Устройства, которые определяют наличие перемещений в своей зоне действия, называют датчиками движения. Их чаще всего используют для создания охранных сигнализаций и систем. Самым распространённым из таких приборов является ИК-датчик движения. Он реагирует на невидимые человеческому глазу инфракрасные волны и, сравнивая их уровень с фоновым, подаёт сигнал о появлении их источника — например, человека.
Принцип действия
Каждый объект, излучающий тепло, вырабатывает инфракрасное излучение. В фиксировании этого процесса заключается принцип работы датчика движения. Он сравнивает уровень излучения на конкретном участке с фоновым и при достижении определённой разницы между ними подаёт сигнал соединённой с ним аппаратуре, будь то выключатель лампы или сигнализация.
Важной деталью в этом процессе является правильный диапазон чувствительности устройства. Если он слишком высокий, то датчик может срабатывать ложно — например, на тёплый воздух. Если же показатель ниже, чем нужно, то прибор не среагирует даже тогда, когда в поле его действия появится человек.
Устройство прибора
Простейший ИК-датчик состоит из двух небольших линз Френеля — сложных составных конструкций из множества призматических фасеток, образующих выпуклую чашу. Они собирают информацию о тепловых волнах с конкретного участка и передают её подсоединённым к ним чувствительным сенсорам. Обычно полученные обеими линзами данные примерно одинаковы — это значит, что движения нет. Если же между ними появляется существенная разница, то в «поле зрения» детектора появился человек или другой объект, излучающий большое количество тепла.
На деле устройство с двумя линзами будет непрактичным из-за слишком низкой чувствительности. В современных моделях датчиков их установлено по несколько десятков — от 20 до 60.
Точные схемы детекторов движения отличаются у разных производителей, но их примерное устройство похоже. Прибор состоит из следующих элементов:
- Оптическая система. Включает в себя множество линз, которые в зависимости от модели устройства могут быть разных форм и размеров, необходимых для покрытия нужного участка пространства. Отделена от прочих элементов системы герметической камерой, чтобы избежать воздействия вырабатываемого ими тепла. Может контролировать одну или несколько плоскостей пространства, а также делать это вкруговую или по лучу.
Сенсор. Чаще всего им является пироэлектрический элемент, но иногда встречаются модели с термопарами, микроболометрами и полупроводниками. Регистрирует показания, полученные от оптической системы, и при возникновении в них неоднородности подаёт сигнал необходимому прибору.- Блок обработки сигнала. Анализирует длину, амплитуду и форму помех в инфракрасном излучения, чтобы предотвратить ложные срабатывания. Их могут вызвать такие факторы, как солнечный свет, вибрация, электромагнитные волны, движения животных, тепло бытовых приборов или электроники и даже перемещение потоков воздуха. Более простые блоки обработки всего лишь «отсеивают» слишком слабые сигналы, в то время как сложные версии устройств анализируют длительность и частоту неоднородностей и на их основании определяют, помехи это или нет.
Стоит отметить, что всё, в чём заключается принцип действия датчика движения — это получение информации о наличии в его зоне действия человека. Поэтому он почти никогда не используется без подключения к другим устройствам, которые эту информацию используют. Ими могут быть такие приборы:
сигнализация, включающая тревогу;- охранные системы, отправляющие уведомление владельцу датчика и службе безопасности;
- лампы, подсветка бассейна и прочие осветительные приборы, которые включаются или выключаются в зависимости от наличия в их зоне действия людей;
- климатическая техника, изменяющая свои параметры по такому же принципу.
Чаще всего продаются ИК датчики тоже не самостоятельно, а в комплекте с охранными системами или другой техникой.
Но бывают и исключения — тогда подключать и настраивать устройства придётся самостоятельно. Пользователю для этого будет предоставлен доступ к личному кабинету на сайте и в мобильном приложении, откуда он сможет задать параметры взаимодействия приборов.
Плюсы и минусы
Детекторы движения, которые реагируют на инфракрасное излучение, конкурируют с ультразвуковыми, микроволновыми и комбинированными датчиками. У каждого из них имеются свои плюсы и минусы, позволяющие каждому типу оставаться на рынке. Среди преимуществ ИК датчиков можно выделить такие их особенности:
Абсолютная безопасность для здоровья. Устройство не генерирует никаких волн, а только принимает их от окружающих объектов и анализирует. Это выгодно выделяет его на фоне приборов, которые подвергают помещение пусть и небольшому, но постоянному воздействию ультразвука (он безопасен для человека, но может вызвать дискомфорт или даже серьёзные проблемы со здоровьем у домашних животных) или СВЧ-излучения.- Возможность точной настройки расстояния и угла, под которым должен находиться движущийся объект для подачи сигнала.
- Возможность работы на улице. Датчик реагирует только на объекты, создающие разницу температур.
Есть у него и существенные недостатки. К ним можно отнести такие свойства:
- Высокая вероятность ложных срабатываний от безобидных воздействий.
- Зависимость от окружающей среды. Датчик не может эффективно работать при слишком высокой или низкой температуре — выше +50 °C или ниже -35 °C.
- Возможность обмануть детектор. Если перед ним двигаться очень медленно, то прибор может посчитать возникшие от этого колебания в инфракрасном излучении помехами. Кроме того, датчик не видит объекты, покрытые не пропускающими ИК-излучения материалами или обладающие отличной теплоизоляцией и сливающиеся с температурным фоном.
При всех этих плюсах и минусах он относится к средней ценовой категории — дешевле, чем СВЧ-детекторы, но дороже ультразвуковых.
Иногда ИК датчик совмещается с ними в комбинированные устройства, чтобы разные типы улавливателей излучения могли покрыть недостатки и слабые места друг друга.
Сферы использования
Среди всех этих видов датчиков именно инфракрасные наиболее распространены — и судя по аналитике, их рынок будет только расти. Устройства довольно часто встречаются в повседневной жизни и используются в следующих сферах деятельности:
- производство электроники, в том числе сенсорных телефонов и планшетов, игровых консолей и умных часов;
- установка систем автоматического открывания дверей в домах и общественных зданиях;
автомобилестроение — датчики входят в конструкции подушек безопасности, систем для облегчения маневрирования при парковке и автомобилей с системами автоматического управления;- здравоохранение;
- оборонное производство;
- строительство самолётов.
Но наибольшая их доля приходится на системы безопасности различного рода и контроль за системами умного дома.
Охрана помещений
Установка ИК детектора движения — очень распространённый способ узнать о проникновении нарушителей в жилой дом или на любую другую территорию. Для этого его подключают к охранным системам, которые помогут предотвратить дальнейший ущерб и оповестить о нарушении границ собственности не только её владельца, но и правоохранительные органы, охрану и службы безопасности.
В зависимости от настроек охранная система может послать владельцу СМС, электронное письмо, уведомление или даже позвонить при получении сигнала от прибора. Кроме того, ею могут быть активированы дополнительные защитные механизмы: включение сигнализации или оповещателя, закрытие автодверей и блокировка замков, выключение света или полное обесточивание помещения.
Эффективность такой охраны во многом зависит от правильности размещения инфракрасного сенсора на охраняемом периметре. Помимо покрытия всей территории, он должен располагаться на определённой высоте и под правильным углом, чтобы минимизировать шансы злоумышленника слиться с тепловым фоном. При установке также учитывается наличие козырьков, оконных и дверных рам, украшений — всё это может оказать воздействие на сенсор при его неправильном монтаже.
Кроме того, для охранных датчиков очень важно наличие антисаботажной системы, которая активирует сигнал и оповещает владельца, если кто-то попытался сломать устройство или оказать воздействие на его радиус обзора.
Системы «умного дома»
Помимо использования в охранной сфере, инфракрасные датчики движения широко применяются для автоматизации освещения и регуляции температуры в жилых домах, офисах и прочих помещениях, где часто бывают люди. Они получают информацию об изменении внешней среды — например, о появлении в зоне действия датчика излучения, вызванного теплом человеческого тела — и передают её другим устройствам, которыми могут быть лампы, кондиционеры, системы для открытия дверей и прочие полезные в быту устройства. Они реагируют на сигнал и изменяют свои параметры соответствующим образом.
По подсчётам зарубежной компании исследования рынка Markets and Markets, которые были проведены в 2015 году, автоматизация техники с помощью датчиков снижает траты на освещение на 60—70%, а общий расход электроэнергии — на 40%.
В зависимости от типа отслеживающего устройства, его возможности фиксировать длительное присутствие и реагировать на движения, оно может как просто контролировать включение-выключение света, так и регулировать его яркость, цвет, мощность и прочие параметры. Инфракрасный датчик движения в таких системах часто совмещают с другими типами отслеживающих устройств, например, с детектором света. Такая комбинация позволяет поддерживать в определённом помещении один и тот же уровень освещённости в любое время суток, когда там кто-то находится.
Регуляция температуры работает похожим образом. ИК датчик улавливает присутствие или отсутствие людей в помещении и передаёт технике соответствующие сигналы: включиться, выключиться или изменить настройки. Например, он может дать обогревателю или тёплому полу команду повысить мощность или включить кондиционер, если кто-то вошёл в слишком холодное или тёплое помещение.
В комплексах для автоматической регуляции климата, помимо детекторов ИК излучения, почти всегда присутствуют датчики температуры и другие механизмы, дополняющие друг друга для достижения лучших результатов.
Критерии выбора
Чтобы правильно выбрать инфракрасный датчик движения, необходимо сначала определить цель, для которой он будет использоваться. Для дома можно выбрать прибор с меньшим диапазоном рабочих температур, но с большим углом обзора. Для улицы устройство должно обладать определённым классом защиты — 55 или 65 — и быть защищённым от воздействия ветра, дождя и прочих факторов окружающей среды. Кроме того, стоит обратить внимание на следующие параметры:
угол и дальность обнаружения неоднородностей в тепловом фоне;- точность и удобство настройки параметров включения и выключения, например, промежуток времени срабатывания и порог чувствительности;
- потребление электричества, наличие энергосберегающей функции;
- сфера деятельности, под которую приспособлен датчик;
- эффективность как охранного устройства.
Немаловажную роль в выборе датчика движения играет и его финансовая доступность для покупателя. Однако стоит отметить, что в случае с этим прибором самый дорогой вариант всегда является лучшим: например, оснащённый зеркальной оптикой детектор с огромным радиусом действия будет не нужен при установке умного освещения в небольшой ванной, а сверхчувствительный датчик будет лишним на улице, где животные и машины будут провоцировать ложные срабатывания.
