Андрей Смирнов
Время чтения: ~15 мин.
Просмотров: 0

Основные принципы работы датчиков движения

Преимущества и недостатки ультразвуковых датчиков

Преимущества:

  • ультразвуковые передатчики легко устанавливаются на поверхности или на резервуары, содержащие жидкость;
  • настройка проста, и эти устройства с возможностью бортового программирования могут быть сконфигурированы за считанные минуты;
  • поскольку нет контакта со средой и движущихся частей, устройства практически не требуют технического обслуживания;
  • поскольку устройство бесконтактно, измерение уровня не зависит от изменений плотности жидкости;
  • изменения температуры изменят скорость ультразвукового импульса, но встроенный температурный датчик автоматически исправит погрешности при вычислении;
  • изменения технологического давления не влияют на измерение.

Недостатки:

  • ультразвуковые датчики рассчитаны на то, что импульс не будет затронут во время его полета, поэтому следует избегать жидкостей, образующих тяжелые газы или слои пара;
  • поскольку для прохождения импульса требуется воздух, применение ультразвукового-датчика в вакууме невозможно;
  • конструкционные материалы прибора обычно ограничивают температуру работы, примерно до 70 C;
  • приборы можно использовать на силосохранилищах, содержащих сухие продукты, такие как гранулы, зерна или порошки, но необходимо учитывать такие факторы, как угол поверхности, запыленность и расстояние.

Работа ультразвукового уровнемера

Ультразвуковой датчик уровня устанавливается на верхнюю часть резервуара и передает импульс вниз. Этот импульс, движущийся со скоростью звука, отражается обратно в передатчик от поверхности жидкости. Передатчик измеряет временную задержку между переданным и принятым эхо-сигналом, а бортовой процессор устройства вычисляет расстояние до поверхности жидкости.

Ультразвуковой датчик уровня выполняет расчеты для преобразования расстояния прохождения волны в меру уровня в резервуаре. Промежуток времени между запуском звуковой очереди и получением обратного эха, прямо пропорционален расстоянию между датчиком и жидкостью в сосуде.

Частотный диапазон ультразвукового уровнемера находится в диапазоне 15–200 кГц. Низкочастотные приборы используются для более сложных применений, таких как большие расстояния и измерения уровня твердого тела, а высокочастотные — для более коротких измерений уровня жидкости.

Для практического применения ультразвукового датчика уровня, необходимо учитывать ряд факторов.

Вот несколько ключевых моментов:

  1. Скорость звука через среду (обычно воздух), изменяется в зависимости от температуры. Преобразователь может иметь датчик температуры для компенсации изменений рабочей температуры, которые изменяют скорость звука и, следовательно, расчет расстояния, определяющий точное измерение уровня.
  2. Наличие пены/пыли на поверхности жидкости может выступать в качестве звукопоглощающего материала. В некоторых случаях поглощение может быть достаточным, чтобы исключить использование ультразвукового метода. Для повышения производительности в тех случаях, когда пена/пыль или другие факторы влияют на перемещение волны к поверхности жидкости и от нее, некоторые модели могут иметь направляющую луча, прикрепленную к преобразователю.
  3. Экстремальная турбулентность жидкости может вызвать колебания в показаниях прибора. Использование регулировки демпфирования в ультразвуковом датчике уровня или задержки отклика, может помочь преодолеть эту проблему. Трансивер обеспечивает демпфирование для управления максимальной скоростью изменения отображаемого уровня материала и флуктуацией выходного сигнала. Демпфирование замедляет скорость отклика дисплея, особенно когда жидкие поверхности находятся в состоянии перемешивания.

Виды датчиков движения: Инфракрасные – пироэлектрические датчики

Принцип обнаружения ИК детектора – улавливание динамического температурного изменения в поле сканирования.

Каждый объект имеет определенную температуру, датчик с помощью ИК-излучения, сфокусированного системой линз Френеля или сегментированных зеркал, определяет его изменение в плоскости или объеме сканирования и перенаправляет на пироэлектрический сенсор, реагирующий на это изменение.

Линз Френеля на пластиковой поверхности, закрывающей пироэлемент, может быть от 20 до 60. В зависимости от их количества линз и их площади определяется ширина сектора сканирования и, частично, чувствительность сканирования.

Устройства, работающие на ИК-излучении, абсолютно безопасны для здоровья человека и домашних питомцев, а уровень совершенствования позволяет настроить дальность и угол обнаружения сканируемой территории.

ИК-детектор имеет довольно высокую вероятность ложного срабатывания, поскольку реагирует на любое динамичное изменение тепла: воздушные потоки от кондиционеров, конвекция от радиаторов отопления.

Точность работы на улице может быть немного снижена из-за влияния солнечного света и осадков. При температуре окружающей среды в диапазоне +250С … +350С, чувствительность еще больше снижается.

Принцип работы инфракрасных датчиков движения

Инфракрасные датчики  –  одни из самых популярных и частоиспользуемых в охранных системах. Такой датчик реагирует на инфракрасное излучение и изменение теплового фона в пределах зоны своего действия. Для того чтобы инфракрасный датчик сработал, нужно, чтобы объект определенных размеров пересек зону рабочего действия такого датчика, после чего специальный рабочий элемент передает цифровой сигнал на определенные электронные схемы. Далее выполняется одно из запрограммированых действий.

Основой работы инфракрасных датчикой движения являются так называемые пироприемники, которые используются с целью улавливания инфракрасного излучения. Проще говоря, пироприемник реагирует на изменения температуры. Другим важным элементов устройсва является мультилинза, которая состоит из многих небольших линз, которые фокусируют свет на пироприемниках.  Далее полученный сигнал преобразовывается в цифровой, передается на специальное реле, которое и замыкает контакты, после чего, например, срабатывает сигнализация, открывается дверь либо включается свет.

При монтаже и настройке инфракрасных датчиков движения важно помнить и  соблюдать некоторые правила. Например, датчик следует устанавливать в местах, куда не попадает прямой свет от ламп, поскольку это может препятствовать корректной работе устройства

Кроме этого, датчик не должен закрываться всевозможными предметами, к примеру, лампами, вазами, мебелью, колоннами, так как подобные предметы ограничивают обзорность датчика, что так же приводит к его некорректной работе.

Помните, что стекло и стеклянные предметы не пропускают инфракрасное излучение. Если препятствие попадает в зону действия устройства, в этом месте образуется так называемая «мертвая зона», где движения не регистрируются датчиком, поскольку инфракрасный пучок не попадает на линзу. При выборе инфракрасного датчика движения, в зависимости от ваших целей, основной характеристикой, на которую следует ориентироваться, является радиус обнаружения объекта, который движется.

Комбинированные устройства

Комбинирование, как и дублирование различных видов обнаружения, существенно снижает количество ложных тревог и повышает общую надежность системы безопасности в целом.

  • Настройка режимов и чувствительности сканирования (перемычками).
  • Настройка дальности сканирования СВЧ модуля.
  • Пироэлектрический сенсор 1.
  • Пироэлектрический сенсор 2.
  • Колодка подключения 1.
  • Индикаторные светодиоды.
  • СВЧ сенсор.
  • Датчик вскрытия корпуса
  • Колодка подключения 2.

По расположению

Потолочные наиболее эффективный вид объемных датчиков движения, способный контролировать все помещение и не имеющий «саботажных» зон.

Настенные и угловые фактически одна и та же модель, имеющая кронштейн для крепления в углу помещения.

Применяются для контроля избранных секторов, которые требуют более точные настройки параметров областей и чувствительности сканирования. Например, зона въезда или пространство перед окном. В таком случае наиболее эффективной формой сканирующего поля будет «шторка».

По месту установки

Уличные – должны иметь вандалостойкий герметичный корпус с уровнем защиты не менее IP65, более совершенный алгоритм температурного анализа, с обязательной функцией автоматической температурной компенсацией.

Внутренние – устанавливаются внутри помещений, особых требований к их прочностным характеристикам нет. Должны имеет широкий диапазон настроек чувствительности, желательно с функцией «иммунитета» на животных.

По способу установки

1. Внутренний, потолочный встраиваемый LUXA 103-360.
2. Настенный встраиваемый Theben Presence-Light 180.
3. >Настенный, уличный накладной Theben SPHINX 105.

Накладные – имеет полноценный корпус, крепится, как правило, к стене. Его основное преимущество, кроме широкой зоны охвата, возможность регулирования направления сканирования пространства. В установке прост и максимально функционален.

Встраиваемые – некоторые модели имеют оригинальное дизайнерское решение, подходящее ко многим типам интерьера, несмотря на ограничения зоны сканирования и наличия закрытых секторов, может довольно эффективно использоваться при грамотном размещении.

Наиболее эффективные встраиваемые потолочные модели.

Особенности конструкции инфракрасного PIR датчика

Инфракрасный датчик движения (PIR-датчик) предназначен для регистрации теплового (инфракрасного) излучения предметов, находящихся в рабочей зоне устройства. Основная особенность его конструкции заключается в отсутствии самостоятельного излучения. Датчик движения Arduino лишь реагирует на внешнее излучение, анализируя полученные величины и подавая сигналы на управляющее устройство. Примечательно, что это устройство может выполнять и другие задачи, работая как датчик расстояния или детектор температуры. Существует масса вариантов конструкции, выпускаются различные модели подобных датчиков. Однако, несмотря на внешние различия, все они действуют на едином принципе.

Конструкция

Основным элементом датчика являются высокочувствительные пироэлектрические элементы (сенсоры, пироприемники, пиродетекторы). Они принимают инфракрасное излучение, которое фокусируется с помощью линзы Френеля. В наиболее эффективных моделях датчиков используется два подобных элемента. Если в помещении нет движущихся излучающих объектов, сигналы с обоих сенсоров будут одинаковыми. При любых изменениях появится разница сигналов, так как объект в любом случае сначала будет регистрироваться одним элементом, затем вторым. Если показания обоих пироприемников начинают отличаться друг от друга, значит, в рабочей зоне датчика возникло движение.

Использование двух первичных датчиков позволяет увеличить чувствительность устройства, регистрировать перемещения объектов с разной температурой. Регистрируется совсем незначительная разница показаний обоих сенсоров, что позволяет управлять сложными и тонкими процессами.

Кроме сенсоров, конструкцию датчика составляет фокусирующая линза, детали (микросхема) электронной развязки и контактная группа. На нее подается питание, здесь же имеется управляющий и сигнальный электроды.

Особенности фокусирующей линзы

Конструкция пироэлектрического элемента не позволяет ему принимать инфракрасное излучение с достаточной эффективностью. Для концентрации потока тепловых лучей используется специальная линза. Существует два варианта конструкции:

Линза ФренеляОт обычных линз она отличается более плоской, компактной формой. Поверхность такой линзы разделена на участки, обеспечивающие фокусировку лучей в заданной точке. Эффективность линзы Френеля не уступает традиционным видам, но габариты значительно меньше

Это важно для датчиков, использующихся в технологических линиях, или предназначенных для скрытого монтажа.
Сферическая выпуклая линза.Вся поверхность этой линзы разделена на отдельные сегменты, являющиеся самостоятельными линзами. Такая конструкция увеличивает угол охвата датчика, позволяя с одинаковой эффективностью принимать ИК поток с разных направлений.

Большей популярностью пользуются ПИР-датчики со сферическими линзами, например, модуль HC-SR501. Они способны охватить наибольшее пространство, обеспечить максимальный сектор обзора. Однако, модели с плоскими линзами также пользуются спросом.

Где используется

Инфракрасные ПИР-датчики активно используются в разных сферах деятельности:

  • технологические линии или установки;
  • охранные системы;
  • бытовые комплексы, системы умного дома и тому подобное.

ИК датчик подобного типа не создает никакого излучения. Он не может ставить помехи другой чувствительной аппаратуре или оказывать вредное воздействие живым организмам. Благодаря этому, его применение постоянно расширяется. Работа в связке с микропроцессором Ардуино значительно расширяет область применения датчиков, далеко выводя их из привычных рабочих рамок. Появляется возможность увеличения функционала путем подключения фоторезисторов, термисторов и других дополнений. При этом, сами датчики являются вполне самостоятельными устройствами и могут подключаться не только на Ардуино. Существует масса альтернативных вариантов, использующихся в различных областях техники, системах наблюдения и управления. Однако, особенности и преимущества Ардуино делают его наиболее предпочтительным образцом управляющего устройства.

Производители и модели датчиков присутствия

Рассмотрим, какие модели датчиков присутствия предлагают мировые компании.

Theben AG (Германия)

В 1921 году в Штутгарте Пауль Швенк основал компанию, изготавливавшую таймеры и аксессуары для часов.

Рачительный хозяин, стремясь к экономии, изобрел и в 1930 году запустил в производство первый датчик обратного отсчета для управления освещением, который стал хитом продаж.

Успех стимулировал дальнейшее стремление к инновациям, что превратило Theben AG в европейского лидера в производстве приборов для эффективного энергосбережения, различных датчиков, “умных” розеток Wi-Fi и т.д.

Датчики присутствия Theben, управляющие системой освещения:

SPHINX 104-360SPHINX 104-360/2SPHINX 104-360 AP
Принцип действия
инфракрасныйинфракрасныйинфракрасный
Способ монтажа
потолок, встроенныйпотолок, встроенныйпотолок, накладной
Угол охвата
360о360о360о
Радиус контроля
7 м7 м7 м
Число каналов
121
Макс. мощность ламп
1800 Вт1800 Вт2000 Вт
Уровень освещенности
10-2000 Лк10-2000 Лк10-2000 Лк
Задержка выключения
1 с-20 мин1 с-20 мин1 с-20 мин
Уровень защиты
IP 41IP 41IP 41

Все приборы оборудованы встроенным регулируемым люксметром и пультом дистанционного управления (см. Розетки с дистанционным управлением).

У SPHINX 104-360/2 есть второй канал выхода, с задержкой отключения 10 сек – 60 мин, сигнал с которого может подаваться на кондиционер, радиатор электроотопления, вентилятор.

OMRON (Япония)

Компания OMRON (г. Киото), основана Кадзума Татеиси в 1933 году. В послевоенные годы она стала одной из фирм-творцов “японского экономического чуда”.

Основное направление деятельности – производство средств автоматизации и сенсорных устройств. В этой области ей принадлежит более 40% японского рынка. Годовой оборот компании – более 5 миллиардов долларов.

Фотоэлектрические датчики обнаружения OMRON:

E3FA/E3FB-B/-VE3H2E3T-C
Обнаружение объекта: максимальное расстояние срабатывания
Барьерный режим
20 м15 м4 м
Рефлекторный режим
4 м3 м2 м
Диффузный режим
1 м0,3 м0,3 м
Источник света (длина волны)
красный светодиод (624 нм)красный светодиод (624 нм)светодиоды: инфракрасный (870 нм), красный (630 нм)
Напряжение питания
10-30 V постоянный ток10-30 V постоянный ток10-30 V постоянный ток

Прибор Е3Н2 оборудован ярким светодиодным индикатором, упрощающим выравнивание, а габариты Е3Т-С облегчают его монтаж в условиях стесненного пространства.

ESYLUX (Германия)

Компания ESYLUX (г. Аренсбург) разрабатывает и выпускает светильники для аварийного и наружного освещения, датчики присутствия и движения, звуковые оповещатели, детекторы дыма, извещатели пламени. Подтверждением высокого уровня продукции является полученный ею знак качества “German Engineering”. Филиалы и торговые представительства фирмы открыты в 13 странах

В таблице представлены образцы датчиков присутствия производства ESYLUX.

PD 360/8 BasicPD 360/8 Basic SMBPD 180i/R
Принцип действия
инфракрасныйинфракрасныйинфракрасный
Способ монтажа
потолок, накладнойпотолок, встроенныйстена, встроенный
Угол охвата
360о360о180о
Дальность действия
8 м8 м16 м
Число каналов
112
Макс. мощность ламп
2300 Вт2300 Вт2300 Вт
Уровень освещенности
5-2000 Лк5-2000 Лк5-2000 Лк
Задержка выключения
15 с-30 мин15 с-30 мин12 с-60 мин
Уровень защиты
IP 40IP 40IP 44

Рассмотрим датчик PD 180i/R с пультом дистанционного управления и дальностью действия 16м. Повышенный класс защиты позволяет монтировать его во влажных помещениях, а второй канал с задержкой 5 – 120 минут – подключать дополнительное оборудование.

Симптомы этой патологии

При сдаче анализа крови на первых месяцах беременности уже можно определить признаки загустения крови. Например, будет крайне трудно набрать кровь из пальца в капилляр. При сдаче крови из вены она свернется еще при поступлении в шприц и закроет его просвет. Если такое произошло, необходимо рассказать об этом врачу. Также данная патология может сопровождаться сочетанием следующих симптомов:

  • вялостью;
  • слабостью;
  • уменьшением способности концентрации внимания и ухудшением памяти;
  • апатией;
  • высоким давлением;
  • появлением варикозной болезни ног.

Все эти симптомы являются следствием ухудшения микроциркуляции и появления гипоксии. В первую очередь, кислорода не хватает мозгу.

Способы передачи тревожного сигнала и подключения питания

Проводные детекторы – получают питание и передают информацию по кабелям. Наиболее популярны из-за своей высокой надежности и простоты подключения.

Подключения на клеммных колодках датчика и прибора обрабатывающего сигнал системы безопасности могут несколько отличаться:

Питание черный кабель соединяет минус в постоянном токе, может обозначаться GND, ОБЩ, -12V, «-». Красный — это +12V или просто «+».

Передача сигнала идет через синий и зеленый провода на колодке датчика имеют обозначение Relay, РЕЛЕ, ШЛЕЙФ, OUT. На клеммах прибора может быть несколько таких контактов, в зависимости от того работу скольких внешних детекторов поддерживает система, обозначении могут быть IN_2, IN +.

Резистор на 3,3 кОм – оконечный элемент, должен быть подключен к соответствующей клемме устройства с маркировкой RES/

Контакты TMP, TAMP или ВСКР передают тревожный сигнал при несанкционированном вскрытии устройства.

Беспроводные детекторы движения в свою очередь разделяются на устройства, подключенные к сетям питания и передающие беспроводным способом только тревожный сигнал, и полностью автономные устройства, получающие питание от аккумуляторных или солнечных батарей.

Последние, в большинстве своем, имеют выход для подключения внешнего постоянного источника питания, а на аккумуляторы переходят в аварийных ситуациях.

Беспроводная передача сигнала

Передача по радиоканалу используется в системах безопасности имеющих контрольную принимающую панель и сеть удаленных детекторов движения для контроля территории.

Примером может служить устройство PTX-50, передающий информацию на частоте 433,92МГц на расстояние до 100 м. в пределах прямой видимости.

Он совместим со многими устройствами приема и обработки сигнала СВ32, контрольными панелями Elmes модельного ряда CH4HR, CH8HR, CH20HR.

Передача по GSM каналу – в большинстве своем моноблоки или небольшие системы с центральной панелью с GSM модулем и ограниченным набором детекторов. Используются для удаленного автономного контроля с возможностью быстрого реагирования на нарушение.

Плюсы и минусы видов датчиков движения

УЗ-детекторы

Преимущества УЗ датчиков радарного типа:

  • источники теплового излучения, к примеру, радиаторы отопления не приводят к ложному срабатыванию датчиков;
  • подходят для использования в условиях высокой влажности и запыленности;
  • движение объекта определяется вне зависимости того, исходит от него тепловое излучение или нет.

Недостатки УЗ-датчиков:

  • приборы работают только направленно;
  • из-за затухания уз-волны детекторы не подходят для больших помещений;
  • применение невозможно на открытом воздухе, так как существует слишком много движущихся природных объектов, которые приводят к срабатыванию датчика;
  • уз-детекторы способны уловить только резкие перемещения;
  • уз-извещатели негативно воздействуют на животных, воспринимающих ультразвук.

МВ-детекторы

Преимущества микроволновых извещателей:

  • они способны уловить движение объектов с малой скоростью;
  • свч-излучение проходит через плохо проводящие ток препятствия (стекло, межкомнатные перегородки, двери и др.);
  • на работу датчика не влияет температурный режим фона или сила теплового излучения объектов;
  • мв-извещатель имеет более компактные размеры, чем его аналоги.

Недостатки МВ-извещателей:

  • датчики на открытом воздухе демонстрируют большое число ложных срабатываний, кроме того они реагируют на помехи вне зоны наблюдения, которые находятся за дверями, за окном и т. д;
  • мв-излучатели вредны для человеческого здоровья, поэтому мощность их излучения не должна превышать 1 мвт/см2.

ИК-детекторы

ИК-детекторы чаще всего используются и в жилых помещениях, и на улице.Преимущества ИК-датчиков:

  • относительно точная регулировка дальности и угла наблюдения за движущимися объектами;
  • датчики подходят для работы на открытом воздухе;
  • ик-детекторы безопасны и для здоровья человека, и не вызывают беспокойств у домашних питомцев.

Недостатки ИК-детекторов:

  • ложные срабатывания из-за теплых потоков воздуха, которые могут исходить от радиаторов отопления, кондиционеров и т. д.;
  • точность работы на улице снижается из-за дождя и снега, яркого солнечного света, попадающего на фотоэлемент излучателя;
  • у аппарата узкий диапазон рабочих температур.

ИК-извещатель движения работающий по методу счета импульсов. Способен мгновенно срабатывать на передвижение, и работает только по истечению периода, когда аппарат отсчитает заданное количество импульсов.

Это приводит к следующим недостаткам

  • Медленное генерирование итогового сигнала.
  • Недостаточная надежность работы, так как мимо такого датчика легко пройти незамеченным, если передвигаться медленно.
  • Ведь на неподвижный инфракрасный объект датчик не реагирует.
  • А если количество импульсов было недостаточным для включения электроприбора, счетчик начинает отсчет заново.

Извещатели движения с микропроцессором. Обрабатывают сигнал, поступающий с пироэлемента, анализируют показатели и сравнивают их с имеющимися шаблонами импульсов различных объектов теплового излучения, к примеру кондиционеров, животных, отопительных приборов и др. Показатели значений характерны для движения человека, датчик движения включает электроприбор.

Преимущества датчика движения с микропроцессором:

  • реакция на движение человека даже при прохождении одного импульса, что делает работу датчика мгновенной;
  • практически к нулю сводятся ложные срабатывания от других ИК-объектов.

Комбинированные датчики движения

Среди комбинированных самыми популярными являются датчики, совмещающие в себе принцип работы микроволнового активного детектора и ПИК-датчика.

Преимущества:

  • меньшее количество ложных срабатываний;
  • устойчивы к наружной засветке и другим помехам как в закрытом помещении, так и на открытом воздухе;
  • мгновенно реагируют даже на незначительные перемещения человека.

Условия покупки

Справиться с установкой датчика может каждый, но правильно его смонтировать, зафиксировать и настроить способен только специалист, поэтому не стоит экспериментировать с устройствами микроволнового типа, если нет опыта работы с ними. Насколько долго прослужит устройство, как качественно оно будет работать, напрямую связано с навыками мастера. Любая ошибка при подключении и наладке может грозить ложными сигналами и неправильной работой всей системы. Исключить человеческий фактор при отсутствии опыта невозможно, но выбрать прибор правильно помогут следующие показатели:

защитные параметры. Корпус устройства должен быть оснащён защитой, которая соответствует его условиям эксплуатации, для промышленных крупных объектов и улицы можно использовать марку не меньше, чем IP56. В бытовом использовании, для частных владений подойдет IP34;
особенности окружающего пространства. При покупке стоит учитывать радиус действия прибора и условия помещения, где оно будет находиться;
цель установки. Видеонаблюдение, включение света или другие параметры могут влиять на параметры датчика, его чувствительность и охват территории;
дизайн и установка

Миниатюрное неприметное устройство может быть скрыто от посторонних глаз, в то время, как прибор определённой расцветки, формы наоборот привлечёт к себе внимание. Дизайн устройства может гармонировать с отделкой помещения, вписываться в него, не привлекая внимания, даже на открытом пространстве.

Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Максим Иванов
Наш эксперт
Написано статей
129
Ссылка на основную публикацию
Похожие публикации