Passiv infraröd sensor
En passiv infraröd sensor ( PIR sensor ) är en elektronisk sensor som mäter infrarött (IR) ljus som strålar ut från föremål i dess synfält. De används oftast i PIR-baserade rörelsedetektorer . PIR-sensorer används ofta i säkerhetslarm och automatiska belysningsapplikationer.
PIR-sensorer känner av allmän rörelse, men ger ingen information om vem eller vad som rörde sig. För det ändamålet krävs en IR-avbildningssensor .
PIR-sensorer kallas vanligtvis helt enkelt "PIR", eller ibland "PID", för "passiv infraröd detektor". Termen passiv hänvisar till det faktum att PIR-enheter inte utstrålar energi för detektionsändamål. De fungerar helt genom att detektera infraröd strålning (strålningsvärme) som sänds ut av eller reflekteras från föremål.
Funktionsprinciper
Alla föremål med en temperatur över absolut noll avger värmeenergi i form av elektromagnetisk strålning. Vanligtvis är denna strålning inte synlig för det mänskliga ögat eftersom den strålar vid infraröda våglängder, men den kan upptäckas av elektroniska enheter som är utformade för ett sådant ändamål.
PIR-baserad rörelsedetektor
En PIR-baserad rörelsedetektor används för att känna av rörelser hos människor, djur eller andra föremål. De används ofta i inbrottslarm och automatiskt aktiverade belysningssystem .
Drift
En PIR-sensor kan upptäcka förändringar i mängden infraröd strålning som träffar den, vilket varierar beroende på temperaturen och ytegenskaperna hos föremålen framför sensorn. När ett föremål, till exempel en person, passerar framför bakgrunden, till exempel en vägg, kommer temperaturen vid den punkten i sensorns synfält att stiga från rumstemperatur till kroppstemperatur och sedan tillbaka igen . Sensorn omvandlar den resulterande förändringen i den inkommande infraröda strålningen till en förändring i utspänningen, och detta utlöser detekteringen. Föremål med liknande temperatur men olika ytegenskaper kan också ha ett annat infrarött emissionsmönster, och att flytta dem i förhållande till bakgrunden kan också utlösa detektorn.
PIR:er finns i många konfigurationer för en mängd olika applikationer. De vanligaste modellerna har många Fresnel-linser eller spegelsegment, en effektiv räckvidd på cirka 10 meter (30 fot) och ett synfält som är mindre än 180°. Modeller med bredare synfält, inklusive 360°, finns tillgängliga, vanligtvis utformade för att monteras i ett tak. Vissa större PIR är gjorda med speglar med ett segment och kan känna av förändringar i infraröd energi över 30 meter (100 fot) från PIR. Det finns också PIR:er designade med vändbara orienteringsspeglar som tillåter antingen bred täckning (110° bred) eller mycket smal "gardin" täckning, eller med individuellt valbara segment för att "forma" täckningen.
Differentialdetektering
Par av sensorelement kan kopplas som motsatta ingångar till en differentialförstärkare . I en sådan konfiguration upphäver PIR-mätningarna varandra så att medeltemperaturen för synfältet tas bort från den elektriska signalen; en ökning av IR-energin över hela sensorn är självavbrytande och kommer inte att utlösa enheten. Detta gör att enheten kan motstå falska indikationer på förändring i händelse av att den utsätts för korta ljusblixtar eller belysning över hela fältet. (Kontinuerlig högenergiexponering kan fortfarande kunna mätta sensormaterialen och göra sensorn oförmögen att registrera ytterligare information.) Samtidigt minimerar detta differentialarrangemang common-mode interferens, vilket gör att enheten kan motstå triggning på grund av närliggande elektriska fält . Ett differentiellt sensorpar kan dock inte mäta temperaturen i denna konfiguration och är därför endast användbart för rörelsedetektering.
Praktiskt genomförande
När en PIR-sensor är konfigurerad i ett differentiellt läge, blir den specifikt användbar som en rörelsedetektorenhet. I detta läge, när en rörelse detekteras inom sensorns "siktlinje", bearbetas ett par komplementära pulser vid sensorns utgångsstift. För att implementera denna utsignal för en praktisk triggning av en last såsom ett relä eller en datalogger , eller ett larm , likriktas differentialsignalen med hjälp av en brygglikriktare och matas till en transistoriserad relädrivkrets. Kontakterna på detta relä stängs och öppnas som svar på signalerna från PIR, aktiverar den anslutna lasten över dess kontakter, bekräftar upptäckten av en person inom det förutbestämda begränsade området.
Produktdesign
PIR-sensorn är vanligtvis monterad på ett kretskort som innehåller den nödvändiga elektroniken som krävs för att tolka signalerna från själva sensorn. Den kompletta enheten är vanligtvis inrymd i ett hölje, monterat på en plats där sensorn kan täcka det område som ska övervakas.
.png)
Huset kommer vanligtvis att ha ett plast-"fönster" genom vilket den infraröda energin kan komma in. Trots att den ofta bara är genomskinlig för synligt ljus kan infraröd energi nå sensorn genom fönstret eftersom plasten som används är genomskinlig för infraröd strålning. Plastfönstret minskar risken för att främmande föremål (damm, insekter, regn etc.) skymmer sensorns synfält, skadar mekanismen och/eller orsakar falsklarm . Fönstret kan användas som ett filter för att begränsa våglängderna till 8-14 mikrometer, vilket är närmast den infraröda strålningen som sänds ut av människor. Den kan också tjäna som en fokuseringsmekanism; se nedan.
Fokusering
Olika mekanismer kan användas för att fokusera den avlägsna infraröda energin på sensorytan.
Linser
Plastfönstertäckningen kan ha flera facetter ingjutna i sig för att fokusera den infraröda energin på sensorn. Varje enskild aspekt är en Fresnel-lins .
- Multi-Fresnel lins typ av PIR
PIR-rörelsedetektorhus med cylindriskt facetterat fönster. Animationen belyser individuella aspekter, som var och en är en Fresnel-lins, som fokuserar ljuset på sensorelementet under.
Endast PIR-frontkåpa (elektronik borttagen), med punktljuskälla bakom, för att visa individuella linser.
PIR med frontkåpan borttagen, visar platsen för den pyroelektriska sensorn (grön pil).
Speglar
Vissa PIR är tillverkade med interna, segmenterade paraboliska speglar för att fokusera den infraröda energin. Där speglar används har plastfönsterskyddet i allmänhet inga Fresnel-linser ingjutna i sig.
- Segmenterad spegeltyp av PIR
Typisk PID för bostäder/kommersiella med en intern segmenterad spegel för fokusering.
Locket borttaget. Segmenterad spegel i botten med PC (tryckt kretskort) ovanför.
Tryckt kretskort borttaget för att visa segmenterad spegel.
Segmenterad parabolspegel borttagen från huset.
Baksidan av kretskortet som är vänd mot spegeln när det är på plats. Pyroelektrisk sensor indikerad med grön pil.
.JPG)
Strålmönster
Som ett resultat av fokuseringen är detektorvyn faktiskt ett strålmönster. Under vissa vinklar (zoner) får PIR-sensorn nästan ingen strålningsenergi och under andra vinklar tar PIR-enheten emot koncentrerade mängder infraröd energi. Denna separation hjälper rörelsedetektorn att skilja mellan fälttäckande belysning och rörliga föremål.
När en person går från en vinkel (stråle) till en annan, kommer detektorn endast intermittent att se den rörliga personen. Detta resulterar i en snabbt föränderlig sensorsignal som används av elektroniken för att utlösa ett larm eller för att tända belysning. En långsamt föränderlig signal kommer att ignoreras av elektroniken.
Antalet, formen, fördelningen och känsligheten för dessa zoner bestäms av linsen och/eller spegeln. Tillverkarna gör sitt bästa för att skapa det optimala strålmönstret för känslighet för varje applikation.
Rörelsedetektor med överlagrat strålmönster. Längden på strålarna är ett mått på detektorernas känslighet i den riktningen.
Automatiska belysningsapplikationer
När den används som en del av ett belysningssystem styr elektroniken i PIR vanligtvis ett inbyggt relä som kan växla nätspänning. Detta innebär att PIR kan ställas in för att tända lampor som är anslutna till PIR när rörelse upptäcks. Detta används oftast i utomhusscenarier, antingen för att avskräcka brottslingar (säkerhetsbelysning) eller för praktiska ändamål som att ytterdörrsbelysningen tänds så att du kan hitta dina nycklar i mörkret.
Ytterligare användningsområden kan vara i offentliga toaletter, walk-in skafferi, korridorer eller var som helst där automatisk kontroll av ljus är användbar. Detta kan ge energibesparingar eftersom belysningen bara tänds när de behövs och det är inget att lita på att användarna kommer ihåg att släcka belysningen när de lämnar området.
Säkerhetsapplikationer
När den används som en del av ett säkerhetssystem styr elektroniken i PIR vanligtvis ett litet relä . Detta relä fullbordar kretsen över ett par elektriska kontakter anslutna till en detekteringsingångszon på inbrottslarmets kontrollpanel . Systemet är vanligtvis konstruerat så att om ingen rörelse detekteras är reläkontakten sluten - ett "normalt stängt" (NC) relä. Om rörelse upptäcks kommer reläet att öppna kretsen och utlösa larmet; eller, om en ledning kopplas bort, kommer larmet också att fungera.
Placering
Tillverkare rekommenderar noggrann placering av sina produkter för att förhindra falsklarm (dvs. alla upptäckter som inte orsakats av en inkräktare).
De föreslår att man monterar PIR på ett sådant sätt att PIR inte kan "se" ut genom ett fönster. Även om våglängden för infraröd strålning som chipsen är känsliga för inte penetrerar glaset särskilt bra, kan en stark infraröd källa (som från en fordonsstrålkastare eller solljus) överbelasta sensorn och orsaka ett falskt larm. En person som rör sig på andra sidan glaset skulle inte "seas" av PID. Det kan vara bra för ett fönster som vetter mot en offentlig trottoar, eller dåligt för ett fönster i en innervägg.
Det rekommenderas också att PIR inte placeras i ett sådant läge att en HVAC- ventil blåser varm eller kall luft på ytan av plasten som täcker husets fönster. Även om luften har mycket låg emissivitet (avger mycket små mängder infraröd energi), kan luften som blåser på plastfönsterskyddet ändra plastens temperatur tillräckligt för att utlösa ett falskt larm.
Sensorer är också ofta utformade för att "ignorera" husdjur, såsom hundar eller katter, genom att ställa in en högre känslighetströskel, eller genom att se till att golvet i rummet förblir ur fokus.
Eftersom PIR-sensorer har en räckvidd på upp till 10 meter (30 fot), är en enda detektor placerad nära ingången vanligtvis allt som behövs för rum med endast en entré. PIR-baserade säkerhetssystem är också livskraftiga inom utomhussäkerhet och rörelsekänslig belysning; en fördel är deras låga strömförbrukning, vilket gör att de kan drivas med solenergi.
PIR fjärrbaserad termometer
Konstruktioner har implementerats där en PIR-krets mäter temperaturen på ett avlägset objekt. I en sådan krets används en icke-differentiell PIR-utgång. Utsignalen utvärderas enligt en kalibrering för IR-spektrumet för en specifik typ av materia som ska observeras. På detta sätt kan relativt exakta och exakta temperaturmätningar erhållas på distans. Utan kalibrering till den typ av material som observeras kan en PIR-termometeranordning mäta förändringar i IR-emission som direkt motsvarar temperaturförändringar, men de faktiska temperaturvärdena kan inte beräknas.
Se även
Anteckningar
- ^ Produktspecifikation för PR150-1L/PR180-1L . Leviton . Hämtad 6 september 2014 . [ permanent död länk ]
- ^ "Hur infraröda rörelsedetektorkomponenter fungerar" . Icke kommersiell forskningssida . Glolab Corporation.
- ^ "PIR-sensorteknologi" . ecosirius.com . Hämtad 1 februari 2014 .
- ^ "Generering av PIR-sensorutgångspuls" .
- ^ D., Hallee. "Passiva infraröda sensorer: en kort översikt" . InHomeSafetyGuide.org . Säkerhetsguide för hemmet . Hämtad 6 maj 2016 .
- ^ CF Tsai och MS Young (december 2003). "Pyroelektrisk infraröd sensorbaserad termometer för övervakning av inomhusobjekt". Granskning av vetenskapliga instrument . 74 (12): 5267–5273. doi : 10.1063/1.1626005 .
externa länkar
- Hur infraröda rörelsedetektorkomponenter fungerar
- Designråd och monteringsanvisningar från en rörelsedetektorsats
- US patent 3 703 718 , Infrared Intrusion Detector System , utfärdat 21 november 1972 till Herbert L. Berman, innehåller en mycket tydlig förklaring