Кіріспе
Инфрақызыл сәулелерді өлшейтін электронды сенсор. Пассивті инфрақызыл сенсор (PIR сенсор) – өрісіндегі объектілерден шығатын инфрақызыл (IR) сәулелерді өлшейтін электронды сенсор. Олар көбінесе PIR негізіндегі қозғалыс детекторында қолданылады. PIR сенсорлары қауіпсіздік дабылында және автоматты жарықтандыру жүйелерінде кеңінен қолданылады. PIR сенсорлары жалпы қозғалысты анықтайды, бірақ кім немесе не қозғалғаны туралы ақпарат бермейді. Мұндай мәліметтер үшін бейнелеу инфрақызыл сенсоры қажет. PIR сенсорлары көбінесе жай ғана "PIR" деп аталады, кейде "PID" – "пассивті инфрақызыл детектор" деп те айтылады. "Пассивті" термині PIR құрылғыларының анықтау үшін энергияны сәулелендірмейтіндігін көрсетеді. Олар тікелей инфрақызыл сәулелерді (сәулелі жылуды) анықтау арқылы жұмыс істейді, бұл сәулелер объектілерден шығады немесе олардан шағылысады.
A passive infrared sensor (PIR sensor) is an electronic sensor that measures infrared (IR) light radiating from objects in its field of view. They are most often used in PIR based motion detectors. PIR sensors are commonly used in security alarms and automatic lighting applications. PIR sensors detect general movement, but do not give information on who or what moved. For that purpose, an imaging IR sensor is required. PIR sensors are commonly called simply "PIR", or sometimes "PID", for "passive infrared detector". The term passive refers to the fact that PIR devices do not radiate energy for detection purposes. They work entirely by detecting infrared radiation (radiant heat) emitted by or reflected from objects.
Жұмыс істеу қағидалары
Абсолюттік нөлден жоғары температурасы бар барлық денелер жылу энергиясын электромагниттік сәулелену түрінде шығарады. Көбінесе бұл сәулелену адам көзіне көрінбейді, себебі ол инфрақызыл толқындарда таралады, бірақ оны осы мақсатқа арналған электрондық құрылғылармен анықтауға болады.
PIR-ге негізделген қозғалыс детекторы
PIR-ге негізделген қозғалыс детекторы адамдардың, жануарлардың немесе басқа да нысандардың қозғалысын анықтау үшін қолданылады. Олар көбінесе ұрылар сақшысы және автоматты жарықтандыру жүйелерінде пайдаланылады.
Операция
PIR сенсоры оған түсетін инфрақызыл сәулелену мөлшерінің өзгеруін анықтай алады, бұл өзгеріс сенсор алдындағы объектілердің температурасы мен беттік қасиеттеріне байланысты болады. Адам сияқты объекті қабырға сияқты фонның алдынан өтетін кезде, сенсордың көру бұрышындағы сол нүктедегі температура бөлме температурасынан дене температурасына дейін көтеріліп, содан кейін қайта төмендейді. Сенсор түсетін инфрақызыл сәулеленудегі осы өзгерісті шығыс кернеуінің өзгеруіне айналдырады, бұл оқиғаны тіркеуге себеп болады. Бірдей температурадағы, бірақ әртүрлі беттік қасиеттері бар объектілердің инфрақызыл сәуле шығару үлгісі де өзгеше болуы мүмкін, сондықтан оларды фонға қатысты жылжыту да детекторды іске қосуы мүмкін. PIR сенсорлары әртүрлі қолданыстар үшін көптеген конфигурацияларда қол жетімді. Көбінесе кездесетін модельдерде көптеген Френель линзалары немесе айна сегменттері, шамамен 10 метрлік (30 фут) тиімді қашықтығы және 180 градустан кем көру бұрышы болады. Көбінесе төбеге орнатылатын, 360 градусқа дейін кеңейтілген көру бұрышы бар модельдер де бар. Кейбір үлкен PIR сенсорлары бір сегментті айналармен жасалады және PIR-ден 30 метрден астам қашықтықта инфрақызыл энергияның өзгеруін сезе алады. Сондай-ақ, кері бағытталған айналары бар PIR сенсорлары бар, олар кең (110 градусқа дейін) немесе өте тар "перде" тәрізді қамтуды қамтамасыз етеді, немесе қамту аймағын қалыптастыру үшін жеке таңдалатын сегменттерді пайдалануға мүмкіндік береді.
Дифференциалды анықтау
Дәнекерлеу элементтерінің жұптары дифференциалдық күшейткішке қарама-қарсы кіріс ретінде қосылуы мүмкін. Мұндай конфигурацияда PIR өлшемдері бір-бірін жояды, осылайша көру бұрышының орташа температурасы электр сигналынан алынып тасталады; сенсордың бүкіл аумабындағы ИК энергияның артуы өзін-өзі жояды және құрылғыны іске қоспайды. Бұл құрылғыға қысқа мерзімді жарық шоқтарына немесе кең аумақты жарықтандыруға тап болғандағы қате сигналдарға қарсы тұруға мүмкіндік береді. (Үнемі жоғары энергия әсері сенсор материалдарын қанықтырып, сенсордың одан әрі ақпаратты тіркеу мүмкіндігін жоғалтуына әкелуі мүмкін.) Сонымен қатар, осы дифференциалдық схема ортақ режимдегі кедергілерді азайтады, құрылғыға жақын жердегі электр өрістерінен іске қосылуға қарсы тұруға мүмкіндік береді. Алайда, дифференциалдық сенсорлар жұбы осы конфигурацияда температураны өлшемейді, сондықтан олар тек қозғалысты анықтау үшін ғана қолданылады.
Іс жүзіндегі іске асыру
PIR сенсоры дифференциалдық режимде конфигурацияланғанда, ол қозғалыс детекторы ретінде тиімді қолданылады. Осы режимде, сенсордың "көру сызығында" қозғалыс анықталғанда, сенсордың шығыс тірегінде екі толықтай импульс өңделеді. Ретранслятор, дерек тіркегіш немесе дабыл сияқты жүктемені іс жүзінде қосу үшін осы шығыс сигналын пайдалану үшін, дифференциалдық сигнал көпірлі түзеткіш арқылы түзетіліп, транзисторлық реле драйверлік тізбегіне жіберіледі. Бұл реленің контактілері PIR сигналына жауап ретінде жабылып, ашылады, соның арқылы қосылған жүктемені іске қосып, алдын ала белгіленген шектеулі аймақта адамның анықталғанын растайды.
Өнiмнiң дизайны
PIR сенсоры әдетте, сенсордың өзінен келетін сигналдарды түсіндіруге қажетті электрониканы қамтитын баспа схемалық тақтаға орнатылады. Толық құрастырма әдетте сенсор бақылауға тиіс аймақты қамтитын жерге орнатылған корпус ішінде болады. Корпустың әдетте инфрақызыл энергияны өткізетін пластикалық "терезесі" болады. Көрінетін жарыққа көбінесе жартылай мөлдір болғанына қарамастан, инфрақызыл энергия пластик инфрақызыл сәулелерге мөлдір болғандықтан терезе арқылы сенсорға жетеді. Пластикалық терезе сыртқы заттардың (тозаң, жәндіктер, жаңбыр сияқты) сенсордың көру бұрышын жабуынан, механизмге зақым келтіруінен және/немесе жалған дабылдар тудыруынан сақтайды. Терезе сүзгі ретінде де қолданылуы мүмкін, бұл жағдайда толқын ұзындығын 8-14 микрометрге дейін шектейді, бұл адамдар шығаратын инфрақызыл сәулелерге ең жақын мән. Ол сондай-ақ фокустау механизмі ретінде де қызмет ете алады; төменде қараңыз.
Назар аудару
Қашықтағы инфрақызыл энергияны сенсор бетіне шоғырландыру үшін әртүрлі механизмдерді пайдалануға болады.
Линзалар
Пластикалық терезе қаптамасында инфрақызыл сәулелерді сенсорға шоғырландыру үшін бірнеше жақтары қалыпталған болуы мүмкін. Әрбір жеке жақ – Френель линзасы.
Айналар
Кейбір PIR-лер инфрақызыл энергияны шоғырландыру үшін ішкі, сегменттелген параболалық айналармен жасалады. Айналар қолданылса, пластикалық терезе қаптамасында әдетте Френель линзалары қалыптастырылмайды.
Жарық үлгісі
Фокустау нәтижесінде детектордың көрінісі іс жүзінде сәулелік үлгі болып табылады. Белгілі бір бұрыштарда (аймақтарда) PIR сенсоры дерлік ешқандай сәулелену энергиясын қабылдамайды, ал басқа бұрыштарда PIR инфрақызыл энергияның шоғырланған мөлшерін қабылдайды. Бұл айырмашылық қозғалыс детекторына кең көлемді жарықтандыру мен қозғалатын нысандарды ажыратуға көмектеседі. Адам бір бұрыштан (сәуледен) екінші бұрышқа қарай жылжығанда, детектор қозғалатын адамды тек үзіліс-үзіліс көреді. Бұл нәтижесінде сенсордың жылдам өзгеріп отыратын сигналы пайда болады, ол электроникаға дабыл беруді немесе жарықты қосуды қамтамасыз етеді. Электроника баяу өзгеріп жатқан сигналды елемейді. Осы аймақтардың саны, пішіні, таралуы және сезімталдығы линза және/немесе айна арқылы анықталады. Өндірушілер әрбір қолданыс үшін ең тиімді сезімталдық сәулелік үлгіні жасауға бар күштерін салады.
Автоматты жарықтандыру қолданбалары
Жарықтандыру жүйесінің бір бөлігі ретінде қолданылғанда, PIR-дегі электроника әдетте желілік кернеуді қосуға арналған интегралды релені басқарады. Бұл PIR қозғалыс анықталғанда PIR-ге қосылған шамдарды жақуға мүмкіндік береді. Бұл ең көп сыртқы жағдайларда қолданылады, қылмыскерлерді қайтармалдау (қауіпсіздік жарығы) үшін немесе кілттерді қараңғыда табу үшін кіреберіс шамдарын автоматты түрде жақу сияқты практикалық мақсаттарда. Сонымен қатар, қоғамдық дәретханалар, кіріктірілген қоймалар, дәліздер немесе шамдарды автоматты басқару пайдалы болатын кез келген жерде де қолданылуы мүмкін. Бұл энергияны үнемдеуге көмектеседі, себебі шамдар тек қажет болғанда ғана жағылады және пайдаланушылардың шығып кеткенде шамды сөндіруді есінде сақтауына қатысты тәуелділік болмайды.
Қауіпсіздік қолданбалары
Қауіпсіздік жүйесінің бір бөлігі ретінде қолданылғанда, PIR-дегі электроника көбінесе кішкентай релені басқарады. Бұл реле ұрлық сигнализациясының басқару тақтасының детекторлық кіріс аймағына қосылған электр контактілерінің жұбы арқылы тізбекті жабады. Жүйе әдетте қозғалыс анықталмаса, релелік контакт жабық күйде болады – "әдетте жабық" (NC) реле. Егер қозғалыс анықталса, реле тізбекті ашып, дабылды іске қосады; немесе егер сым үзілсе, дабыл да іске қосылады.
Орналастыру
Өндірушілер өнімдерді жалған дабылдардың (яғни, бұзылған оқиғасыз кез келген анықтама) алдын алу үшін мұқият орналастыруды ұсынады. Олар PIR сенсорларын терезеден "көрмейтіндей" етіп орнатуды кеңес береді. Чиптердің сезімтал инфрақызыл сәулелену толқындары шыныға жақсы өтпейді, бірақ күшті инфрақызыл көзі (көліктің фарасы немесе күн сәулесі сияқты) сенсорды жүктеуі мүмкін және жалған дабылға себеп болуы мүмкін. Адам шынының арғы жағынан қозғалса, PIR оны "көрмейді". Бұл қоғамдық тротуарға қараған терезе үшін жақсы, ал ішкі бөлімдегі терезе үшін жаман болуы мүмкін. Сондай-ақ, PIR сенсорын HVAC жүйесінің желдеткішін корпустың терезесін жабатын пластик бетіне ыстық немесе суық ауа соққысын тигізетіндей етіп орналастырмау ұсынылады. Ауаның инфрақызыл энергияны өте аз шығаратындықтан сәуле шығару қабілеті төмен болғанымен, пластик терезеге соққан ауа пластиктің температурасын жалған дабылға жеткілікті түрлендіруі мүмкін. Сенсорлар көбінесе үй жануарларын (мысықтар мен иттер сияқты) жоғары сезімталдық шегін орнату арқылы немесе бөлменің еденінің назардан тыс қалғанын қамтамасыз ету арқылы "назарға алмау" үшін жасалған. PIR сенсорларының қашықтығы 10 метрге дейін жететіндіктен, кіреберіске жақын орналастырылған бір детектор әдетте бір кіреберісі бар бөлмелер үшін жеткілікті. PIR негізделген қауіпсіздік жүйелері сыртқы қауіпсіздікте де, қозғалысқа сезімтал жарықтандыруда да қолданылады; олардың бір артықшылығы – төмен қуат тұтыну, бұл оларды күн энергиясымен жұмыс істеуге мүмкіндік береді.
PIR қашықтан басқару термометрі
PIR тізбегінде қашықтағы нысанның температурасы өлшенеді. Мұндай тізбекте дифференциалды емес PIR шығысы қолданылады. Шығу сигналы, бақыланатын нақты бір материалдың инфрақызыл спектріне сәйкес калибрлену арқылы бағаланады. Осы арқылы қашықтан салыстырмалы түрде дәл және нақты температура өлшемдерін алуға болады. Бақыланатын материалдың түріне калибрленбеген PIR термометрі құрылғысы температура өзгерісіне тікелей сәйкес келетін инфрақызыл сәулеленуіндегі өзгерістерді өлшеуге қабілетті, бірақ нақты температура мәнін есептеу мүмкін емес.