете указать опцию «Доставка из Российской Федерации».

Переходите по ссылкам и выбирайте:

Применение в охранных и пожарных сигнализациях

Наиболее часто инфракрасные датчики применяются в охранных системах. Наличие движения легко определяется как пассивными, так и активными устройствами. Сигнализации этого типа являются достаточно надёжными, что позволяет оперативно передавать информацию о возможном нарушении периметра на звуковое устройство или на пульт охраны. Аналогичным образом действуют приборы, установленные перед раздвижными дверьми супермаркетов. При выявлении движения детектор включает электрическое реле привода электродвигателя.

Способность эффективно регистрировать инфракрасное излучение является незаменимым в противопожарных системах. При обнаружении открытого огня или значительного нагрева, такая система также начинает подавать тревожный сигнал либо включает автоматическую установку пожаротушения. Противопожарные ИК-устройства широко используются в заводских залах, на объектах, где хранятся взрывоопасные и легковозгораемые вещества.

Противопожарные устройства этого типа имеют серьёзные недостатки. Ложное срабатывание датчика может произойти в результате воздействия прямых или отражённых солнечных лучей, а также тепловых приборов. По этой причине инфракрасные детекторы пламени часто объединяются в системы, в которых используются иные принципы обнаружения возгораний.

Как известно, не бывает дыма без огня. По этой причине, установить факт возгорания можно с помощью миниатюрные инфракрасных устройств, с помощью которых регистрируется наличие газообразных продуктов горения. Приборы этого типа также имеют излучатель и приёмник ИК-излучения, но только в этом случае они располагаются напротив. Дым, проходя через инфракрасный луч, отражает большую часть сигнала. Приёмник, в свою очередь, регистрируют «недостачу» и включает электрическую цепь звукового устройства или системы пожаротушения.

Применение ИК-датчиков в быту и на производстве

В современных приборах и на производственных установках инфракрасные датчики используются для дистанционного управления, передачи информации, измерения расстояния, скорости и температуры.

Для регулировки температуры

При организации многих технологических процессов важно поддерживать температуру в заданных пределах. Механические устройства имеют значительные погрешности, поэтому если необходимо регулировать нагрев или охлаждение веществ с точностью до 0.1˚С, применяются специальные инфракрасные устройства. Такие приборы, объединённые в электрическую цепь с микропроцессорной платой, могут изменять температурный режим в автоматическом режиме.

Основное достоинство таких устройств заключается в возможности дистанционного измерения тепловых показателей. Например, при выплавке стали благодаря использованию инфракрасных пирометров можно точно определить температуру без непосредственного контакта с жидким металлом.

Температурные инфракрасные датчики могут быть выполнены в виде портативного устройства. Благодаря наличию низкого уровня искажения, такие изделия используются, в том числе, в качестве медицинских приборов для моментального определения температуры тела человека.

Инфракрасные ПДУ

Принцип работы пульта дистанционного управления также основан на инфракрасном излучении. На передающем сигнал устройстве устанавливается передатчик, который, при нажимании какой-либо кнопки, посылает зашифрованный сигнал на приёмник. Принявшее сигнал устройство обрабатывает полученную информацию и выполняет необходимое действие.

В современных устройствах принимающий сигнал от ПДУ датчик представляет собой объединённый в одном корпусе чувствительный элемент и усилитель. Таким образом экономится место на печатной плате, а также решается проблема, при необходимости, быстрой замены приёмного устройства.

Инфракрасные датчики в системах дистанционного управления позволяют организовать эффективный способ передачи информации на небольшом расстоянии. Среди основных плюсов такого способа можно назвать высокие показатели помехоустойчивости. Направленность системы в одну сторону является её серьёзным недостатком, но, при необходимости, можно увеличить угол эффективного использования ПДУ с помощью отражения от зеркальных поверхностей.

Датчик расстояния

Излучая и улавливая инфракрасный луч можно достаточно точно измерить расстояние от датчика к неподвижному объекту. Специальные устройства, выполняющие такую функцию состоят из ИК-светодиода и принимающего отражённое излучение сенсора.

Чувствительный элемент генерирует электрическое напряжение, величина которого зависит от угла падения отражённого инфракрасного луча. Эта зависимость, при измерении расстояния в определённых значениях, линейна. При удалении ИК-приёмника от объекта, напряжение уменьшается. Процессор обрабатывает сигнал от приёмника и выводит на дисплей значение расстояния либо активирует какую-либо электрическую систему.

Приобрести инфракрасные датчики можно в Москве, а также на Алиэкспресс либо других аналогичных торговых площадках.

Счётчик оборотов двигателя

Во многих системах оборудованных двигателями возникает необходимость вести подсчёт оборотов вращения подвижных частей силовых агрегатов. Механические устройства для этой цели уже давно не используются по причине отсутствия устойчивости к износу.

Инфракрасные датчики являются отличной заменой таким приборам.

Принцип работы бесконтактного устройства подсчёта оборотов очень прост:

Если по каким либо причинам такую конструкцию инфракрасного подсчёта частоты вращения невозможно реализовать на практике, то на валу размещают светоотражающий материал, который будет возвращать ИК-луч после каждого полного оборота.

Подключение датчика

Если монтаж инфракрасного датчика осуществляется своими руками, то прежде чем организовать подключение, необходимо ознакомиться с основными правилами установки таких устройств. Наиболее часто такие устройства устанавливаются самостоятельно для автоматического включения света в комнате либо для автоматического запуска уличных светильников, работающих от солнечных батарей.

Работа по подключению ИК датчика выполняется в такой последовательности:

Большая часть производимых датчиков имеет встроенные элементы регулировки времени свечения лампы и порога срабатывания. На плате переменные резисторы обозначаются соответственно TIME и LUXE.

Чувствительность устройства следует настроить в первую очередь. Для этой цели необходимо установить регулировку времени свечения лампы на минимальное значение. Затем, вращением регулятора чувствительности в различные положения, подобрать наиболее подходящий режим работы осветительного прибора.

Когда чувствительность датчика будет настроена, следует установить реле времени на наиболее подходящий промежуток работы осветительного прибора.

Установку сигнализаций и пожарного оборудования следует доверить квалифицированным специалистам. Ошибки в монтаже таких устройств могут обойтись значительно дороже стоимости услуг профессионального монтажника.

Вывод

Инфракрасные датчики являются недорогими, надёжными устройствами, с помощью которых можно сделать свою жизнь более безопасной и комфортной. Покупка таких изделий в проверенных местах и правильный монтаж оборудования позволят прослужить системам этого типа в течение многих лет без необходимости проведения ремонта и замены основных компонентов.

Видео по теме

Источник