Принцип действия датчика движения
Датчики движения, ранее используемые только в охранных целях, сегодня прочно вошли в наш быт, в качестве надёжного средства экономии электроэнергии. Входишь в подъезд – и свет включается только на необходимое тебе время, а не горит в нём круглосуточно. Датчиком движения (английское название: motion sensor, сенсор движения) называется сигнализатор, который фиксирует перемещение объектов и используется для контроля за окружающей обстановкой, либо для автоматического запуска каких-то действий в ответ на перемещение объектов.
Также есть такое понятие, как «детектор движения» (английское название: motion detector). Оно подразумевает устройство или функцию охранной телевизионной системы, которые формируют сигналы извещения о тревоге, при обнаружении факта движения в поле зрения видеокамеры.
Более чувствительные датчики движения называют также датчикам присутствия (английское название: presence sensor или occupancy sensor).
Датчики движения и присутствия широко применяются независимо или в составе охранных систем для обнаружения проникновения посторонних лиц, а также для автоматизации освещения и климатических технических систем (отопления и кондиционирования) в квартирах, жилых домах, подъездах многоквартирных домов, коммерческой недвижимости, а так же, при освещении уличных территорий и автомобильных дорог.
Принципы работы датчиков движения
Работа датчика движения основывается на анализе волн различных типов (акустических, оптических или радиоволн), которые поступают на него из окружающей среды.
Когда отражаемая волна попадает на движущийся объект, то она меняет свои характеристики (интенсивность, частоту и т. д.), чувствительный элемент фиксирует это изменение, и передаёт сигнал на исполняющее устройство.
Им может быть сигнализация, извещающая о появлении человека звуком. Или светильник, который на некоторое время включает свет.
Сейчас стали очень популярными схемы, когда светодиодный датчик движения встраивается непосредственно в выключатель, в общественных местах: офисах, подъездах, коридорах, туалетах.
На придомовых территориях, в парках, на улицах популярны современные светильники на солнечных батареях. Работа таких светильников основана на потреблении энергии солнца.
На опоре установлен светильник, работающий на солнечной батарее, с датчиком движения. В течение дня фонарь накапливает солнечную энергию и потом в темноте при перемещении объекта он включается от реакции датчика, а затем через определённое время отключается. Это удобно и экономично.
Виды датчиков движения
В зависимости от типа используемого излучения, датчик движения может быть:
- инфракрасным,
- ультразвуковым,
- фотоэлектрическим, в которых применяется видимый свет,
- микроволновым,
- томографическим, в котором используются радиоволны.
В зависимости от того, излучает ли сенсор эти волны сам и анализирует их после отражения, или же только получает волны извне, датчик может быть:
- Активным – генерирующим волны определённого типа (ультразвуковые, радиоволновые и т. д.), которые действуют в определённом радиусе. При движении объекта по этому участку волна отражается от него и изменяет свои характеристики, попадая через фокусирующую линзу на чувствительный элемент.
Видя разницу в параметрах излучаемой волны и отраженной, датчик реагирует и подает команду на контроллер, после чего совершается определенное действие (срабатывает звуковой сигнал, включается освещение и т. п.) Разница в характеристиках должна быть выше заданного порога чувствительности. Он устанавливается для того, чтобы система не реагировала на перемещение кошек и собак.
- Пассивным – не генерирующим волны определённого типа, а лишь улавливающим их при отражении от объектов. По данному принципу работают инфракрасные устройства, которые учитывают исходящее от объекта тепло.
В них анализ характеристик происходит посредством двух чувствительных элементов: когда движения нет, они принимают одинаковые по количеству и интенсивности волны, но как только происходит движение, на один из элементов поступает изменённая отраженная волна, датчик видит эту разницу и реагирует соответствующим образом.
- Комбинированным (когда одна часть датчика отправляет волны, а удалённая от неё вторая часть – получает их). В зависимости от выбранного типа отличается и сама система, и способ её монтажа, комплектация и, разумеется, её стоимость.
Датчики пассивного типа часто используют при организации охранных систем, либо при монтаже систем освещения. А вот сенсоры активные – они более популярны в промышленности. К примеру, они максимально точно определяют, в каком положении на конвейере находится объект. Их также устанавливают в автоматические двери гаражей: датчики предотвратят возможное столкновение человека или предмета с воротами, которые своевременно остановятся и не допустят этого столкновения.
Большинство существующих датчиков движения представляет собой некоторую комбинацию физических принципов работы, причём датчики одного типа волн, как правило, используют один механизм для их создания и обработки.
Наиболее распространёнными датчиками являются:
- пассивные инфракрасные датчики (PIR), самые доступные и распространённые датчики движения в принципе, инфракрасные датчики составляют около 50-ти процентов применяемых по всему миру сенсоров движения. Широко применяются они как для автоматического включения электрического освещения и кондиционеров, либо автоматических дверей, так и для охранной сигнализации;
- активные ультразвуковые, микроволновые и томографические датчики;
- датчики комбинированные – фотоэлектрические и инфракрасные.
Каждый из принцип имеет свои недостатки, иногда допускает ложные тревоги или, наоборот, несрабатывания в нужных случаях. Идеально функционирующих систем не бывает.
Для того, чтобы снизить вероятность ложного срабатывания, датчики иногда объединяют сразу две технологии в одном устройстве (например, инфракрасную и ультразвуковую). Но это, в свою очередь, повышает уязвимость датчика, поскольку он становится менее надёжным, и может в результате не сработать, даже когда должен.
Инфракрасный датчик
Его устройство состоит из двух чувствительных элементов и линзы, которые фокусируют отражаемое инфракрасное излучение на них. Пространство между элементами и линзами разграничено, спроецированное излучение от каждой линзы попадает на свой чувствительный элемент.
Все линзы монтируются на корпус, они хорошо заметны и выглядят как полупрозрачное маленькое окошко. Чем больше линз, тем чувствительнее датчик, и тем на менее заметное движение он способен отреагировать.
В качестве чувствительного элемента чаще всего используют пироэлектрики, принцип работы которых основан на спонтанной поляризации. Также используются термопарные элементы, микроболометры и др.
Принцип действия инфракрасного датчика основан на анализе теплового (инфракрасного) излучения. Пассивный инфракрасный датчик (PIR) при этом не испускает никакого излучения – он только анализирует приходящие тепловые лучи.
Чувствительные элементы инфракрасных датчиков
Внутри датчика располагаются обычно два чувствительных элемента, измеряющих поток инфракрасного излучения. Перед каждым из чувствительных элементов датчика установлена линза Френеля, которая фокусирует на нём попадающие на датчик инфракрасные лучи.
Простейший датчик сконструирован так, что внешнее пространство «разделено» между двумя линзами и чувствительными элементами, каждая из линз проецирует тепловое излучение из своей зоны обзора на свой чувствительный элемент. В обычных условиях интенсивность поступающего на обе части датчика излучения примерно одинакова.
Когда в поле зрения появляется излучающий инфракрасные лучи объект (например, человек), излучение сначала попадает в поле зрения только одной части датчика, при этом показания двух чувствительных элементов начинают различаться, и это является сигналом движения.
В реальных условиях датчик с двумя линзами был бы слишком ненадёжным, поэтому во многих моделях датчиков устанавливают не одну пару линз, а сразу несколько десятков. Линзы датчиков являются легко заметными на корпусе: это характерная ячеистая структура с полупрозрачным окошком, за которым располагаются чувствительные элементы.
В целях экономии места и материалов датчик конструируют так, что все линзы фокусируют входящее излучение только на двух чувствительных элементах. Таким образом, окружающее пространство как бы подразделяется на зоны обзора между парами линз, каждая из которых способна фиксировать движение в своей зоне обзора.
В основном, в качестве чувствительных элементов используются пироэлектрические чувствительные элементы.
Менее распространёнными являются термопарные датчики, микроболометры и полупроводниковые детекторы инфракрасного излучения из арсенид галлия-индия (InGaAs) и теллурид ртути-кадмия (MCT).
Принцип работы ультразвукового датчика основан на измерении звуковых волн за порогом слышимости.
Специальный элемент внутри датчика периодически излучает пачки ультразвуковых волн. После посылки датчик переключается в режим приёма и ожидает возврата отражённых волн, принимает их, и затем анализирует их.
Если обстановка в зоне наблюдения датчика остаётся неизменной, то посланный пакет волны каждый раз возвращается отражёнными одинаково. Но если происходит движение, то волны изменяются по интенсивности или по частоте (эффект Доплера), на основании чего делается вывод, что обстановка в зоне наблюдения изменилась. Когда величина этих изменений превышает установленный порог чувствительности, – датчик срабатывает.
В качестве генератора ультразвука в датчике обычно используют кварцевый или керамический пьезоэлектрический излучатель, либо специальную мембрану, вибрирующую под воздействием электростатического поля.
Радиоволновые датчики
Микроволновый датчик движения
У томографических (радиоволновых) и микроволновых датчиков принцип действия такой же, как и у ультразвуковых, но анализируют они отражение не акустических, а радиоволн.
Поскольку радиоволны обладают способностью проходить через неметаллические преграды (к примеру, сквозь стены и деревянную мебель), – радиоволновые датчики пригодны для контроля пространства за такими преградами.
Радиоволновые датчики являются достаточно дорогими, поэтому их обычно используют для наблюдения за большими и просторными коммерческими площадями. К примеру, за объёмными складскими помещениями.
Фотоэлектрический датчик движения
Принцип действия фотоэлектрического датчика движения основывается на обнаружении прерывания пучка световых лучей, при затенении которого он срабатывает. Обычно этот датчик состоит из двух частей, – одна из которых испускает свет, а другая принимает. В приёмной части находится фотоприёмник, в котором под действием падающего света возникает электрический ток. Когда световой пучок перекрывается каким-либо телом, на приёмник перестаёт падать свет, и датчик срабатывает.
Известный пример использования такого датчика – в турникетах метрополитена, которые захлопываются перед пассажирами при пересечении ими светового пучка без оплаты проезда. В фотоэлектрических датчиках также часто используют невидимое инфракрасное излучение.
Датчик присутствия
Датчик присутствия представляет собою более чувствительную версию датчика движения. В основу работы обоих датчиков положены одни и те же принципы. Однако, к примеру, если в инфракрасном датчике движения используются несколько десятков пар линз, которые таким образом делят окружающее пространство на несколько десятков зон наблюдения, то в датчике присутствия применяются несколько сотен пар линз.
Таким образом, каждая пара линз обозревает небольшой участок пространства, что позволяет ей фиксировать даже небольшие движения с высокой точностью и надёжностью.
Взаимодействие с другими устройствами
Поскольку датчики лишь фиксируют изменения внешней среды, они почти всегда используются во взаимодействии с другими устройствами, которые при срабатывании датчика выполняют требуемые действия:
- включают звуковую сигнализацию, поднимают тревогу;
- рассылают уведомления;
- включают или выключают освещение и другие приборы;
- изменяют параметры работы климатической техники или других устройств.
Если датчики движения (охранные извещатели) устанавливаются в составе комплексных охранных систем (пультовой охраны), связи между устройствами настраиваются уже при установке, а их дальнейшее взаимодействие происходит через контроллер, который поставщик (государственная вневедомственная охрана или частная охранная организация) устанавливает вместе со всем остальным оборудованием.
Если пользователь приобретает датчики, сирены и умные выключатели от разных поставщиков и устанавливает их сам, то контроллер также устанавливается самостоятельно. Вместе с контроллером поставщики предоставляют доступ к аккаунту на специализированном веб-портале и мобильному приложению, которые позволяют самостоятельно настроить уведомления и взаимодействие устройств.
Непосредственное применение и использование
Датчики движения и присутствия широко применяются в повседневной жизни. И прежде всего, в домашней автоматизации и автоматизации зданий, в целях:
- распознавания несанкционированного проникновения в помещение;
- автоматизации освещения;
- автоматизации климата.
Например, использование датчиков движения и присутствия для автоматизации освещения и кондиционирования позволяет сократить потребление энергии на 40 процентов, а расходы на освещение – сокращает на целых 60-70 процентов.
Варианты прикладного коммерческого применения датчиков движения также включают в себя:
- потребительскую электронику, в том числе смартфоны и планшеты, видеоигры и умные часы;
- автомобилестроение, включая подушки безопасности, парктроники и беспилотные автомобили;
- здравоохранение;
- оборонную промышленность и авиастроение.
Защита от проникновения
Выполняя защиту от нежелательного проникновения, датчик активирует звуковой сигнал, например, сирену при проникновении посторонних в помещение. Установленный в составе системы пультовой охраны, датчик также отправляет сигнал тревоги в диспетчерский центр охранной организации, которая при необходимости реагирует.
Кроме того, в случае тревоги, датчик может инициировать отправку уведомления владельцу: SMS-, Email- или push-уведомление – в зависимости от выбранных настроек. Некоторые системы предлагают также функцию автоматического телефонного вызова владельца или указанным им доверенным лицам.
При срабатывании датчик также может включить видеонаблюдение, а в самостоятельно установленной системе также запустить любую другую функцию по усмотрению владельца: заблокировать замки, обесточить бытовую технику, отключить освещение и так далее.
Автоматизация освещения
При обнаружении движения датчик движения или датчик присутствия может автоматически включать или выключать освещение и менять его яркость, сразу после срабатывания или с задержкой.
В общем случае, датчик через контроллер передаёт соответствующие команды на выключатель (фактически датчик лишь сообщает контроллеру о движении в помещении, а уже контроллер в соответствии с оставленными владельцем инструкциями отдаёт назначенные команды выключателям освещения).
Распространены также и выключатели со встроенными датчиками движения. Как правило, они используются в общественных и коммерческих местах: в офисах, складах, подъездах, коридорах.
Вместо выключателя может использоваться любой другой контроллер управления освещением, например RGB-контроллер для управления светодиодной лентой или «умная лампа».
Автоматизация микроклимата в помещении
Срабатывание датчика может автоматически изменять режим работы климатических систем по запросу владельца. При этом он посылает сигнал в контроллер о признаке движения, а контроллер выдаёт воздействия в соответствии с заложенной программой, например, команды климатической системе включиться, отключиться или изменить режим работы.
Например, когда в холодное время года датчик обнаруживает присутствие людей в помещении, контроллер передаёт установленному на отопительном приборе терморегулятору или регулятору температуры «тёплого пола» команду на повышение температуры. Или, когда в жаркое время года датчик не обнаруживает присутствия людей, то контролер даёт команду кондиционеру снизить интенсивность охлаждения.
Дальнейшие перспективы применения
Датчики движения уже сегодня широко распространены в быту, однако аналитики рынка прогнозируют дальнейший прирост их продаж и применения – на 13-14 процентов ежегодно.
Прирост этот ожидается как в сфере защиты от постороннего проникновения, так и в экономии электроэнергии и других аспектах бытовой автоматизации.
оценивших 1, оценка: 5,00 из 5
Загрузка...Смотрите также статьи по теме