Infra érzékelők

Kapcsolókban, riasztókban

A ma használatos mozgásérzékelők legnagyobb csoportját a passzív infravörös (PIR) érzékelők adják. Ezek viszonylag olcsó szerkezetek, nem csoda, hogy széles körben elterjedtek. Egy jól elhelyezett érzékelő akár egy nagyobb helyiséget is képes „belátni”, így akár kapcsolási, akár riasztási funkciót szolgálni.

A köznyelv mozgásérzékelőknek nevezi ezeket az eszközöket, pedig a mozgást csak közvetve képesek érzékelni. A PIR érzékelő működés során semmilyen sugárzást nem bocsát ki magából, hanem passzívan figyeli a teret. A megfigyelt terület infravörös tartományba eső sugárzását, különösen az emberi testmelegből származó hősugárzást érzékeli, és egy optikai rendszer segítségével egy pontra fókuszálja. A fókuszpontban egy szenzor található, amelynek feladata, hogy a területen mozgó ember által kiváltott infrasugárzás szintjének – a környezet alap jelszintjéhez viszonyított – megváltozását villamos jel változássá alakítsa. A villamos jelek változását egy jelfeldolgozó áramkör kiértékeli, hogy szükség esetén egy relét működtessen, egy áramkört kapcsoljon. Ha passzív mozgásérzékelőkből egy helyiségben több is van, akkor azok egymás működésére nincsenek befolyással – lévén, hogy semmiféle jelet nem sugároznak ki. Ez a tulajdonság riasztórendszerek telepítésénél kifejezetten előnyös.

Egy PIR mozgásérzékelő általában három részből tevődik össze; az érzékelőelemből, az optikai rendszerből és a jelfeldolgozó áramkörből. Az érzékelőelem a környezet hősugárzását, pontosabban annak változását érzékeli, és az infravörös sugárzást villamos jelekké alakítja át. A PIR szenzora egy piroelektromos elven működő tranzisztor, amelynek az érzékenysége az emberi testre is jellemző 10 nm-es infravörös hullámhossznál a legnagyobb. A gyártók arra törekszenek, hogy a PIR elsősorban a gyors hőmérsékletváltozásokra reagáljon, amit egy kúszó, sétáló vagy futó ember okoz. Az optikai rendszer feladata, hogy a környezet által kibocsátott és visszavert infravörös energiát az érzékelő elemre fókuszálja. Az érzékelő több zónából álló legyezőszerű nyalábokban figyeli a látóteret, és leginkább arra reagál, amikor valamelyik zónában megemelkedik az alaphőmérséklet, a többi zónában viszont nem. Ezért mondjuk, hogy a szenzor a hősugarat kibocsájtó mozgó objektumra reagál. Amikor egy ember átmegy a védett helyiségen, merőlegesen metszve a nyalábokat, felváltva lép be érzékeny és érzéketlen zónákba. Az érzékeny zónában tartózkodás megemeli az érzékelt alaphőmérsékletet, az érzéketlen zónában tartózkodás változatlanul hagyja azt. Ez a hőmérséklet-változáson alapuló mozgásérzékelés alapja. Ez azonban nem csak úgy jöhet létre, hogy pl. a hősugarat kibocsájtó test mozog, hanem úgy is, ha valami mozog, és kitakarja egy zónában a távolabbról érkező hősugarat. Ez lehet a magyarázata pl. az olyan vakriasztásnak, amikor pók mászik a mozgásérzékelőre, és kitakarja a távoli radiátor hősugarát.

A passzív infra érzékelőkben az optikai rendszer ami a hősugarat az érzékelőelemre vetíti – tükrös vagy műanyag lencsés lehet. Lencsés érzékelők esetében egy lencsesorokból álló lencserendszer kerül az érzékelő elem elé, tükrös érzékelők esetében pedig az érzékelő elem mögé, és mindkét megoldás egy pontba gyűjti a hősugárzást. A környezetet ugyanúgy figyelik: a teret legyezőszerűen aktív és passzív részekre osztják fel. Ha a passzív tartományból az aktívba kerül egy meleget kibocsátó test, akkor a hőmérséklet ugrásszerű változásának hatására a feldolgozó áramkör működésbe lép.

Mindkét megoldásnak van előny és hátránya is. A tükrös érzékelők előnyei közé tartozik a precizitásuk, mivel pontosan fókuszálnak, pontosan tartják a jelerősség és jeltávolság arányát, és kicsi az energiaelnyelésük. Hátrányuk viszont az, hogy az optikai ablakok száma kevesebb, és drágábbak, mint a műanyag lencsés változatoké. A műanyag lencsék könnyen cserélhetők, akár a lefedési karakterisztika módosítási igénye, akár a lencse meghibásodása miatt, ellentétben a tükrös infrákkal, melyeknél ilyen esetekben az egész érzékelőt le kell cserélni. A lencsés érzékelők hátránya, hogy sokkal több energiát nyelnek el, mint a tükrös infrák. Természetesen mindkét érzékelő fajtából vannak jobb és gyengébb minőségű változatok.

Egy komplett mozgásérzékelő harmadik fontos eleme, a jelfeldolgozó áramkör talán a legnagyobb fejlődésen ment keresztül az évek során. A jelfeldolgozó áramkör folyamatosan figyeli a változásokat, felerősíti és kiértékeli azokat a jeleket, amelyeket a szenzorok összegyűjtöttek. Amennyiben ezek a jelek egy meghatározott megszólalási szintet meghaladnak, akkor egy relé működtetésével kapcsolja a szükséges áramkört. 10-15 évvel ezelőtt az infrák elektronikája még hagyományos aktív és passzív alkatrészekből épült fel. Ma már dominánsak a digitális mozgásérzékelők, melyek a piroszenzorról érkező analóg jelet egy analóg-digitális átalakító segítségével digitális jellé változtatják. Ez a jelsorozat sokkal több információt szolgáltat az érzékelő által észlelt hőmérsékletről és a mozgás jellegéről, mint az analóg jel. Az intelligens mozgásérzékelők nemcsak a piroszenzor által észlelt jel szintjét figyelik, hanem a jel amplitúdóját, szélességét, csúcsszintjét, felfutási idejét, energiáját, formáját, valamint az egymást követő jelek időkülönbségét is. Minden jelet összevetnek a memóriájukban sablonszerűen tárolt „mozgás” és „nem mozgás” jelmintákkal, és ennek alapján döntik el, hogy riasztási jelzést generálnak, vagy a jelzést tévesnek minősítik. Ezek az intelligens áramkörök sokkal jobban meg tudják különböztetni a kisállatot a mozgó embertől, vagy az érzékelőre mászó rovart a veszélyes behatolótól egy riasztónál.

Mi az infravörös sugárzás?

Az infravörös sugárzás az elektromágneses sugárzás egy tartománya. Hullámhossza a látható fénynél nagyobb, de a mikrohullámnál és a rádióhullámnál kisebb. Az infravörös sugárzás elsősorban hősugárzást jelent. Minden anyag, aminek a hőmérséklete az abszolút nulla fok felett van, infravörös sugárzást bocsát ki magából. Bár az emberi szem számára az infravörös sugárzás nem látható, számos állat, elsősorban a rovarok és a madarak képesek érzékelni ennek a tartománynak egy részét. Az erősebb hősugarakat bőrünkön keresztül mi is érzékeljük.

Fresnel műanyag lencse

Mozgásérzékelő indítja a forgóajtót

Az elektromágneses spektrum

Mozgásérzékelők másképpen

A legelterjedtebb PIR érzékelőkön kívül a biztonságtechnikai eszközök más elven működő mozgásérzékelőket is használnak. A mikrohullámú (radaros) érzékelők (MW) mikrohullámú jeleket küldenek szét az érzékelt területen, mérik a visszaverődést, amely változása alapján azonosítják a mozgást. Nagyobb területet képesek érzékelni mint a passzív infravörös érzékelők. Nem olyan érzékenyek az időjárás- és hőmérsékletváltozásokra, de ezért áruk is magasabb. Leginkább kültéri védelemre használják.

Az ultrahangos érzékelők ugyanúgy egy adó és vevő egységből állnak, a mozgást pedig aszerint jelzik, hogy a közeledő hanghullámforrásnak nő a távolodónak pedig a sebesség arányában csökken a frekvenciája. Manapság leginkább a járművek belterének védelmére használják, mivel kimondottan zavarérzékeny, ezért az épületekben való felhasználás során sokszor tévesen riaszt.

A téves riasztások csökkentése érdekében a gyártók különböző működési elvű érzékelőket párosítanak egy közös „házban”. Leginkább a passzív infravörös érzékelőt kombinálják egy mikrohullámú érzékelővel, a riasztáshoz pedig mindkét érzékelőnek egyszerre kell jeleznie.

Az infra sorompók egy adó és vevő részből állnak, ahol az adó szűk nyalábú infravörös fénysugarat bocsát ki, amit a vele szemben lévő vevő vesz. Akkor következik be riasztás, ha az adó és vevő közti sugár megszakad. Hogy ne lehessen átbújni alattuk vagy átmászni felettük, ellenkező irányú többnyalábos rendszereket használnak.

A videó mozgásérzékelő a videós megfigyelő rendszerek azon jelfeldolgozási tulajdonságát használja ki, hogy képesek a képtartalom figyelésére. Ha az adott állandó képtartalomban változás történik, akkor az mozgásra utal, és figyelmeztető jelzést generál, továbbá ilyenkor elindítja a kamerák felvételét is.

Ezekben is infra van