Budowa i działanie czujników ruchu

Czujnik ruchu (sensor, detektor) to urządzenie, które bezdotykowo wykrywa obecność poruszających się obiektów w obszarze detekcji. Większość z tych czujników nie reaguje na ruch, ale na pojawienie się nowych obiektów. Nazwa ta jest jednak dobrze ugruntowana i powszechnie używana.

Obszary zastosowań

Czujniki ruchu są wykorzystywane w wielu różnych zastosowaniach automatyki. W każdym obszarze preferowana jest inna odmiana czujnika.

Systemy bezpieczeństwa

Najbardziej logicznym zastosowaniem czujników ruchu jest systemy zabezpieczeń obiektów. Czujnik może wykryć wtargnięcie do chronionego obszaru lub pomieszczenia i uruchomić alarm lub włączyć dodatkowe urządzenia.

Nad kamerą monitorującą często umieszcza się reflektor z czujnikiem ruchu.

Włączanie oświetlenia rezerwowego

W miejscach, w których ludzie nie przebywają regularnie, czujniki te mogą również przynieść znaczne oszczędności energii. Obszary te obejmują wejścia do budynków mieszkalnych i przemysłowych, magazynów i innych miejsc. Światła w tych pomieszczeniach muszą być włączane tylko wtedy, gdy przebywają w nich mieszkańcy lub personel. Gdy czujnik wykryje ruch, generuje sygnał uruchamiający światła.

Systemy inteligentnego domu

W systemach inteligentnego domu można znaleźć znacznie szerszy zakres zastosowań czujników niż tylko sterowanie oświetleniem. Sygnał z czujnika może kontrola ogrzewanie, wentylacja, klimatyzacja i inne systemy inżynieryjne. Tryb pracy zmienia się w zależności od obecności osób w monitorowanym obszarze.

Czujnik ruchu i mechanizm otwierania drzwi z Aliexpress (system inteligentnego domu).

Rodzaje czujników i technologia ich pracy

Czujniki ruchu są zbudowane w oparciu o różne zasady. Każdy typ czujnika ruchu ma swoje wady i zalety, które decydują o zakresie stosowania urządzeń.

Czujniki podczerwieni

Najbardziej powszechne są czujniki wykrywające promieniowanie podczerwone. Są to czujniki pasywne - monitorowana przestrzeń nie jest "oświetlana" przez odpowiedni sygnał. W najprostszym przypadku składają się one z dwóch soczewek skupiających promieniowanie świetlne (promieniowanie podczerwone ma właściwości światła, ale jest niewidoczne gołym okiem) z dwóch obszarów monitorowanego obszaru. Soczewki są skierowane tak, aby strefy nie zachodziły na siebie. W normalnych warunkach pracy otrzymują one promieniowanie o tym samym natężeniu. Jeśli w jednej ze stref pojawi się człowiek lub inna istota ciepłokrwista, poziom promieniowania wzrasta, co jest "widziane" przez jeden z czujników - w którego strefie znajduje się obiekt. Obwód porównawczy widzi różnicę w natężeniu światła. Po osiągnięciu określonego poziomu generowany jest alarm.

Obraz osoby w widmie podczerwieni.

W praktyce dwie strefy nie wystarczają do uzyskania niezawodnej odporności na zakłócenia, a sektor widzenia jest dzielony na dużą liczbę podsektorów przy użyciu wielu soczewek. Czujnik jest w rzeczywistości detektorem obecności - wykryje obecność osoby, nawet jeśli jest ona nieruchoma. Za wadę tego urządzenia uważa się skłonność do fałszywych alarmów spowodowanych zakłóceniami termicznymi (strumienie gorącego powietrza, lokalne nagrzewanie spowodowane zmianami oświetlenia itp.)

Czujki ultradźwiękowe

Zasada działania tego czujnika ruchu na podstawie zjawiska echolokacji. Nadajnik generuje fale dźwiękowe, które są niesłyszalne dla ludzi. Po serii transmisji czujka przełącza się w tryb odbioru. Jeśli w polu widzenia nie ma ruchomych obiektów, sygnał ultradźwiękowy odbity i zwrócony do czujnika będzie miał taką samą częstotliwość jak sygnał emitowany. Jeśli sygnał jest odbijany przez poruszający się obiekt, częstotliwość powracających ultradźwięków będzie inna (efekt Dopplera). Układ analizuje parametry i w przypadku wykrycia ruchu generuje alarm. Taki czujnik jest bardziej odporny na zakłócenia, ponieważ reaguje tylko na poruszające się obiekty, niezależnie od ich charakteru i temperatury. Nie jest jednak w stanie wykryć wolno poruszających się obiektów - nie zmienią one częstotliwości w wymaganym zakresie.

Ilustracją efektu Dopplera jest zmiana częstotliwości, gdy obiekt się porusza.

Czujniki o częstotliwości radiowej

Ten typ czujnika również działa na zasadzie lokalizatora, ale wykorzystuje częstotliwości radiowe. Emitowany sygnał musi mieć wystarczająco wysoką częstotliwość, aby można było wykryć małe obiekty. Efekt Dopplera nie jest wykorzystywany w tym środowisku - obiekty muszą poruszać się z prędkością światła, aby uzyskać wystarczające przemieszczenie. Czujniki wykrywają zatem jedynie zmiany natężenia światła i są w rzeczywistości czujnikami obecności. Czujka ta zostanie uruchomiona, gdy w danym obszarze pojawią się (lub znikną) obiekty odbijające sygnał, niezależnie od tego, czy są one w ruchu, czy nie.

Zaletą jest zdolność sygnału do przenikania przez ściany i przegrody przepuszczające fale radiowe (drewniane, murowane itp.), dzięki czemu można go używać do monitorowania dużych pomieszczeń z kilkoma pokojami. Wadą tego rozwiązania jest wysoki koszt urządzenia oraz brak możliwości wykrywania obiektów, które nie odbijają fal radiowych. Kolejnym ograniczeniem w stosowaniu jest wpływ promieniowania radiowego na organizmy żywe. Poziom sygnału powinien być zminimalizowany.

Detektor mikrofalowy REXANT DDPM 02.

Systemy kombinowane

W jednym czujniku można połączyć dwie lub więcej zasad wykrywania, aby zapewnić niezawodność. W systemach bezpieczeństwa czujnik podczerwieni jest często łączony z detektorem zbicia szyby lub przekaźnikiem akustycznym. Pozwala to niezawodnie wykryć nieuprawnione wejście i uniknąć fałszywych alarmów.

Inną opcją jest połączenie czujnika ruchu i fot. sztafeta. System ten włącza światło w holu wejściowym po wykryciu osoby, ale tylko w nocy. W ciągu dnia fotokomórka wyłącza czujkę, dzięki czemu nie marnuje ona energii w ciągu dnia.

Popularne są również kamery zewnętrzne z czujnikiem ruchu. System zostanie aktywowany tylko wtedy, gdy w polu widzenia pojawi się jakiś obiekt. Ma to dwie zalety:

• nagrywanie tylko wtedy, gdy jest potrzebne, co pozwala zaoszczędzić miejsce na urządzeniu pamięci masowej;
• Przegląd i analiza są łatwiejsze dzięki temu, że nie trzeba przechodzić przez długie okresy bez zdarzenia.

Możliwe są również inne kombinacje czujek. Takie podejście poprawia wydajność systemów wykrywania obiektów.

Czytaj także

Schemat podłączenia czujnika ruchu do naświetlacza LED

 

Opcje wyboru czujnika

Niektóre z cech czujnika ruchu mają zastosowanie do każdego urządzenia zasilanego elektrycznie. Są to: stopień ochrony, napięcie zasilania, wymiary, sposób montażu itp. Istnieją jednak również specyficzne parametry, które posiada tylko ta kategoria detektorów. To właśnie te cechy są najważniejsze do opisania.

Kąt widzenia

Kąt widzenia zależy od konstrukcji czujnika. Czujniki sufitowe mają kąt widzenia 360 stopni i mogą "widzieć" całe pomieszczenie.

Pole widzenia czujnika sufitowego.

Czujniki ścienne z założenia mają mniejszy kąt widzenia, wynoszący od 120 do 180 stopni.

Pole widzenia czujnika ściennego.

Bezpośrednio pod czujnikiem znajduje się strefa niewidzialności. Intruz może podkraść się do czujnika i uszkodzić go, co uniemożliwi działanie systemu wykrywania. Aby tego uniknąć, należy wybrać czujnik z dodatkowym polem widzenia - antysensowny lub antywandalowy.

Zakres wykrywania

Zasięg detekcji zależy od konstrukcji czujnika. Należy jednak pamiętać, że odległość, przy której czujnik może wykryć poruszający się obiekt, zależy od kierunku, w którym się on porusza. Większość czujników jest najbardziej czuła, jeśli ruch jest styczny do okręgu, w środku którego znajduje się czujnik (odległość prostopadła). Najniższa czułość występuje, gdy obiekt porusza się w kierunku czujki (odległość czołowa lub radialna). W pierwszym przypadku zasięg będzie większy. Odwrotnie jest w przypadku urządzeń ultradźwiękowych. Wynika to z różnego stopnia nasilenia efektu Dopplera w różnych kierunkach jazdy. Producenci nie zawsze podają tę różnicę w specyfikacjach, zwłaszcza w przypadku niedrogich urządzeń. Jedną z liczb można znaleźć w specyfikacji - i jest ona zależna od uznania producenta.

Inny kierunek ruchu obiektu.

Miejsce użytkowania

Miejsce, w którym sprzęt może być używany, zależy głównie od stopnia ochrony. Wewnątrz budynków IP może być minimalne. Na zewnątrz czujki muszą być zabezpieczone przed wnikaniem pyłu i wody. Sposób montażu może również wpływać na wybór zastosowania.

Przegląd filmów: Budowa wewnętrzna i przeznaczenie czujnika ruchu Finder.

Funkcje dodatkowe

Aby usprawnić działanie systemu, zwiększyć jego wydajność i uniknąć fałszywych alarmów, czujniki ruchu mogą być wyposażone w dodatkowe funkcje. Wspomnieliśmy już o fotokomórce, która wyłącza system w ciągu dnia, a także o opcjonalnym czujniku strefy podkradania. Nie są to jednak jedyne opcje pomocnicze.

Opóźnienie wyłączenia światła

Czujniki wyposażone w czujnik światła mogą pełnić użyteczną funkcję. Jeśli poruszający się obiekt zniknie z pola widzenia, światła nie są wyłączane natychmiast, lecz z kilkudziesięciosekundowym opóźnieniem. Minimalny pobór mocy jest okupiony wygodą - osoba może opuścić obszar detekcji, ale nie może na stałe opuścić obszaru monitorowanego. Dzięki tej funkcji nie będzie tego robić w ciemności.

Ochrona przed zwierzętami

Małe zwierzęta są często przyczyną nieuprawnionego uruchomienia czujek. Kiedy się pojawiają, włączanie świateł jest niepotrzebne, podobnie jak reakcja strażników. Dlatego niektóre czujniki są z natury niewrażliwe na małe poruszające się obiekty. W czujnikach na podczerwień funkcja ta jest realizowana w postaci ograniczenia minimalnego rozmiaru plamki ciepła.

Porównanie plamki ciepła pochodzącej od człowieka i zwierzęcia w polu dalekim.

Ważne! Jeśli małe zwierzę porusza się w bezpośrednim sąsiedztwie czujnika, kątowy rozmiar plamki ciepła może być wystarczający do wywołania fałszywego alarmu. Dlatego należy ograniczyć dostęp do obszaru wokół czujnika.

Autonomia

W przypadku problemów z zasilaniem detektorów z sieci elektrycznej, dobrym rozwiązaniem jest zastosowanie samodzielnych urządzeń. Samodzielne zasilanie jest możliwe dzięki konwencjonalnym bateriom. W wielu urządzeniach baterie wystarczają na kilka miesięcy. W takim przypadku sensowne jest wybranie czujników z bezprzewodową transmisją sygnału - aby całkowicie pozbyć się kabli.

Bezprzewodowy, autonomiczny czujnik ruchu Motion Sense 02.

Czujki ruchu są urządzeniami uniwersalnymi. Mogą one być wykorzystywane do budowy różnych systemów bezpieczeństwa, ostrzegania i regulacji. Możliwe są również zastosowania niestandardowe - wszystko jest ograniczone jedynie wyobraźnią i pomysłowością inżynierów.