Инфракрасные датчики (ик-датчики) охранных систем

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.

Критерии выбора

Перед покупкой ИКДД нужно определить, для чего он нужен. При выборе той или иной модели надо руководствоваться следующими критериями:

1. Место установки. Приборы реализуют в уличном исполнении и для внутреннего пользования.
2. Вид крепления (потолочный, угловой, настенный).
3. Мощность влияет на угол охвата зоны контроля.
4. Наличие в помещениях больших площадей светоотражающих поверхностей (зеркала, витрины, остекление наружных ограждений и пр.) будет мешать нормальному функционированию ИК детектора.
5. Совместимость с операционной системой «Умный дом».

Обратите внимание! В сопроводительной документации покупатель может ознакомиться со всеми параметрами, указанными выше. В паспорте производитель обязательно указывает срок гарантийной службы прибора

Принцип работы ДД

Датчик движения в прожекторе

Чтобы понять, как работают датчики движения, нужно рассмотреть схему ИК детектора, понять из чего состоит прибор, и как функционируют его элементы.

Принцип строения схемы ДД основан на совокупности трёх элементов: это оптическая система, пироприёмник и блок обработки сигналов.

Оптическая система

Оптикой датчика называют то, что представляет собой полупрозрачную изогнутую пластину на фасаде корпуса или подвижной головки устройства. Пластик покрыт изнутри множеством мелких линз. Его функция состоит в том, чтобы сфокусировать инфракрасное излучение, исходящее от контролируемого пространства, на фотоэлементах пироприёмника.

Пироприёмник

Пирочувствительный элемент чутко реагирует на изменение фокусировки оптической системы. В случае появления объекта в зоне наблюдения микропроцессор пироприёмника передаёт сигнал в операционный блок.

Блок обработки сигналов

Операционная система представляет собой сложную электронную схему, которая, кроме фиксации движения, управляет режимами настройки прибора. Основной функцией блока является подача сигнала на реле, включающее то или иное подключённое оборудование (свет, сигнализацию и пр.).

О том, что датчик находится в рабочем режиме, сигнализирует встроенный в лицевую панель светодиодный индикатор красного цвета. В режиме ожидания светодиод не горит.

Когда применяются ИКДД

Прибор в первую очередь предназначен для фиксации движения людей. Перемещения объекта в зоне обзора инфракрасного датчика движения (ИКДД) замечают фотоэлементы головки прибора. Сигнал подаётся в электронный блок управления, который, в свою очередь, через реле включает то или иное устройство.

Датчики движения эксплуатируются, преследуя различные цели в определённых условиях. ДД различаются по назначению:

• охранные системы;
• управление освещением;
• система «Умный дом».

Охранные системы

Проблема охраны придомовых территорий и помещений в зданиях и сооружениях во многом решается за счёт установки ИКДД. Контрольные устройства работают совместно с системой видеонаблюдения, звуковой сигнализацией.

В отсутствии хозяина детектор движения, установленный в салоне автомобиля, при приближении человека к машине включает камеру видеорегистратора. Если произошло воровство, водитель потом может увидеть, кто это сделал.

Управление освещением

Установленные датчики в доме или квартире могут существенно сэкономить затраты на оплату электроэнергии. Подсоединенные к приборам освещения в доме или на улице инфракрасные датчики мгновенно включают свет при появлении человека в зоне охвата ИК детекторов.

ИКДД, управляющие освещением, имеют три опции настроек, это:

• освещённость;
• чувствительность;
• время задержки.

Освещённость

Реакцию прибора на степень освещённости зоны контроля регулируют винтом «LUX». В зависимости от места установки регулятор поворачивают в определённую позицию. В закрытых помещениях от наружного света шлиц винт ставят напротив отметки «Max». Если прибор должен срабатывать при наступлении сумерек, то положение регулятора фиксируют опытным путём.

Чувствительность

Винтом «Sens» добиваются реакции ИКДД на определённый объём движущегося объекта. Особенно это нужно для уличных приборов, чтобы они не реагировали на мелких животных.

Время задержки

Время задержки регулируют поворотом винта «Time». Это даёт возможность работать освещению некоторое время после прекращения какого-либо движения в поле обзора ДД. Временной промежуток устанавливают в пределах от 5 секунд до 10 минут.

Важно! Универсальность применения ДД позволяет создавать комбинированные схемы охраны различных объектов. Датчики устанавливают на огородах и в полях, гаражах и мастерских, складских помещениях и т.д

ИК датчик может производить одновременное включение света, сирены, видеокамеры и передать по беспроводной связи информацию на смартфон.

Система «Умный дом»

Операционная система «Умный дом» приобретает всё большую популярность у населения страны. Управляющий комплекс может устанавливать режимы работы различных домашних устройств и оборудования. Датчики движения являются неотъемлемой частью этой системы.

Инфракрасные детекторы при появлении хозяев в жилище передают сигналы в операционную систему, которая может включить тёплые полы, вентиляцию, открыть шторы на окнах и многое другое. Управлять «Умным домом» можно дистанционно с помощью мобильного телефона.