Работа датчика движения или ИК-датчика

Датчик PIRСовременный мир наполнен гаджетами, которые реагируют на движение человека. Автоматические двери в лифтах и ​​торговых центрах, охранная сигнализация в домах и магазинах, автоматические системы освещения, и это лишь несколько примеров, где присутствие или отсутствие человека переводит устройство в активное или пассивное состояние. Умно, правда? А что, если мы скажем вам, что за этой умной реакцией на движение стоит штуковина, размер которой даже не достигает отметки в 2 см. Это маленькое электронное устройство, известное как пироэлектрический или пассивный инфракрасный датчик (в обоих случаях PIR), является очень ценным элементом этой реакции.

Каждый объект, имеющий температуру выше абсолютного нуля, излучает тепловую энергию (тепло) в виде излучения. Мы, люди, излучаем тепло на длине волны 9-10 микрометров. Датчики PIR настроены на обнаружение этой длины волны ИК-излучения, которая излучается только тогда, когда рядом с ними находится человек. Термин «пироэлектричество» означает: тепло, порождающее электричество (здесь — электрический сигнал малой амплитуды). Поскольку эти датчики не имеют собственного источника инфракрасного излучения, их также называют пассивными.

Как датчик PIR реагирует на ИК-излучение человека? До какого диапазона может работать этот датчик? Что находится внутри этого датчика, что заставляет его работать? Эти на другие вопросы в этом обзоре датчиков PIR.

Этот 10 миллиметровый датчик (фото ниже), от компании Panasonic, является одним из самых маленьких PIR-датчиков, доступных на рынке на сегодняшний день, на его примере мы и разберем работу PIR-датчиков.

Читать также:  Неинвертирующие операционные усилители

ИК-датчик Panasonic
10-мм ИК-датчик Panasonic

Массив линз Френеля

Корпус датчика
Корпус датчика

На фотографии выше показан датчик Panasonic 10 мм: блок датчика PIR, заключенный в пластиковый корпус. Корпус полупрозрачный, с крышкой, напоминающей улей, и имеет отверстие в нижней части, из которого выступают выводы датчика.

Структура корпуса
Структура корпуса

При внимательном рассмотрении верхней части датчика, структуры корпуса, видны изогнутые сегменты. Эти изогнутые сегменты представляют собой линзы Френеля, которые образуют массив, увеличивающий зону обнаружения датчика. Известно, что массив линз Френеля улавливает больше инфракрасного излучения и фокусирует его в относительно меньшей точке. Обнаружение стало более стабильным, а максимальное расстояние обнаружения также увеличено. Линза Френеля сделана полупрозрачной, поэтому она может улавливать только инфракрасное излучение, не пропуская нежелательные излучения видимого спектра света.

Количество линз Френеля может варьироваться в массиве, а этот датчик имеет в общей сложности 20 линз.

Внутренние пластиковые части

Внутренняя часть
Внутренняя часть ИК-датчика
Конструкция ИК-датчика
Конструкция ИК-датчика

Крышка, нагруженная матрицей Френеля, плотно помещается над базовой областью пластикового профиля. Однако, нет механизма защелки, чтобы удерживать его, что делает любопытным извлечение массива линз Френеля из пластикового узла. Под массивом линз Френеля находится датчик PIR, прочно закрепленный в пластиковых накладках. Размещение датчика имеет решающее значение, так как он должен получать максимальное количество инфракрасного излучения, исходящего от массива линз. Следовательно, он помещается в центр линз, где собирается максимальное излучение.

Читать также:  Электроника для детей — снижение напряжения питания

ИК-фильтр и TO5

Инфракрасный фильтр датчика
Инфракрасный фильтр датчика

В верхней части датчика находится инфракрасный фильтр. Этот фильтр, больше похожий на стекло квадратной формы, выбирает желаемую длину волны, на которой сенсор должен реагировать. Поскольку этот датчик предназначен для обнаружения присутствия человека, выбранная длина волны составляет от 8 микрометров до 14 микрометров, что является диапазоном, в котором человеческое тело излучает электромагнитные лучи.

Характеристика датчика
Технические характеристики датчика

Корпус датчика выполнен из металла ТО5. TO5 — это отраслевой стандарт, используемый для упаковки различных небольших модулей, таких как транзисторы, датчики и т.д. Металлический корпус TO5 защищает внутреннюю схему от внешних воздействий, таких как вибрации или шумы, которые могут нарушить нормальную работу схемы.

Чувствительный элемент и чип

Плата ИК датчика
Плата ИК датчика

Сняв крышку с датчика, можно увидеть небольшую печатную плату, на которой размещен чувствительный модуль, усилитель и схема компаратора. На фотографии ниже показана верхняя часть печатной платы, где расположен чувствительный элемент. Чувствительные элементы обычно изготавливаются из ферроэлектрической керамики (содержит свинец) или литиевого танталита (без свинца). Для увеличения мощности восприятия сигнала используется несколько чувствительных элементов. Датчик имеет счетверенный тип и имеет 4 чувствительных элемента, соединенных в массив.

Читать также:  Фазоры

ИК-лучи, пройдя через фильтр, попадают на этот чувствительный элемент, который генерирует заряд. Величина произведенного заряда прямо пропорциональна количеству лучей, падающих на элемент.

Усилитель и компаратор
Усилитель и компаратор

После накопления заряда он передается на схему усилителя, откуда он передается и на компаратор. Кроме того, в эту печатную плату встроены усилитель и компаратор. Ранее эти две цепи были включены во внешнюю схему, однако, включение их в сенсорный модуль делает схему более компактной. Поскольку эти две схемы уже определены для спектра ИК-излучения, результаты, как правило, являются более точными.

Компараторы используются в тех сенсорных модулях, которые дают цифровой выход, как здесь.

FET и провода

Компоненты
Компоненты
Блок процессора
Блок процессора

Базовая пластина и остальная часть датчика представляет собой полевой транзистор (FET). Несмотря на то, что произведенный заряд усиливается, ему все же удается генерировать напряжения порядка 1 мВ. Полевые транзисторы могут работать при таком низком напряжении и могут легко передавать напряжение процессорному блоку, через который подключен датчик.

Выводы ИК датчика
Выводы ИК датчика

В нижней части датчика лежат, как и следовало ожидать, соединительные провода. В этом датчике они выполняют многозадачность: позволяют припаять датчик и отправляют выходные данные в блок обработки.

На фотографии вые показаны детали размещения выводов (контактов), которые расположены так же, как и в JFET.

С Уважением, МониторБанк

Добавить комментарий