Принцип работы датчика движения сигнализации

Основные принципы работы датчиков движения

При упоминании прибора под названием «датчик движения», в первую очередь возникают ассоциации с охраной банков, музеев и секретных объектов. Воображение рисует картинку пересекающихся лазерных лучей, через которые виртуозно пробирается шпион или грабитель.

Отчасти, это верно, поскольку некоторые виды датчиков обнаружения движения используются в охранных комплексах. Однако по мере удешевления технологии, эти устройства стали доступными для широких масс. Тем более что принцип работы датчика движения никогда не являлся секретом, и от использования его в домашних условиях удерживала только высокая стоимость.

Для чего нужен датчик движения

В шпионских боевиках он показан, как грозный страж, включающий пулеметы при проникновении на важный объект. Может быть, такая система и существует, проверять не будем. На самом деле, датчики движения регистрируют любые виды перемещения объектов, и сообщают информацию в некую электронную систему.

Что происходит дальше

В зависимости от того, как устроен алгоритм работы, после срабатывания сенсора может произойти следующее:

• включение (отключение) освещения;
• запуск вентиляции;
• начало (прекращение) работы некоего механизма;
• включение отопительной системы;
• срабатывание охранной тревоги;
• старт видеозаписи;
• передача информации на центральный пульт управления объектом либо механизмом.

Список можно продолжить, но из него уже понятно назначение прибора: любые его разновидности предназначены для подключения некоего алгоритма при появлении в секторе обзора предмета или живого организма.

Принцип действия датчика движения

За исключением механических приспособлений, вроде натянутой проволоки или веревки (такие типы датчиков движения существовали до изобретения электричества), сенсоры представляют собой электронное устройство. Для того чтобы обнаружить перемещение объекта, необходимо работа по принципу радара. Собственно, радары и эхолокаторы — это разновидности вышеупомянутых датчиков, только покрупнее масштабом. Принцип работы бытового (гражданского) датчика движения также основан на пересечении любого вида излучения. По принципу работы с сигналом, сенсоры бывают трех видов:

• Прерывающие (линейные): в основе излучатель линейного сигнала (как правило, лазерный луч), и приемник. Пока фотодатчик фиксирует излучение — прибор в состоянии покоя. При пересечении луча движущимся объектом — устройство подает сигнал.Преимущество такой технологии в простоте реализации. Недостаток — одиночный луч легко обойти. Кроме того, такой сенсор состоит из двух частей, что не всегда удобно.
• Отражающие (объемные): в основе лежит принцип работы радара. Излучатель посылает рассеянный или концентрированный сигнал (по выбору заказчика). Если на его пути нет препятствия, датчик в состоянии покоя. Любой попавший в сектор действия предмет, отразит часть излучения.Отраженные волны улавливаются приемником, установленным в том же корпусе, и сенсор переводится в состояние тревоги. Преимущества: широкий сектор обзора, удобно монтировать (электроника в одном корпусе), возможность настройки. Недостаток: нужно отсекать ложные срабатывания, иначе прибор будет функционировать невпопад.
• Пассивные: сами ничего не излучают. Как же работают такие датчики движения? Их чувствительные сенсоры улавливают волны, испускаемые другими предметами. Преимущество — простота и дешевизна, отсутствие ненужного волнового фона. Недостаток: улавливают только одушевленные предметы (люди, животные). Большинство сенсоров этого типа настроены на тепловой фон живых существ.

Какой прибор выбрать? Зависит от задач. Для защиты или фиксации появления объекта в коридоре или некоем портале (дверь, проем, окно), подойдет прерывающий комплект сенсоров. Если необходимо зафиксировать перемещение в замкнутом пространстве или на территории — лучше выбрать отражающий или объемный датчик.

Именно по этому принципу работают популярные датчики движения для включения (выключения) света. Только при попадании объекта в сектор действия, не срабатывает сигнал тревоги, а включается освещение.

Информация: Экономистами подсчитано, сколько электроэнергии сохраняет использование датчиков движения для автоматического включения света. Деньги, затраченные на приобретение этого оборудования, окупаются в течение 1–2 лет.

Правда, есть несколько оговорок:

• использование сенсора для освещения разумно только на территориях (в помещениях), где редко находятся люди;
• при многократном подключении (отключении), люминесцентные и спиральные лампы быстро выходят из строя: лучше использовать LED или галогеновые светильники.

Устройство и технологии датчика движения

• Начнем с прерывающих. Как мы уже знаем, прибор состоит из излучателя и приемника. Простейшая реализация — фото пара с линзой, формирующей направленный луч. Однако подобные устройств не применяются уже несколько десятков лет. Какой датчик можно считать современным? Тот, который использует когерентный или поляризованный луч. То есть, лазер.

Для справки: Лазерный луч может быть видимым или невидимым. Это расширяет возможности прибора при использовании в охранных системах.

Вариантов исполнения два: в одном корпусе или с разделенным приемником и передатчиком. В первом случае необходимо электрическое объединение двух узлов в единую электрическую систему. Второй вариант использует отражающую поверхность, и луч возвращается в приемный сенсор, расположенный рядом с излучателем.

Для улицы такое исполнение не подойдет, слишком много потенциальных предметов для срабатывания (птицы, животные). Поэтому необходимо дублировать лучи, расположенные на расстоянии (чтобы не было ложных срабатывания на малые объекты).

Отражающие также являются излучателями, со своим приемником в корпусе. По использованию волн, делятся на три группы:

• Как работает микроволновый датчик движения? Он излучает СВЧ волны, которые формируют вокруг него некий фон из волн высокой частоты. Они отражаются от предметов, и «мозг» датчика запоминает объемную картинку в виде уровня излучения в разных плоскостях. При появлении внутри этого фона постороннего предмета, уровень отраженного излучения меняется. Это фиксируется приемником, и включается сигнал оповещения. После исчезновения объекта, датчик возвращается в состояние покоя.
• Еще один похожий вариант — электромагнитный сенсор. Регистрирует изменение магнитного поля при попадании в сектор объемных предметов. Чувствительность ниже, высокая зависимость от помех.
• Ультразвук. Практическое его применение мы знаем по прибору УЗИ, который применяется в медицине. Бывают и другие варианты использования: датчики движения. Генератор ультразвука постоянно испускает УЗ волны в заданном секторе. Проверить (засечь) работу прибора сложно, поэтому эти виды сенсоров популярны в охранных системах. При возникновении препятствия, звуковые волны возвращаются и регистрируются приемником. Происходит срабатывание датчика.

Несмотря на высокое качество и скрытность, эти виды сенсоров применяются и в системах автоматического включения освещения.

Информация: Единственное ограничение — нежелательно применение на объектах с домашними животными. Некоторые особи негативно реагируют на ультразвук.

Такие датчики отлично работают в помещении и на улице. Выглядят они по-разному, но обязательно с цилиндрическим окошком в корпусе.

Пассивные инфракрасные системы редко применяются в охранной сигнализации, зато активно работают с источниками освещения. Задайтесь вопросом: как выбрать датчик движения для включения света? Он не должен регистрировать неодушевленные предметы (например, автомобили) и птиц с животными. При этом прибор обязан фиксировать появление в зоне действия человека. Получаем единственно верное решение: приемник инфракрасного излучения. Сенсор настраивается на тепло человеческого организма и соответствующий размер источника излучения. Для этого чувствительный инфракрасный сенсор располагается за специальной линзой Френеля, концентрирующей тепло в одной точке. Далее сигнал поступает в электронный блок управления, оснащенный вспомогательными модулями:07

• реле времени задерживает момент включения от случайных кратковременных срабатываний;
• сумеречный выключатель отключает прибор в светлое время суток;
• блок ступеней переключения настраивается под определенный размер «объекта», чтобы кошки и птицы не включали свет.

Комбинированные приборы сочетают в себе сенсоры разных типов, и применяются для решения особо ответственных задач, где не допускаются ошибки в срабатывании.

Можно ли изготовить такой прибор самому, и как его отключить

Любой домашний умелец задается вопросом: как сделать датчик движения своими руками? Саму электросхему управления собрать несложно. Проблема в источнике и приемнике излучения. Проще использовать готовый излучатель волн, просто интегрируя его в свой проект. Наиболее удачными являются датчики для систем на базе Arduino.

Еще одна популярная самоделка — лазерная указка с фотоприемником, размещенным на линии пересечения. Но это не более чем развлечение: для серьезных задач такой прибор не подходит.

Еще одна мысль, которая приходит в некоторые беспокойные головы: как отключить датчик движения.

Важное предупреждение: Информация не предназначена для криминального применения!

Если отключение связано с режимом использования — нет проблем. Просто отсоедините сенсор от блока питания, и он перестанет включать свет. Например, когда объект закрыт. В остальных случаях поступайте так (не для злого умысла):

• инфракрасные сенсоры заклеиваются металлическим скотчем;
• микроволновый прибор перестает принимать сигналы, если покрыть окошко прозрачным лаком из аэрозольного баллончика;
• УЗ датчик экранируется только металлом или металлизированным скотчем в 2–3 слоя.

В любом случае, информация о том, что на объекте не работает датчик движения, будет зарегистрирована владельцем. Кроме того, прежде чем вам удастся отключить сенсор, ваше появление будет зафиксировано.

Какой датчик выбрать

О производителе мы не говорим, это личное предпочтение каждого. Исходя из информации в данной статье, вы можете выбрать тип сенсора по виду излучения, подходящий для ваших целей.

Совет: Не пытайтесь получить высокие показатели качества от прибора в нижнем ценовом сегменте.

Равно как и нет смысла искать универсальный датчик: тип определяется условиями применения.

Видео по теме

Обзор принципа работы, устройства, видов и областей применения датчиков движения

Датчик движения -бесконтактное устройство, реагирующее на перемещение объекта в зоне отслеживания. Широко используется в системах охраны и автоматизации различных процессов, в том числе, освещения и кондиционирования. Понять, как работает датчик движения, могут не только специалисты. Это устройство современное, но не настолько сложное.

Сферы использования сенсоров

Область применения датчиков движения (ДД) чрезвычайно широка. Они необходимы для обнаружения посторонних на охраняемых объектах, присутствуют в каждой системе сигнализации. Но могут регистрировать не только несанкционированное проникновение: способны обнаруживать утечку газа, жидкостей, процесс открывания окон и дверей.

Датчики движения инициируют процесс записи в автомобильных видеорегистраторах и комплексных системах отслеживания. Современные энергосберегающие светильники также оснащены этими устройствами и обеспечивают освещение территории в момент присутствия на ней человека или группы людей. Аналогичным образом функционируют «умные» системы кондиционирования.

ДД регистрирует изменение тепловых или волновых характеристик в зоне обслуживания, но при стабилизации этого фона воспринимает его как норму. Так, если человек будет находиться на отслеживаемой территории какое-то время в неподвижном состоянии, освещение отключится.

Высокочувствительные датчики присутствия будут регистрировать малейшие изменения характеристик зоны обслуживания и неподвижность объекта не является для них поводом для возврата в исходное состояние. Таким образом, они выполняют ту же задачу, но более точно и тщательно. В связи с этим, датчики присутствия — более дорогие устройства, и стоимость техники, на которой они установлены, выше.

Как работает: устройство и принцип действия датчика движения?

Существует несколько видов ДД, отличающихся способом регистрации изменений в зоне наблюдения. Любой из них может быть встроен в прибор или являться самостоятельным выносным устройством в отдельном блоке.

Инфракрасный

Инфракрасные детекторы движения — наиболее распространенные пассивные приборы отслеживания. Большинство из них состоят из двух блоков:

• монтажного;
• аппаратного.

Эти элементы соединены между собой подвижным сочленением, обеспечивающим поворот корпуса и настройку угла обзора обслуживаемой территории. В аппаратном блоке находятся плата управления и сенсоры:

• пироэлектрический инфракрасный, функция которого заключается в распознавании движения;
• светочувствительный, представляющий собой фоторезистор, фиксирующий и оценивающий степень освещенности;
• полевой транзистор, выполняющий роль усилителя;
• в устройствах, работающих в системах тревожной сигнализации, установлены дополнительные детекторы.

Монтажный блок предназначен для фиксации прибора и соединения его с источником питания и другой аппаратурой. Например, прожектором освещения или блоком сигнализации. Также на нем находятся регуляторы для выполнения настройки работы ДД.

Принцип работы инфракрасного датчика движения основан на обнаружении и регистрации теплового излучения, исходящего от объекта, находящегося в зоне обслуживания. Пироэлектрический инфракрасный сенсор состоит из прозрачной кварцевой пластины и слоя керамики. У современных бытовых моделей максимальная дальность обнаружения движения — 12 м.

Микроволновый

Как и инфракрасный, микроволновый датчик движения (ДДМ) непрерывно сканирует зону отслеживания. Но принцип работы у него иной. Микроволновый реагирует на изменение радиочастотного (иначе называемого СВЧ или микроволнового) фона.

ДДМ непрестанно излучает электромагнитные волны, которые, в случае проникновения на обслуживаемую территорию, отражаются от объекта (нарушителя) и возвращаются к сенсору с измененными волновыми характеристиками.

Датчик регистрирует их и передает сигнал управляющей аппаратуре, выполняющей свои задачи: включение освещения, кондиционирования, тревожной сигнализации.

А инфракрасный — только те, которые способны излучать тепло. ДДМ работает по принципу радиолокации и способен вычислять и фиксировать скорость перемещения обнаруженного объекта.

Ультразвуковой

Из наименования устройства становится понятным, что работает оно с применением ультразвуковых волн. Такой датчик представляет собой прибор, состоящий из нескольких деталей. Одна из них — генератор ультразвука. Он работает в непрерывном режиме, испуская звуковые волны с частотой в диапазоне 20-60 кГц. Они проникают сквозь зону отслеживания, и при наличии в ней препятствий, отражаются назад, к датчику.

Далее срабатывает автоматика, выполняющая заданную функцию. Ею может быть подача электропитания на осветительный прибор.

Многие домашние животные способны воспринимать ультразвук и реагировать на него, часто негативно. Поэтому датчики, работающие по принципу генерирования УЗ волн, не рекомендованы для установки на территориях с присутствием животных.

Комбинированный

Комбинированные датчики движения созданы с целью использования лучших характеристик уже имеющихся: инфракрасных, микроволновых и ультразвуковых. И минимизировать присущие каждому из них недостатки.

С целью исключения этой ситуации, в одном приборе объединяют сразу два детектора: микроволновый и инфракрасный. Если второй не обнаруживает изменения температурного фона в зоне отслеживания, зарегистрированные первым помехи не принимаются к сведению.

Комбинированные датчики движения — наиболее мощные и точные приборы. Чаще всего они устанавливаются на потолке и способны обнаруживать присутствие объектов на расстоянии 10-12 м.

Схема датчика движения на примере стандартного HC-SR501

Датчик движения HC-SR501 — один из самых распространенных, работает по принципу регистрации инфракрасных волн. Прибор устроен просто, но для понимания принципы его работы необходимы специальные знания в области радиоэлектроники. Пользователю достаточно ознакомиться с упрощенной принципиальной схемой работы.

Конструкция прибора включает несколько элементов:

• пироэлектрический датчик 500ВР, состоящий из двух модулей;
• линза Френеля;
• микросхема BISS0001, управляющая работой устройства;
• комплекс резисторов и транзисторов.

• инфракрасные волны, излучаемые объектом в зоне наблюдения, последовательно попадают на первый и второй элементы пироэлектрического датчика;
• поочередное поступление сигналов фиксируется электронным модулем управления;
• формируется логический сигнал;
• реализуется заданная функция: подается питание на осветительный прибор, включается вентиляция, срабатывает сигнализация и др.

Помимо самого датчика движения, в конструкцию прибора входят исполнительное устройство и безтрансформаторный блок питания. В схеме ДД предусмотрена установка температурного и фотоэлемента, что расширяет спектр возможностей стандартного устройства.

Варианты крепления

Датчик движения HC-SR501 — компактный прибор, оснащенный тремя выходами:

• GND — земля;
• VCC — питание;
• OUT — цифровой, для передачи логического сигнала.

Выбор режима работы осуществляется с помощью модуля с тремя контактами и джампером (перемычкой).

• Н — при неоднократном срабатывании детектора остается высокий логический уровень;
• L — импульс формируется при каждом срабатывании сенсора.

На корпусе прибора имеется выступ с отверстием под крепежи: шурупы, саморезы. Датчик можно устанавливать на любые горизонтальные и вертикальные поверхности из дерева, пластика, гипсокартона, укрепив соответствующим образом. Как правило, высверливания отверстий для фиксации столь легких предметов, не требуется.

Не все производители поставляют ДД в корпусе. У некоторых он идет как открытая плата с линзой Френеля. Для использования прибора на улице необходимо самостоятельно установить ДД в подходящий пластиковый корпус, вырезав в нем отверстие под линзу.

Подключение и установка устройства

Датчик движения HC-SR501 чаще всего необходим для подключения к приборам освещения в целях экономии электроэнергии. Для реализации этой задвчи потребуются:

• выпрямитель на 4-20 В;
• реле (оптимально — SRD-05VDC-SL-C);
• светильник с лампочкой, работающий от сети напряжением 220 В.

Датчики движения одинаково хорошо работают в помещении и на улице. Но для монтажа с внешней стороны зданий необходимо выбирать приборы с герметичным, влагонепроницаемым корпусом. Учитывают и диапазон рабочих температур устройства.

Принцип работы и назначение инфракрасного датчика движения

Среди большого многообразия охранных извещателей, инфракрасный датчик движения является самым распространенным устройством. Доступная цена и эффективность, вот качества, обеспечившие им популярность. А все благодаря тому, что в начале девятнадцатого века обнаружили инфракрасное излучение.

Оно находится за границей видимого красного света в диапазоне 0,74-2000 мкм. Оптические свойства веществ сильно различаются и зависят от типа облучения. Небольшой слой воды является непрозрачным для ИК излучения. Инфракрасное излучение солнца составляет 50 процентов всей излучаемой энергии.

Область применения

Инфракрасные датчики движения для охраны применяются давно. Они фиксировали перемещения теплых объектов в помещениях, и передавали сигнал тревоги на контрольную панель. Их стали совмещать с видеокамерами и фотоаппаратами. При нарушении происходила фиксация происшествия. Потом область применения расширилась. Зоологи стали применять в фотоловушках для контроля исследуемых животных.

Больше всего ИК датчики применяются в системе умный дом, где играют роль сенсора присутствия. При попадании теплокровного объекта в область действия устройства, оно включает освещение в помещении или на улице. Экономится электричество и облегчается жизнь людям.

В системах контроля доступа извещатели движения управляют открыванием и закрыванием дверей общественных сооружений. По расчетам экспертов рынок ИК сенсоров будет расти на 20% ежегодно ближайшие 3-5 лет.

Принцип работы ИК датчика движения

Работа ИК извещателя заключается в контроле инфракрасного излучения определенной области, сравнении его с фоновым уровнем, и по результатам анализа выдачи сообщения.

ИК датчики движения для охраны используют активные и пассивные виды сенсоров. Первые для контроля используют собственный передатчик, облучающие все в зоне действия устройства. Приемник получает отраженную часть ИК излучения и по его характеристикам определяет, было нарушение зоны охраны или нет. Активные датчики бывают комбинированного типа, когда принимающие и передающие блоки разделены, это извещатели контролирующие периметр объекта. Имеют большую дальность действия по сравнению с пассивными устройствами.

Пассивный инфракрасный датчик движения не имеет излучателя, он реагирует на изменение окружающего ИК излучения. В общем случае, извещатель имеет два чувствительных элемента, способных фиксировать инфракрасное излучение. Перед сенсорами устанавливается линза Френеля, разбивающая пространство на несколько десятков зон.

Маленькая линза собирает излучение с конкретного участка пространства и посылает на свой чувствительный элемент. Соседняя линза, контролирующая смежный участок посылает поток излучения на второй сенсор. Излучения соседних участков примерно одинаковы. При нарушении баланса, превышении какого-то порогового значения, прибор извещает контрольную панель о нарушении зоны охраны.

Схема ИК датчика

Каждый производитель имеет уникальную принципиальную схему ИК извещателя, но функционально они примерно одинаковы.

ИК датчик имеет оптическую систему, пирочувствительный элемент, блок обработки сигналов.

Оптическая система

Рабочая область современных датчиков движения весьма разнообразна благодаря различным формам оптической системы. От устройства расходятся лучи в радиальном направлении в различных плоскостях.

Так как извещатель имеет сдвоенный сенсор, то все лучи раздваиваются.

Оптическая система ориентируется таким образом, что будет контролировать только одну плоскость или несколько плоскостей на разных уровнях. Может контролировать пространство вкруговую или по лучу.

При построении оптики ИК-датчиков часто используются линзы Френеля, представляющих множество призматических фасеток на выпуклой пластиковой чашке. Каждая линза собирает ИК поток со своего участка пространства и отправляет на ПИР элемент.

Конструкция оптической системы такова, что избирательность по всем линзам одинакова. Чтобы защититься от собственного тепла элементов, насекомых в устройстве устанавливается герметичная камера. Редко используется зеркальная оптика. Это значительно повышает дальность действия устройства и цену прибора.

Пирочувствительный элемент

Роль сенсора в ИК датчике играет пироэлектрический преобразователь на чувствительных полупроводниковых элементах. Он состоит из двух сенсоров. На каждый из них от двух соседних лучей поступает поток излучения. При одинаковом равномерном фоне сенсор молчит. При возникновении дисбаланса, в одной зоне появляется дополнительный источник тепла, а в другой нет, сенсор срабатывает.

Для повышения надежности и уменьшения ложных срабатываний в последнее время стали применять счетверенные ПИР элементы. Это увеличило чувствительность и помехозащищенность прибора. Но уменьшило расстояние уверенного распознавания нарушителя. Для решения этого приходится использовать прецизионную оптику.

Блок обработки сигналов

Главной задачей блока является надежное распознавание человека на фоне помех.

Они бывают самые разнообразные:

1. солнечное излучение;
2. искусственные ИК источники;
3. кондиционеры и холодильники;
4. животные;
5. конвекция воздуха;
6. электромагнитные помехи;
7. вибрация.

Блок обработки для анализа использует амплитуду, форму и длительность выходного сигнала пироэлектрического преобразователя. Воздействие нарушителя вызывает симметричный двухполярный сигнал. Помехи выдают несимметричные значения на обрабатывающий модуль. В простейшем варианте сравнивается амплитуда сигнала с пороговым значением.

При превышении порога извещатель сообщает об этом, подавая определенный сигнал на контрольную панель. В более сложных датчиках измеряется длительность превышения порога, количество этих превышений. Для повышения помехозащищенности прибора используется автоматическая термокомпенсация. Она обеспечивает постоянную чувствительность во всем диапазоне температур.

Обработка сигнала осуществляется аналоговыми и цифровыми устройствами. В новейших устройствах начали применять цифровые алгоритмы обработки сигнала, что позволило улучшить избирательность прибора.

Эффективность использования ИК извещателя в охранной сигнализации

От правильности выбора вида сенсора, расположения на объекте охраны во многом зависит его эффективность. Пассивные ИК датчики движения уличные и внутреннего применения реагируют на перемещения теплых по сравнению с фоном объектов при определенных скоростях перемещения. При маленькой скорости движения, изменения потоков инфракрасного излучения в соседних секторах настолько незначительны, что он воспринимается, как фоновый дрейф, и не реагирует на нарушение зоны охраны.

Если нарушитель облачится в защитный костюм с отличной теплоизоляцией, то ИК датчик движения не отреагирует, не будет нарушения баланса излучения в соседних зонах. Человек сольется с фоновым излучением.

Нарушитель двигается вдоль лучей извещателя движения с малой скоростью, в этом случае он нередко молчит.

Изменения потоков оказываются недостаточными для срабатывания устройства. Особенно свойственно извещателям с функцией защиты от животных. В них уменьшают чувствительность, чтобы избежать реакции на появления домашних питомцев.

Важно правильно установить инфракрасный датчик. Требуется по конфигурации здания применять устройство типа «шторка», следует так и делать. Производитель рекомендует монтаж прибора на определенной высоте, надо соблюсти и это.

Для повышения эффективности работы инфракрасных датчиков их применяют совместно с сенсорами, работающими на других принципах.

Обычно, дополнительно придается радиоволновой извещатель с высокой чувствительностью, что снижает процент ложных срабатываний и повышает надежность охранной сигнализации. При защите окон от проникновения дополнительно устанавливается ультразвуковой извещатель, реагирующий на разбитие стекла.

Заключение

Постепенно ИК датчики усложняются, повышается их чувствительность, улучшается избирательность. Сенсоры находят широкое распространение в системах «умный дом», видеонаблюдения, контроль доступа. Совместное использование с различными устройствами повысило потребительские свойства датчиков. Им уготована долгая жизнь.

Видео: Датчик движения, принцип работы

Устройство и принцип работы датчиков движение (в охране и не только)

В отличие от точечных датчиков, к которым относятся магнитоконтактные устройства, датчики движения обладают способностью контролировать определённый объём внутри помещения или достаточно протяжённый участок периметра. Работа датчика движения базируется на некоторых физических принципах. Датчики, в зависимости от конструкции, могут реагировать на температуру, массу, магнитное поле, вибрацию или звук.

Из материала вы узнаете:

Типы датчиков движения

На основе современной элементной базы можно разработать устройство, которое будет соответствующим образом реагировать на любой параметр материального объекта.

Охранные системы предназначены, чтобы защитить объект или территорию от проникновения посторонних лиц, поэтому датчики движения фиксируют перемещение и массу объекта. В системах сигнализации используются следующие типы датчиков движения:

• Тепловые (инфракрасные) детекторы
• Ультразвуковые активные датчики
• Радиоволновые датчики
• Комбинированные устройства

Инфракрасный датчик

Принцип работы теплового датчика движения основан на определении температуры объекта, которая отличается от температуры окружающей среды. Инфракрасное или тепловое излучение фокусируется специальной оптической системой и направляется на чувствительный полупроводниковый элемент, который называется PIR-сенсор.

Для того чтобы датчик не реагировал на нагретые, но неподвижные объекты типа радиаторов отопления, линзы разбивают зону чувствительности датчика на несколько отдельных лучей. В горизонтальной плоскости, диаграмма чувствительности инфракрасного датчика больше всего напоминает развёрнутый веер. Датчик сработает в том случае, если объект последовательно пересечёт несколько лучей. За подсчёт числа импульсов отвечает микроконтроллер устройства.

Тепловое излучение объекта вызывает изменение электрического потенциала PIR-сенсора. Схема сравнения или компаратор фиксирует разницу между температурой окружающей среды и температурой объекта. Эта разница обрабатывается по определённому алгоритму и в конечном итоге вызывает срабатывание реле, включающего сигнал тревоги.

Таким образом, для срабатывания инфракрасного детектора движения необходимо соблюдение двух условий:

• Объект должен испускать тепловое излучение
• Объект должен перемещаться

Одним из важных параметров, влияющих на работу тепловых датчиков, является скорость движения физического тела. Передвижение с очень малой скоростью может не зафиксироваться, как нарушение контролируемой зоны.

Тепловые охранные устройства имеют две основные модификации:

• Объёмный датчик
• Поверхностный датчик.

Модификация определяется конфигурацией зоны обнаружения. Эта зона у объёмного датчика по вертикали и горизонтали имеет форму лепестка, который расширяется на протяжении 10-15 метров от датчика. Поверхностный датчик (штора) образует узкую по горизонтали и широкую по вертикали зону захвата. Датчики, использующие регистрацию теплового излучения от объекта, называются пассивными датчиками.

Примером объёмного датчика может служить охранный извещатель «Фотон-9» (ИО409-8) с углом обзора 90 градусов и длиной зоны 10 метров, а датчик «Астра-531» работает по принципу «штора».

Активные датчики состоят из источника инфракрасного излучения и приёмного устройства, между которыми находится блокируемая зона. Пересечение нарушителем невидимого луча фиксируется приёмником. Такие устройства применяются для охраны периметра. Обычно излучающая система выдаёт несколько параллельных лучей, которые невозможно пересечь незаметно.

Ультразвуковой датчик движения

Схема работы ультразвукового датчика движения основана на принципе звуковой локации. Основу такого датчика составляет звуковой генератор, вырабатывающий колебания с частотой порядка 25-40 КГц. Эти колебания не слышны человеческим ухом, но, как любые звуковые волны, отражаются от препятствия и возвращаются обратно к источнику. Датчик движения имеет излучатель колебаний и микрофон, который воспринимает отражённый сигнал. В соответствии с эффектом Доплера любое движущееся тело пересекающее поток излучения изменяет интерференционную картину. Поэтому частота отражённого сигнала будет немного отличаться от излучаемой частоты.

Если в тепловом датчике происходит сравнение разности напряжений, то в ультразвуковом сравнивается разность частот. В результате, после обработки сигнала, включается реле тревоги. В качестве излучателя и приёмника используются элементы из пьезокерамики. Для повышения помехоустойчивости в схеме устройства применяются активные полосовые фильтры. Ультразвуковой датчик «Астра-642» образует объёмную зону обнаружения всего помещения протяжённостью 10 метров.

Радиоволновый датчик движения

Этот тип охранного извещателя, как и ультразвуковой датчик работает на эффекте Доплера и в компараторе происходит сравнение двух частот – излучаемой и отражённой. Вместо звуковой частоты микрочип охранного датчика генерирует СВЧ излучение с частотой 5,0-12 ГГц. Генератор реализован на диоде Ганна, а передающая и приёмная антенны представляют собой микрополосковые линии. Радиоволновый датчик движения работает как локатор и при необходимости может определять не только появление движущегося объекта, но и расстояние до него.

Ограничение на использование СВЧ датчиков движения накладывает негативное воздействие микроволнового излучения на живые организмы, поэтому мощность передатчика выбирается минимальной. Радиоволновый датчик «Аргус-2» (ИО407-5/4) обеспечивает зону обнаружения 16 Х 8 метров или 90 м 2 при использовании четырёх частотных диапазонов (литер).

Комбинированные датчики движения

Одним из существенных недостатков микроволновых датчиков является то, что СВЧ излучение свободно проникает через лёгкие строительные конструкции. Срабатывание устройства может произойти от помехи, находящейся в соседнем помещении. Чтобы этого избежать в охранных системах применяются комбинированные извещатели. Такая конструкция представляет собой два датчика, работающих на общий контроллер, то есть они включаются по схеме «И».

Обычно в одно устройство объединяются инфракрасный и радиоволновый датчик. Эта схема отличается высокой помехоустойчивостью, надёжностью и отсутствием ложных срабатываний. Комбинированный датчик движения «Сокол-3» (ИО414-3) совмещает в себе инфракрасный и радиоволновый датчики движения. Он устанавливается на потолке и формирует зону обнаружения типа «Шатёр» диаметром до 10 метров.

Датчики движения для сигнализации: виды и модели, принцип работы, установка

Системы комплексной сигнализации в современных исполнениях редко обходятся без применения сенсорных элементов. В зависимости от вида детекторы позволяют обнаруживать сторонних лиц в охраняемой зоне, отслеживать утечки газа и воды, фиксировать факты открытия дверей и разбития окон. Наиболее популярны датчики движения для сигнализации, которых может быть несколько на объект. Именно они позволяют выявлять присутствие злоумышленников в охватываемой зоне, поэтому их также называют детекторами присутствия. При этом исполнение таких датчиков может быть разным – они различаются и по рабочим характеристикам, и по принципу действия.

Датчик присутствия в системе сигнализации

Чувствительный элемент датчиков такого типа выполняет одну задачу – фиксирует любые движения, которые выполняются в зоне его действия. К слову, аналогичные модели детекторов используются в системах освещения. Например, когда пользователь входит в помещение, сенсор посылает сигнал на управляющий контроллер, от которого затем направляется ответная команда светильнику на включение.

В сигнализациях алгоритм ответного действия системы в целом немного другой. Датчик также фиксирует движения объекта, после чего полученный сигнал отправляет на пульт управления. Далее после обработки система посылает соответствующие сигналы владельцу дома или охранной службе. В такой инфраструктуре работает датчик движения для GSM-сигнализации, контроллер которой может посылать команды по каналу сотовой связи на SIM-карты. Это наиболее популярный способ коммуникации для подобных систем. Важной особенностью датчиков, предназначенных именно для охраны, является повышенная точность фиксации и чувствительность. Эти параметры важны по причине крайней нежелательности регистрации ложных сигналов, которые являются слабым местом детекторов присутствия.

Разновидности датчиков

Сенсоры движения различаются по конструкционному исполнению, способу передачи данных и принципу работы. Что касается конструкции, то они могут быть модульными и моноблочными. Устройства первого типа представляют собой корпусную основу, в которую могут интегрироваться отдельные чувствительные элементы. Это удобно с точки зрения монтажа: один раз вмонтировав в рабочей точке корпусный блок, в дальнейшем можно не думать об изменении направленности действия датчиков. Достаточно произвести замену чувствительного сегмента — и система будет полностью переориентирована.

Моноблочные устройства отличаются небольшими размерами и монтируются один раз без возможности замены чувствительной начинки. По способу передачи данных можно выделить беспроводной датчик движения для сигнализации и традиционные модели, которые подключаются через кабель. Более популярны беспроводные детекторы, поскольку требуют минимум усилий в монтаже и органично вводятся практически во все современные комплексы охраны.

Проводные модели имеют преимущество в виде надежности энергоснабжения и коммуникационной стабильности – их невозможно вывести из строя сторонними глушилками радиосигнала, например. Но при этом кабельная проводка не только требует выполнения объемных монтажных работ, но и в случае отсутствия должной маскировки может обнаружить себя перед злоумышленником. По принципу работы можно выделить ультразвуковые, инфракрасные и электромагнитные датчики. Их стоит рассмотреть отдельно.

Ультразвуковые датчики движения для сигнализации

До недавнего времени стандартом считались ультразвуковые модели. Они работают по принципу отражения звуковых волн, в постоянном режиме генерируя акустические поля на частотах 20-60 кГц. К достоинствам таких устройств относят ценовую доступность, универсальность с точки зрения характеристик объекта обнаружения, терпимость к температурным колебаниям. Но есть и недостатки, которыми грешит ультразвуковой принцип работы датчика движения, это слабая чувствительность и дискомфорт для животных, которые, в отличие от человека, могут улавливать частоты постоянно работающего поля.

Как работают электромагнитные датчики?

В целом принцип действия тот же, только датчик генерирует не ультразвуковое, а электромагнитное поле, и путем регистрации сигналов отражения выявляет факт присутствия стороннего объекта. Как правило, частота находится на уровне 5,8 ГГц. Среди плюсов, которыми обладают микроволновые датчики движения для сигнализации, отмечается независимость от температуры и влажности в охранной зоне, компактные размеры чувствительного элемента и способность фиксировать токопроводящие объекты даже за тонкими стенами и перегородками. Однако эти же плюсы в виде расширенного поля действия в итоге переходят и в недостаток, который выразится наибольшим коэффициентом ложных срабатываний среди всех типов детекторов присутствия. Кроме того, само излучение электромагнитных волн небезопасно для человека.

Как работает инфракрасный датчик движения?

Это наиболее современный принцип работы сенсоров для сигнализации. Он основывается на тепловом излучении и фиксации уже оптического отражения от целевого объекта. Поэтому можно говорить о комбинированной начинке сенсоров. Данный принцип работы датчика движения будет понятнее, если для начала обратиться к традиционным ИК-радиаторам. Они, в отличие от других обогревателей, нагревают не воздух, а предметы в помещении. В свою очередь, детекторы такого типа тоже излучают теплые волны, но в качестве обратного сигнала встроенными линзами фиксируют световое ИК-излучение.

Чем же выгодно использование таких датчиков? В отличие от предыдущих рассеивателей волн они полностью безвредны для людей и животных, обеспечивают высокую точность обнаружения и позволяют выполнять широкие настройки чувствительности. В то же время инфракрасный датчик движения может нестабильно работать в помещениях с другими источниками теплого излучения, что ограничивает сферы его применения.

Как устанавливаются датчики присутствия?

Обычно монтажные работы производятся с помощью комплектной фурнитуры. Производители дополняют комплекты крепежными приспособлениями, метизами и держателями. Для установки достаточно выполнить несколько отверстий в месте фиксации и произвести крепление шурупами или саморезами. В редких случаях датчики движения для сигнализации крепятся клеевым раствором или, что еще реже, самоклеящимися лентами. В основном это относится к легким электромагнитным устройствам и только в случаях временного использования датчика.

Лучшие модели датчиков

В бюджетном сегменте моделей начального уровня могут заинтересовать предложения от фирмы «Сибирский Арсенал». В частности, модель «Рапид» с дальностью действия 18 м способна обнаруживать объекты, передвигающиеся на скорости 0,3-3 м/сек. Стоимость этого решения составляет всего 400 руб.

Для более взыскательного потребителя можно рекомендовать вариант из среднего класса – «Фотон-16». Это инфракрасный извещатель стоимостью 800 руб. с небольшим полем охвата в 12 м, но при этом обладающий специальным каналом антимаскирования, сферической линзой для высокоточной обработки сигнала и повышенной стойкостью к повреждениям.

Если планируется многофункциональная сигнализация для дома с датчиком движения премиального класса, то можно обратить внимание на устройство HD77 от фирмы Paradox. Это предложение оценивается в 17-18 тыс. руб., но такая сумма оправдывается тем, что датчик кроме основной функции также осуществляет съемку с интегрированной HD-камеры, по «картинке» которой также может быть настроен режим фиксации нежелательного присутствия.

Заключение

В выборе подходящего сенсора важно принимать во внимание факторы внешнего действия и условия эксплуатации охранной системы. Например, сигнализация для дачи с датчиком движения с большей вероятностью будет ориентироваться на широкое поле охвата, физическую надежность компонентов и автономность энергообеспечения. Поэтому выбирать нужно будет из детекторов проводного типа, которые будут обладать высоким классом защищенности – не менее IP54. Для городской квартиры можно смело приобретать компактную беспроводную модель ИК-датчика. Но в этом случае важно заранее рассчитать и риски ложных срабатываний, соответствующим образом настроив степень чувствительности сенсора.