Входная часть системы охранной сигнализации о вторжении в основном состоит из различных типов детекторов, среди которых наиболее важным является детектор вторжения. Детекторы вторжения обычно состоят из датчиков, сигнальных процессоров и выходных интерфейсов. Детекторы вторжения в основном включают активные инфракрасные датчики движения, датчики движения PIR, микроволновые детекторы, микроволновые и PIR-датчики движения, ультразвуковые детекторы, датчики вибрации, дверные контакты, ультразвуковые и PIR-датчики движения и т.д. Наиболее часто используемым детектором вторжения является датчик движения PIR.

1 Об инфракрасных датчиках

Всякий раз, когда люди упоминают слово «инфракрасный«, возможно, одно из приложений, связанных с инфракрасным излучением, которое приходит на ум многим людям, — это инфракрасный пульт дистанционного управления для бытовых телевизоров. Да, это совершенно верно. Пульт дистанционного управления имеет компонент, излучающий инфракрасный свет, в то время как управляемый телевизор оснащен устройством приема инфракрасного света. Когда мы нажимаем кнопку на пульте дистанционного управления, электронная схема в пульте дистанционного управления выдает соответствующий код кнопки через инфракрасную излучающую трубку в верхней части пульта дистанционного управления. Когда компоненты инфракрасного обнаружения в управляемом телевизоре получают эти оптические кодовые сигналы, они преобразуют их в электрические сигналы, а затем обрабатывают и распознают сигналы с помощью последующих цепей для выполнения некоторых операций. Эти действия удовлетворяют нашим потребностям, таким как переключение каналов для телевизионных программ. Эта кажущаяся простой операция на самом деле включает в себя два преобразования электроэнергии в свет и света в электричество. Датчики движения PIR — это продукты, изобретенные с использованием этой функции.

2 Состав датчиков движения PIR

Датчики движения PIR в основном состоят из оптических систем, пироэлектрических инфракрасных датчиков, операционных усилителей, сигнальных процессоров, сигнальных выходов и других компонентов. Его основным компонентом является пироэлектрический инфракрасный датчик, который может обнаруживать изменения теплового излучения в трехмерном защитном пространстве благодаря координации оптических систем.

3 Принцип работы датчиков движения PIR

Температура человеческого тела постоянна, обычно около 37 градусов, а длина волны инфракрасного излучения человеческого тела составляет 3-50 мкм. Из них на 8-14 мкм приходится 46%, при максимальной длине волны 9,5 мкм. Датчики движения PIR в основном обнаруживают и принимают инфракрасное излучение извне. Сам датчик не излучает никакой энергии и чувствителен только к инфракрасному диапазону, излучаемому человеческим телом. Датчик движения PIR в основном принимает инфракрасное излучение с длиной волны 8~14 мкм и выполняет свою работу. Инфракрасное излучение, излучаемое человеческим телом, усиливается фильтром Френеля и затем концентрируется на источнике инфракрасного излучения.

В источниках инфракрасного зондирования обычно используются пироэлектрические компоненты. Когда в зоне предупреждения происходит движение человека, инфракрасное излучение, излучаемое человеческим телом, фокусируется на пироэлектрическом инфракрасном датчике через оптическую линзу. Пироэлектрический инфракрасный датчик воспринимает инфракрасный сигнал и выдает термоэлектрический сигнал, который очень слаб и смешивается со многими сигналами помех. Для достижения этой цели необходимо разработать специальную схему обработки термоэлектрических сигналов, которая усиливает термоэлектрический сигнал и одновременно отфильтровывает сигналы помех.

Датчик оснащен операционным усилителем в сочетании с периферийными схемами, интегрированными в схему усиления с функцией полосового фильтра. Он разделяет термоэлектрический сигнал и усиливает его в тысячи раз. А благодаря оптимизации параметров в сочетании со схемой сравнения дополнительно устраняются помехи, вызванные потоком горячего воздуха, а также анализируется и оценивается выделенный термоэлектрический сигнал после двухступенчатого усиления. Определите, сработал ли сигнал тревоги, на основе заранее установленных критериев оценки. При обнаружении сигнала тревоги он выдает сигнал тревоги.

4 Типа оптических систем с датчиками движения PIR

Оптическая система с датчиками движения PIR включает в себя три типа: линзу Френеля, параболический отражатель и окклюзионную пленку.

Линза Френеля выполняет две функции: Первая функция — фокусировка, которая преломляет (отражает) инфракрасный сигнал, выделяющийся при нагревании, на PIR. Вторая функция заключается в разделении области оповещения на несколько светлых и темных областей. Линза Френеля — это выпуклая линза, которая проецирует инфракрасное изображение объекта на поверхность пироэлектрического элемента.

Оптическая система, состоящая из параболических отражателей, обладает преимуществами низкого поглощения тепловой энергии, низких потерь на рассеяние, высокой эффективности и высокой точности изображения, что делает ее пригодной для использования в дальних и крупномасштабных инфракрасных детекторах.

Окклюзионная пленка не обеспечивает эффекта фокусировки изображения на источнике излучения, и эффектное расстояние зоны обзора очень близко. Обычно используется для формирования функции просмотра инфракрасных датчиков вниз.

Пироэлектрические компоненты пироэлектрического инфракрасного датчика и схема предусилителя заключены в круглый металлический колпачок. В верхнее квадратное отверстие металлического колпачка встроен кремниевый инфракрасный фильтр, устойчивый к холодному белому свету, а внизу расположены металлические контакты, которые являются контактами питания, заземления и вывода термоэлектрического сигнала.

Пироэлектрические устройства являются основными компонентами пироэлектрических датчиков, которые представляют собой компоненты динамического преобразования энергии, преобразующие тепловое излучение в ток. Электрическая характеристика пироэлектрического устройства представляет собой плоский конденсатор с тонкой пленкой термоэлектрического кристалла в качестве диэлектрика. При изменении температуры спонтанный поляризационный заряд на поверхности термоэлектрического кристалла обладает свойством следовать за изменением масштаба, то есть тепловое излучение может вызывать изменение емкости конденсатора, и эта характеристика может быть использована для обнаружения изменяющегося теплового излучения. Пироэлектрические инфракрасные датчики бывают трех типов: сигнальные, сдвоенные и четвертичные. В настоящее время в основном используются сдвоенные и четвертичные датчики.

5 Характеристики датчиков движения PIR

(1) Датчики движения PIR предназначены для обнаружения излучения человека. Следовательно, пироэлектрические компоненты должны быть очень чувствительны к инфракрасному излучению с длиной волны около 10 мкм.

(2) Чтобы быть чувствительным только к инфракрасному излучению человека, на его излучающую поверхность обычно наносятся специальные фильтры Френеля, которые значительно снижают помехи окружающей среде.

(3) Датчик движения PIR, датчик которого состоит из двух пироэлектрических элементов, соединенных последовательно или параллельно друг другу. Более того, два создаваемых направления поляризации в точности противоположны, и фоновое излучение окружающей среды оказывает почти одинаковое воздействие на два пироэлектрических компонента, заставляя их создавать пироэлектрический эффект, который нейтрализует друг друга, что приводит к отсутствию выходного сигнала от детектора.

(4) Как только человек попадает в зону обнаружения, инфракрасное излучение человеческого тела частично фокусируется через зеркало и принимается пироэлектрическим элементом. Однако два пироэлектрических элемента получают разное количество тепла, и пироэлектрический эффект не может быть компенсирован. После обработки сигнала срабатывает сигнал тревоги.

(5) В соответствии с различными требованиями к производительности фильтры Френеля имеют разные фокусные расстояния (расстояния обнаружения), что приводит к различным полям обзора для мониторинга. Чем больше полей обзора, тем интенсивнее мониторинг.

6 Преимуществ и недостатков PIR-датчиков движения

• Преимущества: Они не излучают никаких видов излучения и являются безопасными и надежными. Энергопотребление устройства очень низкое. Хорошая маскировка. Низкая цена.
• Недостатки: Легко поддается воздействию различных источников тепла и солнечного света. Пассивное инфракрасное излучение плохо проникает, а инфракрасное излучение человеческого тела легко блокируется и с трудом воспринимается датчиком. Подвержен помехам от радиочастотного излучения. Из-за температурных ограничений окружающей среды, когда температура окружающей среды близка к температуре человеческого тела, обнаружение и чувствительность значительно снижаются, иногда вызывая кратковременные сбои в работе.

Чтобы избежать ложных срабатываний и пропущенных тревог, могут быть приняты различные меры в ответ на недостатки датчиков движения PIR. С одной стороны, необходимо внедрить новые технологии для повышения возможностей защиты от помех; с другой стороны, следует уделить внимание установке.

7 Классификация датчиков движения PIR

• Классифицируется по способу подключения (способ передачи сигнала): проводной, беспроводной
• Классифицируется по способу установки: настенный, потолочный
• Классифицируется по месту использования: внутри помещений, на открытом воздухе
• Классификация по технологии продукта: обычный датчик, интеллектуальный датчик (с автоматической регулировкой количества импульсов), двойной датчик, составной датчик (инфракрасный + микроволновый)
• Классификация по дальности обнаружения: широкоугольный (пространственный), тип шторки, направленный тип

При практическом использовании многие производители охранных сигнализаций сочетают несколько технологий для улучшения качества детекторов, таких как интеллектуальные датчики двойного обнаружения, установленные на стене для занавесок, несколько широкоугольных инфракрасных датчиков и так далее.