Принципы работы инфракрасных датчиков

Использование электронных устройств регистрирующих изменения каких-либо физических параметров, позволяет в автоматическом режиме контролировать работу многих приборов и механизмов. Инфракрасные датчики применяются именно для этих целей, но с появлением «умных» устройств, сфера применения изделий значительно расширилась.

Инфракрасный датчик

В этой статье будет подробно рассмотрен принцип работы сенсора, реагирующего на ИК-излучение, а также приборов, в которые устанавливаются изделия этого типа.

Что представляет собой ИК-датчик

Ик датчики — это устройства, способные реагировать на фоновое инфракрасное излучение. Прибор регистрирует любое тепловое излучение. Это значит, что сработать такое устройство может не только при нахождении в зоне действия датчика теплокровных животных или человека, но и даже на перемещающийся неодушевлённый предмет.

Инфракрасный тепловой датчик может использоваться в различных условиях. Если эксплуатация осуществляется в местах, где устройство может подвергнуться физическому воздействию, то его изготавливают в защищённом корпусе. В различных гаджетах, например в смартфонах, ИК-детектор размещается на передней панели, чтобы обеспечить возможность реагирования сенсора на движение рук владельца телефона.

Принцип работы ИК датчика

Инфракрасные датчики могут иметь различную конструкцию, а принцип работы таких устройств может отличаться в зависимости от способа регистрации инфракрасного излучения. В такие приборы могут устанавливаться активные или пассивные ИК-элементы, а также комбинация этих двух типов детекторов ИК-излучения.

Активные

Работа активных датчиков похожа на систему радарного обнаружения самолётов, но только в инфракрасном диапазоне. Система этого типа состоит из двух основных элементов: генератора и приёмника ик-излучения.  Первый элемент излучает сигнал в инфракрасном диапазоне, а второй — обрабатывает отражённый сигнал.

Активные

Если в зоне действия системы этого типа появляется какое-либо движение, то происходит доплеровский сдвиг частоты, на который и реагирует приёмник сигнала. Благодаря высокой степени чувствительности таких сенсоров они получили большее распространение, но по этой же причине такие устройства часто срабатывают ложно, например, при качании ветвей деревьев во время сильного ветра.

Пассивные

Пассивные устройства состоят только из приёмников сигнала. Излучателя в таких приборах нет, но благодаря высокой чувствительности сенсоров и применению линзы Френаля, удаётся добиться высоких результатов по обнаружению инфракрасного излучения, как в помещениях, так и на открытых площадках. Оптическая система разбивает детектируемое пространство на большое количество отдельных частей, что позволяет электронной системе сопоставлять уровень ИК излучения, исходящего из разных точек пространства. При обнаружении значительных расхождений в уровне излучения прибор срабатывает, и сигнал о наличии движения передаётся в систему звукового оповещения.

Пассивные датчики

В качестве сенсора в пассивных устройствах используются пироэлектрические преобразователи. В приборе применяется чётное количество полупроводниковых элементов. Это необходимо, чтобы разделить между собой сигнал, поступающий от различных секторов линзы.

Комбинированные

В комбинированных инфракрасных системах применяются одновременно активный и пассивный датчики. Таким образом значительно снижается количество ложных срабатываний, ведь для включения электрического света, сирены сигнализации или других устройств необходимо получить «добро» от обоих сенсоров.

Комбинированные инфракрасные детекторы не лишены недостатков. Если по тем или иным причинам, какой либо датчик не сработает при наличии движения в зоне действия устройства, то подобные действия не приведут к срабатыванию охранной или пожарной системы.

Применение в охранных и пожарных сигнализациях

Наиболее часто инфракрасные датчики применяются в охранных системах. Наличие движения легко определяется как пассивными, так и активными устройствами. Сигнализации этого типа являются достаточно надёжными, что позволяет оперативно передавать информацию о возможном нарушении периметра на звуковое устройство или на пульт охраны. Аналогичным образом действуют приборы, установленные перед раздвижными дверьми супермаркетов. При выявлении движения детектор включает электрическое реле привода электродвигателя.

Раздвижная дверь

Способность эффективно регистрировать инфракрасное излучение является незаменимым в противопожарных системах. При обнаружении открытого огня или значительного нагрева, такая система также начинает подавать тревожный сигнал либо включает автоматическую установку пожаротушения. Противопожарные ИК-устройства широко используются в заводских залах, на объектах, где хранятся взрывоопасные и легковозгораемые вещества.

Противопожарные устройства этого типа имеют серьёзные недостатки. Ложное срабатывание датчика может произойти в результате воздействия прямых или отражённых солнечных лучей, а также тепловых приборов. По этой причине инфракрасные детекторы пламени часто объединяются в системы, в которых используются иные принципы обнаружения возгораний.

Противопожарные устройства

Как известно, не бывает дыма без огня. По этой причине, установить факт возгорания можно с помощью миниатюрные инфракрасных устройств, с помощью которых регистрируется наличие газообразных продуктов горения. Приборы этого типа также имеют излучатель и приёмник ИК-излучения, но только в этом случае они располагаются напротив. Дым, проходя через инфракрасный луч, отражает большую часть сигнала. Приёмник, в свою очередь, регистрируют «недостачу» и включает электрическую цепь звукового устройства или системы пожаротушения.

Применение ИК-датчиков в быту и на производстве

В современных приборах и на производственных установках инфракрасные датчики используются для дистанционного управления, передачи информации, измерения расстояния, скорости и температуры.

Для регулировки температуры

При организации многих технологических процессов важно поддерживать температуру в заданных пределах. Механические устройства имеют значительные погрешности, поэтому если необходимо регулировать нагрев или охлаждение веществ с точностью до 0.1˚С, применяются специальные инфракрасные устройства. Такие приборы, объединённые в электрическую цепь с микропроцессорной платой, могут изменять температурный режим в автоматическом режиме.

Основное достоинство таких устройств заключается в возможности дистанционного измерения тепловых показателей. Например, при выплавке стали благодаря использованию инфракрасных пирометров можно точно определить температуру без непосредственного контакта с жидким металлом.

Температурные инфракрасные датчики

Температурные инфракрасные датчики могут быть выполнены в виде портативного устройства. Благодаря наличию низкого уровня искажения, такие изделия используются, в том числе, в качестве медицинских приборов для моментального определения температуры тела человека.

Инфракрасные ПДУ

Принцип работы пульта дистанционного управления также основан на инфракрасном излучении. На передающем сигнал устройстве устанавливается передатчик, который, при нажимании какой-либо кнопки, посылает зашифрованный сигнал на приёмник. Принявшее сигнал устройство обрабатывает полученную информацию и выполняет необходимое действие.

Инфракрасный ПДУ

В современных устройствах принимающий сигнал от ПДУ датчик представляет собой объединённый в одном корпусе чувствительный элемент и усилитель. Таким образом экономится место на печатной плате, а также решается проблема, при необходимости, быстрой замены приёмного устройства.

Инфракрасные датчики в системах дистанционного управления позволяют организовать эффективный способ передачи информации на небольшом расстоянии. Среди основных плюсов такого способа можно назвать высокие показатели помехоустойчивости. Направленность системы в одну сторону является её серьёзным недостатком, но, при необходимости, можно увеличить угол эффективного использования ПДУ с помощью отражения от зеркальных поверхностей.

Датчик расстояния

Излучая и улавливая инфракрасный луч можно достаточно точно измерить расстояние от датчика к неподвижному объекту. Специальные устройства, выполняющие такую функцию состоят из ИК-светодиода и принимающего отражённое излучение сенсора.

Датчик расстояния

Чувствительный элемент генерирует электрическое напряжение, величина которого зависит от угла падения отражённого инфракрасного луча. Эта зависимость, при измерении расстояния в определённых значениях, линейна. При удалении ИК-приёмника от объекта, напряжение уменьшается. Процессор обрабатывает сигнал от приёмника и выводит на дисплей значение расстояния либо активирует какую-либо электрическую систему.

Приобрести инфракрасные датчики  можно в Москве, а также на Алиэкспресс либо других аналогичных торговых площадках.

Счётчик оборотов двигателя

Во многих системах оборудованных двигателями возникает необходимость вести подсчёт оборотов вращения подвижных частей силовых агрегатов. Механические устройства для этой цели уже давно не используются по причине отсутствия устойчивости к износу.

Инфракрасные датчики являются отличной заменой таким приборам.

Принцип работы бесконтактного устройства подсчёта оборотов очень прост:

  • Инфракрасный луч направляется на вращающееся колесо, в котором имеется прорезь.
  • После совершения полного оборота луч свободно проходит через отверстие и регистрируется приёмником.
  • Процессор осуществляет подсчёт частоты электрических импульсов и выводит значение на цифровой дисплей.

Счётчик оборотов двигателя

Если по каким либо причинам такую конструкцию инфракрасного подсчёта частоты вращения невозможно реализовать на практике, то на валу размещают светоотражающий материал, который будет возвращать ИК-луч после каждого полного оборота.

Подключение датчика

Если монтаж инфракрасного датчика осуществляется своими руками, то прежде чем организовать подключение, необходимо ознакомиться с основными правилами установки таких устройств. Наиболее часто такие устройства устанавливаются самостоятельно для автоматического включения света в комнате либо для автоматического запуска уличных светильников, работающих от солнечных батарей.

Работа датчика

Работа по подключению ИК датчика выполняется в такой последовательности:

  • Правильно подобрать место для установки. Чувствительный элемент лучше регистрирует движения, осуществляемые поперёк контролируемой области. Высота монтажа зависит от модели датчика (2.5–4.0 м).
  • Отключить электричество в доме и подвести провода от щитка или распределительной коробки к месту подсоединения датчика.
  • Снять защитную пластиковую оболочку детектора.
  • Подключить проводники к устройству согласно схеме указанной в инструкции или на самом приборе.
  • Установить датчик на заранее подготовленное место, используя встроенный пружинный фиксатор.
  • Проверить и настроить инфракрасный выключатель.

Большая часть производимых датчиков имеет встроенные элементы регулировки времени свечения лампы и порога срабатывания. На плате переменные резисторы обозначаются соответственно TIME и LUXE.

Чувствительность устройства следует настроить в первую очередь. Для этой цели необходимо установить регулировку времени свечения лампы на минимальное значение. Затем, вращением регулятора чувствительности в различные положения, подобрать наиболее подходящий режим работы осветительного прибора.

Когда чувствительность датчика будет настроена, следует установить реле времени на наиболее подходящий промежуток работы осветительного прибора.

Установку сигнализаций и пожарного оборудования следует доверить квалифицированным специалистам. Ошибки в монтаже таких устройств могут обойтись значительно дороже стоимости услуг профессионального монтажника.

Вывод

Инфракрасные датчики являются недорогими, надёжными устройствами, с помощью которых можно сделать свою жизнь более безопасной и комфортной. Покупка таких изделий в проверенных местах и правильный монтаж оборудования позволят прослужить системам этого типа в течение многих лет без необходимости проведения ремонта и замены основных компонентов.

Видео по теме

Ссылка на основную публикацию