IR детектор на движение. Пасивно инфрачервено сътрудничество. Pyro и намеса

IR сензор за движение

Едно от нововъведенията, дошли в живота ни, обхватът на неговото приложение е широк, затова той престана да бъде „любопитство“ и започна да се прилага навсякъде. Естествено, хората се интересуват от това устройство. Успях да намеря публикацията на автора, който обхвана тази тема много подробно, както се казва, няма да добавя, нито изважда.

Представям на вашето внимание статия от списание "Радиоаматор" на Н.П. Власюк, Град Киев.

Пасивен инфрачервен сензор за движение

Пасивният инфрачервен сензор за движение, захранван от ~ 220 V, се произвежда в комплект с халогенен прожектор и е проектиран като едно устройство. Пасивен се нарича, защото не осветява контролираната зона с инфрачервено излъчване, но използва фоновото си инфрачервено излъчване, поради което е абсолютно безвреден.

Предназначение на IR сензора и практическо приложение

Сензорът е проектиран да включва автоматично товар, например прожектор, когато движещ се обект влезе в контролната му зона и го изключи, след като обектът напусне зоната. Използва се за осветяване на фасадите на къщи, дворове, строителни обекти и др.

Технически данни за пасивен инфрачервен сензор модел 1VY7015

Захранващото напрежение на сензора и цялото устройство е ~ 220 V, консумацията на ток на самия сензор в защитен режим е 0,021 A, което съответства на консумацията на енергия от 4,62 W. Естествено, когато е включена халогенна лампа с мощност 150 или 500 W, консумацията на енергия съответно се увеличава. Максималният радиус на откриване на движещ се обект (пред сензора) е 12 m, зоната на чувствителност в хоризонталната равнина е 120 ... 180 0, регулируемо забавяне на осветлението (след като обектът напусне контролната зона) от 5. .. 10 с до 10 ... 15 минути. Допустимият работен температурен диапазон е -10 ... + 40 ° С. Допустима влажност до 93%.

IR сензорът може да бъде в един от следните режими. „Режим на защита“, при който той „зорко“ следи наблюдаваната зона и е готов да включи изпълнителното реле (зареждане) по всяко време. „Режим на аларма“, при който сензорът включва товара с помощта на изпълнителното реле, тъй като движещ се обект е попаднал в контролираната му зона. „Режим на заспиване“, при който сензорът, включен (под напрежение), през деня, не реагира на външни стимули и с настъпването на здрач (тъмнина) автоматично преминава в „Режим на защита“. Този режим е осигурен, за да не се включва осветлението през деня. След подаване на захранване, детекторът стартира от "Алармен режим" и след това преминава към "Режим на защита".

Тези сензори също се продават отделно. Те се използват много по -широко от комплект (прожектор със сензор) и според режима на захранване могат да бъдат проектирани за напрежение ~ 220 V или = 12 V.

Как работи пасивен инфрачервен сензор

Инфрачервеното фоново излъчване на наблюдаваната зона се фокусира с помощта на предното стъкло (леща) върху фототранзистор, който е чувствителен към инфрачервените лъчи. Ниското напрежение, идващо от него, се усилва с помощта на операционни усилватели (ОА) на микросхемата, включена в сензорната верига. При нормални условия електромеханичният превключвател на натоварване се изключва. Веднага след като движещ се обект се появи в контролираната зона, осветлението на фототранзистора се променя, той извежда променено напрежение към входа на оп-усилвателя. Усилен сигнализхвърля веригата от равновесие, задейства се реле, което включва товара, например осветителна лампа. Веднага след като обектът напусне зоната, лампата продължава да свети известно време, в зависимост от зададеното време на електронното реле за време, след което преминава в първоначалното състояние - „Режим на защита“.

Схематична диаграма на пасивен IR сензор модел 1VY7015 е показана на фиг.

В сравнение с подобни 1 2V IR сензори, схемата на този модел е проста. Изчертава се съгласно електрическата схема. Тъй като производителите не посочиха всички радиоелементи на електрическата схема, авторът трябваше да го направи сам. Дъската с размери 80 × 68 mm съдържа шарнирни радиоелементи без използване на CHIP елементи.

Целта на основните радиоелементи на схематичната диаграма

1. Захранващият блок на сензора е без трансформатор, направен с помощта на закаляващ кондензатор C2 с капацитет 0,33 μF × 400 V. След токоизправителния мост ценеровият диод ZD (1 N4749) задава напрежение 25 V, което се използва за захранва релейната бобина K1, а стабилизаторът DA1 (78L08) от 25 V стабилизира 8 V, което се използва за захранване на микросхемата LM324 и като цяло на цялата верига. Кондензатор С4 е изглаждащ кондензатор, а SZ предпазва сензора от високочестотни смущения.

2. Инфрачервеният фототранзистор с три изхода PIR D203C е „проницателното око“ на сензора, неговият основен елемент, той издава „командата“ за включване на изпълнителното реле, когато инфрачервеният фон на наблюдаваната зона се променя бързо. Захранва се от +8 V през резистор R15. Кондензатор C13 е изглаждащ кондензатор, а C12 предпазва фототранзистора от високочестотни смущения.

3. Микросхема LM324N (пазарна стойност $ 0,1) - основният усилвател на сензора. Той включва 4 оп-усилвателя, които са свързани последователно (4-3-2-1) чрез сензорна верига (радиоелементи R7, C6; D1, D2; R21, D3), която осигурява високо усилване на сигнала, генериран от IR фототранзистора и висока чувствителност на целия сензор. Захранва се с 8 V ("плюс" - щифт 4, "минус" - щифт 11).

4. Целта на електромеханичното реле K1 модел LS-T73 SHD-24VDC-FA е да включи товара, или по-скоро да му даде ~ 220 V. Напрежението от +25 V към релейната бобина се подава от транзистора VT1. Номиналното работно напрежение на намотката на релето е 24 V, а контактите му, според надписа на кутията, позволяват ток от 10 A при ~ 240 V, което поражда съмнения относно способността на такова реле с малък размер да превключва натоварване от 2400 W. Чуждестранните производители често надценяват параметрите на своите радиоелементи.

5. Транзистор VT1 тип SS9014 или 2SC511. Основни ограничаващи параметри: Ukemax = 45 V, lkmax = 0,1 A. Осигурява включване / изключване на реле K1 в зависимост от съотношенията на напрежението (щифт 1 на LM324N и колектор VT2) на неговата основа.

6. Мостовият (R5, R6, R7, VR2, фоторезисторен CDS) транзистор VT2 (SS9014, 2SC511) е проектиран да установи един от двата режима на работа на сензора: „Режим на защита“ или „Режим на заспиване“. Изискваният режим се осигурява от осветяването на фоторезистора на CDS (той е този, който с неговото съпротивление, променяйки осветяването на C ", показва на сензора дали е ден или нощ от позицията на променливия резистор VR2 (ДНЕВНА СВЕТЛИНА). Така, когато плъзгачът на променливия резистор е в положение "Ден", сензорът работи като ден и нощ, а в положение "Нощ" - само през нощта, а през деня е в режим "сън".

7. Регулируемо електронно реле за време (C14, R22 VR1) осигурява времево забавяне за изключване на светещата лампа от 5 ... 10 s до 10 ... 15 минути след като обектът напусне контролираната зона. Предвидена е корекция

променлив резистор TIME VR1.

8. Променлив резистор SENS VR3 се използва за регулиране на чувствителността на сензора чрез промяна на дълбочината на отрицателната обратна връзка в оп-усилвател # 3.

9. Демпферната верига R1C1 абсорбира скоковете на напрежението, които възникват при включване / изключване на халогенната лампа.

10. Други радиоелементи (например R16-R20 R11, R12 и т.н.) осигуряват нормална работа Op-усилвател на микросхемата LM324N.

Когато започвате ремонт на IR сензор, трябва да запомните, че всички негови радиоелементи са под фазово напрежение, което е животозастрашаващо. При ремонт на такива устройства се препоръчва включването им чрез изолационен трансформатор. Сензорът работи надеждно и рядко се поправя, но ако е повреден, ремонтът започва с външно изследване на неговата платка. Ако не се открият повреди, трябва да се проверят изходните напрежения на захранващото устройство (25 и 8V). Устройството за захранване и всеки друг елемент от веригата (микросхема, транзистори, стабилизатор, кондензатори, резистори) може да се повреди поради пренапрежения на напрежението в захранващата мрежа или удари на мълния и, за съжаление, защитата срещу тях не е предвидена в сензорна верига ... Тестерът може да провери изправността на всички тези елементи, с изключение на микросхемата. Микросхемата, ако има съмнение за неработоспособност, може да бъде заменена. Слабото звено в сензора може да са контактите на релето K1, тъй като те превключват значителни пускови токове на халогенната лампа, тяхната работа се проверява с тестер.

Регулирането на IR сензора се състои в правилната инсталация на три регулиращи резистора, разположени в долната част на сензора (фиг. 2).

Какво регулират тези резистори?

ВРЕМЕ - регулира времето за забавяне за изключване на халогенната лампа, след като обектът, който я е включил, е напуснал контролираната зона. Диапазонът на настройка е от 5 ... 10 s до 10 ... 15 min.

DAY LIGHT- настройва детектора на "Въоръжен режим" или "Режим на заспиване" през деня. От физическа гледна точка позицията на плъзгача с променлив резистор позволява или забранява сензора да работи при определено осветление. Регулируем диапазон на осветеност 30 лукса. Така че, ако регулаторът е завъртян обратно на часовниковата стрелка (настроен на знака "полумесец"), тогава сензорът работи само на тъмно, а през деня "спи". Ако го завъртите в крайно положение обратно на часовниковата стрелка (знак "малко слънце"), тогава сензорът работи както през деня, така и през нощта, т.е. цял ден. В междинно положение между тези стойности, сензорът може да премине в "режим на въоръжение" вече привечер. Сензорът автоматично превключва към един от горните режими.

SENS - регулира чувствителността на сензора, т.е. задава по -голяма или по -малка площ (или обхват) от контролираната зона.

Недостатъци на IR сензора

Недостатъците на ~ 220 V IR сензора са неговите фалшиви положителни резултати. Това се случва, когато клоните на дървета или храсти се движат в контролираната зона; от преминаващ автомобил, по -точно, от топлината на двигателя му; от променящ се източник на топлина, ако се намира под сензора; от внезапна промяна на температурата поради пориви на вятъра; от светкавици и проблясъци на фарове на автомобили от преминаването на животни (кучета, котки); от мигането на мрежата, сензорът се задейства и лампата продължава да свети за известно време. Недостатъците на гореописания сензор също трябва да включват неговото неработещо състояние при липса на напрежение ~ 220 V. Броят на фалшивите аларми може да бъде намален чрез промяна на положението на сензора.

Предназначението на предното стъкло е лещата на IR сензора. За да се разшири наблюдаваната зона до Control 120 ° и дори 180 °, сензорната леща е направена полукръгла или сферична. По време на производството му (леене), от вътрешната му страна са предвидени множество правоъгълни лещи. Те разделят контролирания сектор на малки секции. Всяка леща, от своя участък, фокусира инфрачервеното излъчване в центъра на фототранзистора. Разделянето на контролираната зона на секции води до факта, че контролираната зона става с форма на вентилатор (фиг. 3).

В резултат на това сензорът „вижда“ натрапника само в черната зона, докато в бялата той е „сляп“. Тези зони, в зависимост от броя и размера на лещите, имат конфигурация, зададена от дизайнерите. Използването на микропроцесори дава възможност да се отстранят редица от гореописаните недостатъци на тези сензори. Обективът е съществен елемент IR сензор. Зависи от това колко широко сензорът „вижда“ хоризонтално и вертикално. Някои IR сензори имат сменяеми лещи, които създават контролирана зона за конкретна задача. Стъклото на обектива трябва да е непокътнато (да не се счупи), в противен случай конфигурацията на неговата контролирана зона е непредсказуема.

1. Осветление на различни помещения, т.е. автоматично включване / изключване на осветлението във входове, складове, апартаменти (къщи), битови дворове и ферми. За това, в зависимост от ситуацията, можете да използвате както описаните по-горе комплекти инфрачервени сензори с прожектори, така и отделно продавани сензори. Комплектът е инсталиран върху неподвижни обекти на височина 2,5 ... 4,5 m (фиг. 4).

Отделно продаваните пасивни IR сензори могат да бъдат проектирани за захранващо напрежение или ~ 220 V или +12 V. За осветление е по -добре да се използват сензори за ~ 220 V, те са сравнително евтини и също така осигуряват ~ 220 V на товара , така че е лесно да свържете електрически крушки към тях ...

Един от вариантите на такъв сензор, модел USA 1009, е показан на фиг. 6.

Той има само два регулиращи резистора: Time Delay, който регулира времето, когато натоварването се изключва, след като обектът напусне наблюдаваната зона, и Light Control, който позволява или забранява работата на сензора през деня. Максимум допустимо натоварване 1200 вата Ъгълът на видимост на наблюдаваната зона е 180 °, а максималната му дължина е 12 м.

От сензора излизат три цветни проводника, предназначени за свързване на мрежата и товара. Фигура 7

показва схема за включване на такъв сензор към отделна лампа ~ 220 V, която може да се използва като настолна лампа.

При свързване на сензора към съществуващото електрическо окабеляване на къща (апартамент), т.е. към вече инсталираните крушки и ключове е важно правилно да намерите общия сензорен проводник и да го комбинирате с окабеляването. Фиг. 8, a, b показва схемите на кабелната секция преди включване на сензора и след включване.

Ако използвате сензора за осветяване на верандата на къща, тогава е по -добре да инсталирате самия сензор близо до крушката.

Използването на инфрачервени сензори в схеми за осветление значително спестява енергия и създава удобство при автоматичното им включване / изключване.

2. Автоматично включване на осветлението в апартаменти и къщи. В такава ситуация е по -добре сензорът да се адаптира към настолна лампа, така че ако не е необходим, да може лесно да се изключи.

3. Известие на собственика на къщата за пристигането на гостите. В този случай сензорът трябва да бъде насочен към портата на оградата или зоната около нея, а за звуково известие използвайте звънец или друг звуков детектор, захранван от ~ 220 V.

4. Охрана за помощния двор, гараж, ферма, офис, апартамент. За тази цел е възможно да се използват гореописаните евтини IR сензори, захранвани от ~ 220 V. Въпреки това, такива сензори имат голям недостатък: когато мрежата се загуби, те не работят, поради което се използват само за защита на незначителни обекти. + 12V IR сензорите нямат тези недостатъци, тъй като лесно се подкрепят от батерии. За целта е разработен малък контролен панел (ПКП), който е монтиран на стената. В него се помещава захранването, 12 V батерии за 4 Ah или 7 Ah и електронно пълнене. Всички сензори на защитения обект са свързани към един контролен панел, който им осигурява надеждно захранване, получава аларми от тях и ги изпраща до охраната. При липса на сигурност към контролния панел може да бъде свързана мощна звукова сирена, която да изплаши натрапниците. По този начин, за защита на важни обекти, трябва да се използват комплекти контролен панел с 12 V IR сензори, между тях се издърпва стандартен 4-жилен кабел (два проводника за 12 V захранване, два за алармен сигнал). Външните регулиращи резистори не са инсталирани на +12 V IR сензори, тъй като някои от техните функции са прехвърлени на "електронното пълнене" на контролния панел на контролния панел.

За да защитите домакинския си двор, инфрачервените сензори трябва да бъдат инсталирани така, че да не се виждат, в противен случай те могат да бъдат повредени. За тази цел инфрачервени сензори могат да бъдат инсталирани близо до прозорците в къщата, насочвайки обектива им към защитените обекти. За защита на апартаменти и офиси, инфрачервени сензори са инсталирани в ъгъла на стаите, а за защита на гаражи и ферми, техните лещи са насочени към входната порта.

Както вече беше отбелязано, евтините IR сензори за ~ 220 V и 12 V имат редица недостатъци, като например задействане на сензора при преминаване на кучета, котки, мишки. За да се елиминира това явление, е необходимо да се инсталира IR сензор вътре в къщата на перваза на прозореца, да се насочи към вътрешния двор и да се постави защитен екран пред него (фиг. 9).

В този случай се образува "сляпа зона" между земята и зоната на улавяне на инфрачервения сензор, в която сензорът не реагира на незначителни нарушители, но ще реагира на преминаващ човек, тъй като лицето е с по -висок ръст отколкото тази зона.

В новите 12 V сензори дизайнерите, усложнявайки схемата и дизайна на сензора, отстраниха този недостатък. Така че в израелския инфрачервен сензор Crow SRX-1100 се добавя микропроцесор и се инсталира микровълнов радиоизлъчвател, който определя размера на нарушителя, сравнява го с зададените прагове и решава дали да даде или не алармена команда.

Дизайнерите от Япония и други страни са решили този проблем по различен начин. Те предвиждат изместването (вътре в IR сензора) на електронната платка с фототранзистора нагоре или надолу спрямо фокусната точка на стъклените лещи. В резултат на това черните чувствителни сегменти, най -близо до земята, са отрязани и близо до земята е създадена „слепа зона“, в която сензорът „не вижда“ малки животни. Височината на "сляпото петно" може да се регулира със същото изместване на електронната платка. Има и други начини за изключване на реакцията на инфрачервените сензори към преминаването на малки животни. Проблемът с задействането на инфрачервения сензор, когато е осветен от мълния или фарове на автомобил, е решен. Естествено, всички тези подобрения причиняват увеличение на цената на пасивните IR сензори, но те повишават надеждността на защитата.

През 21 век всички са запознати с инфрачервените сензори - те отварят врати по летищата и магазините, когато отидете до вратата. Те също така откриват движение и подават аларма в алармата за взлом. Понастоящем пасивните оптоелектронни инфрачервени (IR) детектори заемат водеща позиция в избора на защита на помещения от неоторизирано проникване в охранителни съоръжения. Естетичният им вид, лекотата на инсталиране, конфигуриране и поддръжка често им дават приоритет пред другите инструменти за откриване.

Пасивните оптично-електронни инфрачервени (IR) детектори (те често се наричат сензори за движение) откриват факта на човешко проникване в защитената (наблюдавана) част от пространството, генерират алармен сигнал и чрез отваряне на контактите на изпълнителното реле (мониторинг реле на станция), предава "алармен" сигнал към средствата за уведомяване ... Като средство за уведомяване могат да се използват терминални устройства (UO) на системи за предаване на уведомления (SPI) или устройство за контрол и сигурност на алармата (PPKOP). На свой ред, гореспоменатите устройства (UO или контролен панел) предават полученото алармено съобщение до централизираната станция за наблюдение (CMS) или локалната конзола за сигурност по различни канали за предаване на данни.

Как работи пасивният инфрачервен сензор за движение

Принципът на действие на пасивните оптично-електронни инфрачервени детектори се основава на възприемането на промените в нивото на инфрачервено излъчване на температурния фон, чиито източници са тялото на човек или малки животни, както и всички видове обекти в тяхното зрително поле.

В пасивните оптоелектронни инфрачервени детектори инфрачервеното топлинно излъчване попада върху лещата на Френел, след което се фокусира върху чувствителен пироелемент, разположен върху оптичната ос на лещата (фиг. 1).

Пасивните инфрачервени детектори приемат потоци от инфрачервена енергия от обекти и се преобразуват от пироприемник в електрически сигнал, който се подава през усилвател и схема за обработка на сигнал към входа на алармения генератор (фиг. 1) 1.

За да може нарушителят да бъде открит от пасивния IR сензор, трябва да бъдат изпълнени следните условия:

Пасивните IR сензори се състоят от три основни елемента:

В зависимост от версията на лещата на Френел, пасивните оптоелектронни инфрачервени детектори имат различни геометрични размери на контролираното пространство и могат да бъдат или с обемна зона за откриване, или с повърхностна или линейна. Обхватът на такива детектори е в диапазона от 5 до 20 м. Външният вид на тези детектори е показан на фиг. 2.

Оптична система

Съвременните инфрачервени сензори се характеризират с голямо разнообразие от възможни модели на излъчване. Зоната на чувствителност на инфрачервените сензори е набор от лъчи с различна конфигурация, излъчвани от сензора в радиални посоки в една или повече равнини. Поради факта, че в IR детекторите се използват двойни пироприемници, всеки лъч в хоризонталната равнина се разделя на две:

Зоната на чувствителност на детектора може да бъде както следва:

Разнообразието и сложната конфигурация на формите на зоната на чувствителност се дължат предимно на следните фактори:

малки стаи

Препоръчително е да се спрем по -подробно на изискването за еднаква чувствителност. При равни други условия, сигналът на изхода на пироприемника е толкова по -голям, колкото по -голяма е степента на припокриване на зоната на чувствителност на детектора от нарушителя и колкото по -малка е ширината на лъча и разстоянието до детектора. За да се открие нарушител на голямо (10 ... 20 m) разстояние, е желателно във вертикалната равнина ширината на лъча да не надвишава 5 ° ... 10 °, в този случай лицето почти напълно блокира лъча, което осигурява максимална чувствителност. На по -къси разстояния чувствителността на детектора в този лъч се увеличава значително, което може да доведе до фалшиви аларми, например от малки животни. За да се намали неравномерната чувствителност, се използват оптични системи, които образуват няколко наклонени лъча, докато инфрачервеният детектор е инсталиран на височина, по -висока от ръста на човека. Така общата дължина на зоната на чувствителност се разделя на няколко зони, а „най -близките“ до детектора лъчи обикновено се разширяват, за да се намали чувствителността. Това осигурява почти постоянна чувствителност на разстояние, което, от една страна, помага за намаляване на фалшивите аларми, а от друга страна, увеличава способността за откриване чрез премахване на мъртвите зони в близост до детектора.

При изграждането на оптични системи от инфрачервени сензори може да се използва следното:

ниска цена

Обикновено всеки сегмент от лещата на Френел образува свой собствен лъч от модела на посоката. Използването на съвременни технологии за производство на лещи дава възможност да се осигури почти постоянна чувствителност на детектора за всички лъчи чрез избиране и оптимизиране на параметрите на всеки сегмент на лещата: площ на сегмента, ъгъл на наклон и разстояние до пиродетектора, прозрачност, отразяваща способност и степен на разфокусиране . V последните временаУсвоена е технологията за производство на лещи Френел със сложна прецизна геометрия, която дава 30% увеличение на събраната енергия в сравнение със стандартните лещи и съответно увеличаване на нивото на полезния сигнал от човек на големи разстояния. Материалът, от който са направени съвременните лещи, осигурява защита на пироприемника от бяла светлина. Незадоволителната работа на инфрачервения сензор може да бъде причинена от такива ефекти като топлинни потоци в резултат на нагряване на електрическите компоненти на сензора, насекоми, удрящи чувствителни пироприемници, и възможни отражения на инфрачервено излъчване от вътрешните части на детектора. За да се премахнат тези ефекти, инфрачервените сензори от последно поколение използват специална запечатана камера между обектива и пироприемника (запечатана оптика), например, в новите IR сензори от PYRONIX и C&K. Според експерти съвременните високотехнологични лещи Френел практически не отстъпват на огледалната оптика по своите оптични характеристики.

Отразяващата оптика като единствен елемент на оптичната система се използва рядко. IR сензори с отразяваща оптика се предлагат например от SENTROL и ARITECH. Предимствата на огледалната оптика са възможността за по -точно фокусиране и в резултат на това увеличаване на чувствителността, което прави възможно откриването на натрапник на големи разстояния. Използването на няколко огледала със специална форма, включително многосегментни, позволява да се осигури почти постоянна чувствителност на разстояние, като тази чувствителност на дълги разстояния е приблизително 60% по-висока, отколкото при обикновените лещи Френел. С помощта на огледална оптика е по-лесно да се защити близката зона, разположена директно под мястото на инсталиране на сензора (така наречената зона за защита срещу подправяне). По аналогия със сменяемите лещи на Френел, инфрачервените сензори с огледална оптика са оборудвани със сменяеми подвижни огледални маски, чието използване ви позволява да изберете необходимата форма на зоната на чувствителност и прави възможно адаптирането на сензора към различни конфигурации на защитеното помещение .

Съвременните висококачествени IR детектори използват комбинация от лещи на Френел и отразяваща оптика. В този случай лещите на Френел се използват за формиране на зоната на чувствителност на средни разстояния, а огледалната оптика се използва за образуване на зона за защита срещу подправяне под сензора и за осигуряване на много голямо разстояние за откриване.

Pyro приемник:

Оптичната система фокусира инфрачервеното лъчение върху пироприемник, който се използва като свръхчувствителен полупроводников пироелектричен преобразувател в инфрачервени сензори, способен да регистрира разлика от няколко десети от градуса между температурата на човешкото тяло и фона. Промяната на температурата се преобразува в електрически сигнал, който след подходяща обработка задейства аларма. В инфрачервените сензори обикновено се използват двойни (диференциални, DUAL) пироелементи. Това се дължи на факта, че един -единствен пироелектричен елемент реагира по същия начин на всяка промяна на температурата, независимо дали е причинена от човешкото тяло или например затопляне на помещението, което води до увеличаване на честотата на фалшиви аларми. В диференциалната верига сигналът на един пироелектричен елемент се изважда от друг, което дава възможност за значително потискане на смущенията, свързани с промяна на фоновата температура, както и за значително намаляване на ефекта от светлината и електромагнитните смущения. Сигналът от движещ се човек възниква на изхода на двоен пироелектричен елемент само когато човек пресича лъча на зоната на чувствителност и е почти симетричен биполярен сигнал, близък по форма до периода на синусоида. Поради тази причина самият лъч за двоен пироелектричен елемент се разделя на две в хоризонталната равнина. В най -новите модели инфрачервени сензори, за да се намали допълнително честотата на фалшивите аларми, се използват четириядрени пироелементи (QUAD или DOUBLE DUAL) - това са два двойни пироприемника, разположени в един сензор (обикновено поставени един над друг). Радиусите на наблюдение на тези детектори са различни и поради това локален термичен източник на фалшиви аларми няма да се наблюдава едновременно в двата пиродетектора. В този случай геометрията на разположението на пироприемниците и веригата за тяхното превключване е избрана по такъв начин, че сигналите от човек са с противоположна полярност, а електромагнитните смущения причиняват сигнали в два канала с една и съща полярност, което води за потискане и на този вид смущения. За четворните пироелементи всеки лъч се разделя на четири (виж фиг. 2), във връзка с което максималното разстояние за откриване при използване на същата оптика е приблизително наполовина, тъй като за надеждно откриване човек трябва да блокира двата лъча от два пироприемника с височината си . За да се увеличи разстоянието на откриване за четирите пироелемента, използването на прецизна оптика, образуваща по -тесен лъч, позволява. Друг начин, който позволява да се коригира до известна степен тази ситуация, е използването на пироелементи със сложна преплетена геометрия, която се използва в сензорите си от PARADOX.

Устройство за обработка на сигнали

Устройството за обработка на сигнала на пироприемника трябва да гарантира надеждно разпознаване на полезен сигнал от движещо се лице на фона на смущения. За IR сензорите основните видове и източници на смущения, които могат да причинят фалшиви аларми, са:

слънчева радиация

Изборът на полезен сигнал от процесорния блок на фона на смущения се основава на анализ на параметрите на сигнала на изхода на пироприемника. Тези параметри са големината на сигнала, неговата форма и продължителност. Сигналът от човек, пресичащ лъча от зоната на чувствителност на инфрачервения сензор, е почти симетричен биполярен сигнал, чиято продължителност зависи от скоростта на движение на натрапника, разстоянието до сензора, ширината на лъча и може да бъде приблизително 0,02 .. 10 s със записан диапазон на скорости на движение от 0, 1 ... 7 m / s. Сигналите за смущения са предимно единични или имат продължителност, различна от полезните сигнали (виж фиг. 3). Сигналите, показани на фигурата, са много приблизителни, в действителност всичко е много по -сложно.

Основният параметър, анализиран от всички сензори, е силата на сигнала. В най -простите сензори този регистриран параметър е единственият и неговият анализ се извършва чрез сравняване на сигнала с определен праг, който определя чувствителността на сензора и влияе върху честотата на фалшивите аларми. За да се повиши имунитета към фалшиви аларми, обикновените сензори използват метод за преброяване на импулси, когато се изчислява колко пъти сигналът е надхвърлил праг (тоест всъщност колко пъти натрапник е преминал лъч или колко лъчи пресече се). В този случай алармата се подава не когато прагът е надвишен за първи път, а само ако в рамките на определено време броят на превишенията стане по -голям от посочената стойност (обикновено 2 ... 4). Недостатъкът на метода за броене на импулси е влошаването на чувствителността, особено забележимо за сензори със зона на чувствителност като единична завеса и други подобни, когато нарушителят може да пресече само един лъч. От друга страна, при преброяване на импулси са възможни фалшиви аларми от повтарящи се смущения (например електромагнитни или вибрации).

При по -сложни сензори процесорният модул анализира биполярността и симетрията на формата на вълната от изхода на диференциалния пироприемник. Конкретното прилагане на такава обработка и терминологията1, използвана за нейното обозначение, могат да варират в зависимост от производителя. Същността на обработката се състои в сравняване на сигнал с два прага (положителен и отрицателен) и в някои случаи в сравнение на величината и продължителността на сигналите с различна полярност. Възможно е също да се комбинира този метод с отделно преброяване на превишаването на положителния и отрицателния праг.

Анализът на продължителността на сигнала може да се извърши както чрез директен метод за измерване на времето, през което сигналът надвишава определен праг, така и в честотната област чрез филтриране на сигнала от изхода на пироприемника, включително с помощта на „плаващ“ праг, в зависимост от на диапазона за честотен анализ.

Друг вид обработка, предназначена да подобри работата на инфрачервените сензори, е автоматичната температурна компенсация. В диапазона на околните температури от 25 ° C ... 35 ° C чувствителността на пироприемника намалява поради намаляване на термичния контраст между човешкото тяло и фона; с по -нататъшно повишаване на температурата чувствителността отново се повишава , но „с обратния знак“. В така наречените "конвенционални" термични компенсационни вериги се измерва температурата и когато се повиши, усилването се увеличава автоматично. При „реална“ или „двупосочна“ компенсация се взема предвид увеличаването на термичния контраст при температури над 25 ° C ... 35 ° C. Използването на автоматична температурна компенсация гарантира, че чувствителността на инфрачервения сензор е почти постоянна в широк температурен диапазон.

Изброените видове обработка могат да се извършват по аналогов, цифров или комбиниран начин. В съвременните инфрачервени сензори все по -често се използват цифрови методи за обработка с използването на специализирани микроконтролери с ADC и сигнални процесори, което позволява подробна обработка на фината структура на сигнала, за да се разграничи по -добре от фона на смущенията. Напоследък има съобщения за разработването на напълно цифрови IR сензори, които изобщо не използват аналогови елементи.
Както знаете, поради случайния характер на полезни и смущаващи сигнали, най -добрите алгоритми за обработка се основават на теорията статистически решения.

Други защитни елементи за инфрачервени детектори

Инфрачервените сензори за професионална употреба използват така наречените схеми против маскиране. Същността на проблема се крие във факта, че обикновените инфрачервени сензори могат да бъдат деактивирани от нарушител чрез предварително (когато системата не е активирана) залепване или боядисване на входния прозорец на сензора. За борба с този метод на заобикаляне на IR сензорите се използват схеми за маскиране. Методът се основава на използването на специален канал за инфрачервено излъчване, който се задейства, когато на малко разстояние от сензора (от 3 до 30 см) се появи маска или отразяващо препятствие. Схемата против маскиране работи непрекъснато, докато системата е дезактивирана. Когато фактът на маскиране бъде открит от специален детектор, сигнал за това се изпраща от сензора към контролния панел, който обаче не генерира аларма, докато не е време за активиране на системата. В този момент на оператора ще бъде предоставена информация за маскиране. Освен това, ако това маскиране е било случайно (голямо насекомо, появата на голям обект за известно време в близост до сензора и т.н.) и до момента на настройка на алармата той се е отстранил, алармата не се подава.

Друг защитен елементПочти всички съвременни инфрачервени детектори са оборудвани с превключвател за контакт, който сигнализира за опит за отваряне или подправяне на корпуса на сензора. Релетата на детекторите за отваряне и маскиране са свързани към отделен контур за сигурност.

За да се премахнат задействанията на IR сензора от малки животни, се използват или специални лещи с мъртва зона (алея за домашни любимци) от нивото на пода до височина около 1 м, или специални методи за обработка на сигнала. Трябва да се има предвид, че специалната обработка на сигнала ви позволява да игнорирате животните само ако общото им тегло не надвишава 7 ... 15 кг и те могат да се доближат до сензора не по -близо до 2 м. Ще помогне.

Плътният повърхностен монтаж и металното екраниране се използват за защита срещу електромагнитни и радио смущения.

Монтаж на детектори

Пасивните електрооптични инфрачервени детектори имат едно забележително предимство пред други видове детектори. Лесно се инсталира, конфигурира и Поддръжка... Детектори от този тип могат да се монтират както на равна повърхност носеща стена, и в ъгъла на стаята. Има детектори, които са инсталирани на тавана.

Компетентният избор и тактически коректното използване на такива детектори са ключът към надеждната работа на устройството и на цялата система за сигурност като цяло!

При избора на типове и брой сензори, които да гарантират защитата на конкретен обект, трябва да се вземат предвид възможните начини и методи за проникване на нарушителя, необходимото ниво на надеждност на откриване; разходи за придобиване, инсталиране и експлоатация на сензори; характеристики на обекта; тактически и технически характеристики на сензорите. Характеристика на IR пасивните сензори е тяхната гъвкавост - с тяхното използване е възможно да се блокира от приближаването и проникването на голямо разнообразие от помещения, конструкции и предмети: прозорци, витрини, плотове, врати, стени, тавани, прегради, сейфове и отделни обекти, коридори, обеми от помещения. В този случай в някои случаи няма да се изисква Голям бройсензори за защита на всяка структура - може да е достатъчно да се използва един или повече сензори с желаната конфигурация на зоната на чувствителност. Нека се спрем на някои от характеристиките на използването на IR сензори.

Общият принцип на използване на инфрачервени сензори е, че лъчите на чувствителната зона трябва да са перпендикулярни на предвидената посока на движение на нарушителя. Мястото на инсталиране на сензора трябва да бъде избрано така, че да сведе до минимум мъртвите зони, причинени от наличието на големи обекти в защитената зона, които блокират лъчите (например мебели, стайни растения). Ако вратите се отворят в стаята, помислете за възможността да прикриете натрапника с отворени врати. Ако не е възможно да се премахнат мъртвите зони, трябва да се използват множество сензори. Когато блокирате отделни обекти, сензорът или сензорите трябва да бъдат инсталирани така, че лъчите от зоната на чувствителност да блокират всички възможни подходи към защитените обекти.

Трябва да се спазва диапазонът от допустими височини на окачване, посочени в документацията (минимални и максимални височини). Това важи особено за насочените модели с коси греди: ако височината на окачването надвишава максимално допустимата, това ще доведе до намаляване на сигнала от далечната зона и увеличаване на мъртвата зона пред сензора, ако височината на окачването е по -малка от минимално допустимата, това ще доведе до намаляване на откриването на обхвата, като същевременно се намали мъртвата зона под сензора.

1. Детекторите с обемна зона за откриване (фиг. 3, а, б), като правило, се монтират в ъгъла на помещението на височина 2,2–2,5 м. В този случай те равномерно покриват обема на защитена стая.

2. Поставянето на детектори на тавана е за предпочитане в помещения с високи тавани от 2,4 до 3,6 м. Тези детектори имат по -плътна зона за откриване (фиг. 3, в) и тяхната работа се влияе по -малко от съществуващите мебели.

3. Детекторите със зона за откриване на повърхността (фиг. 4) се използват за защита на периметъра, например, на неглавни стени, отвори на врати или прозорци, а също така могат да се използват за ограничаване на подхода до всякакви стойности. Зоната за откриване на такива устройства трябва да бъде насочена като опция по протежение на стена с отвори. Някои детектори могат да бъдат инсталирани директно над отвора.

4. Детектори с линейна зона за откриване (фиг. 5) се използват за охрана на дълги и тесни коридори.

Как да излъжете IR детектор

Първоначалният недостатък на IR пасивния метод за откриване на движение: човек трябва ясно да се различава по температура от околните обекти. При стайна температура от 36,6º никой детектор не може да различи човек от стените и мебелите. По -лошото е, че колкото по -близо е стайната температура до 36,6º, толкова по -лоша е чувствителността на детектора. Мнозинство съвременни устройствачастично компенсирайте този ефект чрез увеличаване на усилването при температури от 30º на 45º (да, детекторите работят успешно дори с обратен диференциал - ако стаята е + 60º, детекторът лесно ще открие човек, благодарение на системата за терморегулация човешкото тялоще поддържа температурата около 37 градуса). Така че, при външна температура от около 36º (която често се среща в южните страни), детекторите не отварят много добре врати или, напротив, поради изключително повишената чувствителност, те реагират на най -малкия вятър.

Нещо повече, лесно е да блокирате инфрачервения детектор с всеки предмет със стайна температура (лист картон) или да сложите дебела шуба и шапка, така че ръцете и лицето ви да не стърчат, а ако ходите достатъчно бавно, IR детекторът няма да забележи такива малки и бавни смущения.

В интернет има по -екзотични препоръки, като например мощна инфрачервена лампа, която, ако я включите бавно (с обикновен димер), ще изгони инфрачервения детектор извън скалата, след което можете да ходите пред него дори без кожено палто. Тук обаче трябва да се отбележи, че добрите инфрачервени детектори в този случай ще издават сигнал за грешка.

И накрая, най -известният проблем с IR детекторите е маскирането. Когато системата е дезактивирана, следобед в работно време вие като посетител идвате правилната стая(например в магазина) и, улавяйки момента, докато никой не гледа, блокирайте инфрачервения детектор с хартия, залепете го с непрозрачен самозалепващ се филм или го напълнете с боя от спрей. Това е особено удобно за човек, който сам работи там. Комарникът спретнато блокира детектора през деня, качва се през прозореца през нощта, изважда всичко, след което маха всичко и извиква полиция - ужас, те обират, но алармата не работи.

За да се предпазите от такова маскиране, има следните техники.

2. В някои контролни панели има алгоритъм за управление, когато след дезактивиране на детектора той открива движение. Тоест, липсата на сигнал се счита за неизправност, докато някой не премине пред сензора и той даде нормален сигнал „има движение“. Тази функция не е много удобна, защото често всички помещения са обезоръжени, дори и тези, в които никой няма да влезе днес, но се оказва, че вечер, за да въоръжите отново помещенията, ще трябва да влезете във всички стаите, където през деня нямаше никой, и размахвайте ръце пред сензорите - контролният панел ще се погрижи сензорите да работят и щедро ще ви позволи да активирате системата.

3. И накрая, има функция, наречена „близка зона“, която някога е била включена в изискванията на националния ГОСТ и която често погрешно се нарича „антимаскиране“. Същността на идеята: детекторът трябва да има допълнителен сензор, който гледа право надолу под детектора, или отделно огледало, или като цяло специална хитра леща, така че да няма мъртва зона на дъното. (Повечето детектори имат ограничен ъгъл на видимост и най -вече гледат напред и 60 градуса надолу, така че има малка мъртва зона директно под детектора, на нивото на пода на около метър от стената.) Смята се, че хитър враг може по някакъв начин да в тази мъртва зона и оттам блокирайте (маскирайте) обектива на IR сензора и след това нахално обикаляйте из стаята. В действителност детекторът обикновено е инсталиран така, че няма начин да влезете в тази мъртва зона, заобикаляйки зоните на чувствителност на сензора. Е, може би през стената, но допълнителните лещи няма да помогнат срещу престъпниците, проникващи през стената.

Смущения и фалшиви положителни резултати

Когато използвате пасивни оптоелектронни инфрачервени детектори, е необходимо да имате предвид възможността за фалшиви аларми, които възникват поради различни видове смущения.

Топлинните, светлинните, електромагнитните и вибрационни смущения могат да доведат до фалшиви аларми на IR сензорите. Въпреки факта, че съвременните IR сензори имат висока степенза защита от тези влияния, все пак е препоръчително да се придържате към следните препоръки:

носещи конструкции

Топлинни смущения - причинени от нагряване на температурния фон при излагане на слънчева радиация, конвективни въздушни потоци от работата на радиатори на отоплителни системи, климатици, течения.
Електромагнитни смущения - причинени от смущения от източници на електрически и радио излъчвания към отделни елементи от електронната част на детектора.
Стойни смущения - свързани с движението на малки животни (кучета, котки, птици) в зоната за откриване на детектора. Нека разгледаме по -подробно всички фактори, влияещи върху нормалната работа на пасивните оптоелектронни инфрачервени детектори.

Топлинни смущения

Това е най -опасният фактор, който се характеризира с промяна в температурния фон на околната среда. Излагането на слънчева радиация причинява локално повишаване на температурата на отделни участъци от стените на помещението.

Конвективните смущения се причиняват от влиянието на движещи се въздушни потоци, например от течения с отворен прозорец, пукнатини в отворите на прозорците, както и по време на работа на домакинството отоплителни уреди- радиатори и климатици.

Електромагнитни смущения

Те възникват, когато са включени източници на електрическо и радиоизлъчване, като измервателно и домакинско оборудване, осветление, електрически двигатели, радиопредавателни устройства. Удар от мълния също може да причини силни смущения.

Стойни смущения

Малки насекоми като хлебарки, мухи, оси могат да бъдат особен източник на смущения в пасивните оптично-електронни инфрачервени детектори. Ако се движат директно над лещата на Френел, може да възникне фалшиво задействане на този тип детектор. Опасност представляват и така наречените домашни мравки, които могат да влязат вътре в детектора и да пълзят директно над пироелектричния елемент.

Начини за подобряване на инфрачервените сензори

В продължение на десет години почти всички защитни инфрачервени детектори съдържат достатъчно мощен микропроцесор и следователно са по -малко податливи на случайни смущения. Детекторите могат да анализират повторяемостта и характерните параметри на сигнала, дългосрочната стабилност на нивото на фоновия сигнал, което значително подобри имунитета срещу смущения.

Инфрачервените сензори по принцип са беззащитни срещу престъпници зад непрозрачни екрани, но те са податливи на топлинни потоци от климатично оборудване и външна светлина (през прозорец). Напротив, микровълновите (радио) сензори за движение са в състояние да подават фалшиви сигнали, да откриват движение зад радиопрозрачни стени, извън защитената зона. Те също са по -податливи на радиосмущения. Комбинираните IR + микровълнови детектори могат да се използват както по схемата "И", което значително намалява вероятността от фалшиви аларми, така и по схемата "ИЛИ" за особено критични помещения, което на практика изключва възможността за тяхното преодоляване.

IR сензорите не могат да различат малък човекот голямо куче. Има редица сензори, при които чувствителността към движенията на малки предмети е значително намалена поради използването на сензори с 4 зони и специални лещи. Сигнал от Висок мъжи от ниско куче, в такъв случай, е възможно да се разграничи с известна вероятност. Трябва да се разбере, че по принцип е невъзможно напълно да се разграничи огънат тийнейджър от ротвайлер, застанал на задните си крака. Въпреки това вероятността от фалшива аларма може да бъде значително намалена.

Преди няколко години се появиха още по -сложни сензори - с 64 чувствителни зони. Всъщност това е обикновен термовизор с матрица 8 x 8. Оборудвани с мощен процесор, такива инфрачервени сензори са в състояние да определят размера и разстоянието до движеща се топла цел, скоростта и посоката на нейното движение - дори преди 10 години такива сензори са били считани за върха на технологията за самонавеждащи се ракети, а сега те се използват за защита срещу обикновени крадци.

Грешки при инсталирането

Специално място в неправилната или неправилна работа на пасивните оптоелектронни инфрачервени детектори заемат грешките при инсталирането по време на инсталирането на този тип устройства. Нека обърнем внимание на ярки примери за неправилно поставяне на инфрачервени детектори, за да се избегне това на практика.

На фиг. 6а; 7а и 8а показват правилната, правилна инсталация на детекторите. Трябва само да ги инсталирате по този начин и нищо друго!

Фигури 6 b, c; 7 b, c и 8 b, c показват опции за неправилна инсталация на пасивни оптично-електронни инфрачервени детектори. С тази настройка е възможно да се пропуснат реални прониквания в защитените помещения, без да се подава сигнал "Аларма".

Не инсталирайте пасивни оптоелектронни детектори по такъв начин, че директни или отразени лъчи да падат върху тях слънчева светлина, както и фаровете на преминаващи превозни средства.
Не насочвайте зоната за откриване на детектора към нагревателни елементи на отоплителните и климатичните системи на помещението, към завеси и завеси, които могат да се колебаят от течения.
Не поставяйте пасивни оптоелектронни детектори в близост до източници на електромагнитно излъчване.
Запечатайте всички отвори на пасивния оптоелектронен инфрачервен детектор с уплътнител от продуктовия комплект.
Унищожете насекомите, които присъстват в защитената зона.

Понастоящем има огромно разнообразие от инструменти за откриване, които се различават по принцип на действие, област на приложение, дизайн и характеристики.

Правилният избор на пасивен оптично-електронен инфрачервен детектор и мястото на неговото инсталиране е ключът към надеждната работа на охранителната алармена система.

Изтегли:
1. IR детектори със защита от смущения от домашни любимци - Моля или за достъп до това съдържание
2. Оптично откриване - Моля или

1.3.1. Пасивни оптоелектронни инфрачервени (IR) сензори за движение

За да създам системата, реших да избера модули, които биха били подходящи за създаване на системата и наблюдение на периметъра.

Избрах следните компоненти:

пасивен инфрачервен сензор за движение;
GSM модул;
сирена.

Нека ги разгледаме по -подробно.

През 21 век всички са запознати IR сензори- те отварят врати на летища и магазини, когато дойдете до вратата. Те също така откриват движение и подават аларма в алармата за взлом.

Понастоящем пасивните оптоелектронни инфрачервени (IR) детектори заемат водеща позиция в избора на защита на помещения от неоторизирано проникване в охранителни съоръжения. Естетичният им вид, лекотата на инсталиране, конфигуриране и поддръжка често им дават приоритет пред другите инструменти за откриване.

Пасивни оптоелектронни инфрачервени (IR) детектори(често се наричат сензори за движениеили PIR сензори) откриват факта на човешко проникване в защитената (контролирана) част от пространството, генерират алармен сигнал и предават сигнала " тревожност»Относно средствата за уведомяване.

Като средство за уведомяване могат да се използват терминални устройства (UO) на системи за предаване на уведомления (SPI) или устройство за контрол и сигурност на алармата (PPKOP). На свой ред, гореспоменатите устройства (UO или контролен панел) предават полученото алармено съобщение до централизираната станция за наблюдение (CMS) или локалната конзола за сигурност по различни канали за предаване на данни.

Принципът на действие на пасивните оптоелектронни инфрачервени детекторивъз основа на възприемането на промените в нивото на инфрачервено излъчване на температурния фон, чиито източници са тялото на човек или малки животни, както и всички видове обекти в полезрението им.

Сензорчувствителен към инфрачервено лъчение в диапазона 5-15 микрона, открива топлинна радиация от човешкото тяло. В този диапазон максималната радиация от телата пада при температура 20-40 градуса по Целзий.

Колкото повече обектът се нагрява, толкова повече излъчва.
инфрачервени прожектори за осветяване на видеокамери, лъчеви (двупозиционни) детектори " пресичане на гредата»А контролните панели на телевизорите работят в диапазона на дължините на вълните, по -къси от 1 µm, спектърът, видим за хората, е в областта от 0,45–0,65 µm.

Пасивни сензориот този тип се наричат, защото самите те не излъчват нищо, те възприемат само топлинна радиация от човешкото тяло.

Проблемът е, че всеки обект при температура дори 0 ° C излъчва доста в инфрачервения диапазон. По -лошото е, че самият детектор излъчва - тялото му и дори материалът на чувствителния елемент.

Следователно, първите такива детектори са работили, само ако самият детектор е бил охладен, да речем, до течен азот (-196 ° C). Такива детектори не са много практични в ежедневието.

Тоест, важно е радиацията от човек да е фокусирана само в една от зоните и освен това се променя.

Детекторът работи най -надеждно, ако изображението на човек първо попадне върху една област, сигналът от него става по -голям, отколкото от втория, а след това лицето се движи, така че неговото изображение сега ще падне върху втората зона и сигналът от втората ще расте, а от първата ще падне.

Такива доста бързи промени в разликата в сигнала могат лесно да бъдат открити дори на фона на огромен и нестабилен сигнал, причинен от всички други околни обекти (и особено слънчева светлина).

Ориз. 1.

V пасивни оптоелектронни инфрачервени детекториинфрачервеното топлинно излъчване удря лещата на Френел, след което се фокусира върху чувствителен пироелемент, разположен върху оптичната ос на лещата.

Пасивните инфрачервени детектори получават потоци от инфрачервена енергия от обекти и се преобразуват от пироприемник в електрически сигнал, който се подава през усилвател и схема за обработка на сигнал към входа на алармения генератор ( ориз. 1).

За да може нарушителят да бъде открит от пасивния IR сензор, трябва да бъдат изпълнени следните условия:

нарушителят трябва да пресече лъча на зоната на чувствителност на сензора в напречна посока;
движението на нарушителя трябва да се извършва в определен диапазон от скорости;
чувствителността на сензора трябва да е достатъчна, за да регистрира разликата в температурите между повърхността на тялото на натрапника (отчитайки ефекта от облеклото му) и фона (стените, пода).

оптична система, която формира модела на насочване на сензора и определя формата и вида на зоната за пространствена чувствителност;
пироприемник, който записва човешката топлинна радиация;
устройство за обработка на сигнали на пироприемник, което избира сигнали, причинени от движещо се лице на фона на смущения от естествен и изкуствен произход.

Ориз. 2.

В зависимост от версията Лещи Френелпасивните оптоелектронни инфрачервени детектори имат различни геометрични размери на контролираното пространство и могат да бъдат както с обемна зона за откриване, така и с повърхностни или линейни.

Обхватът на такива детектори е в диапазона от 5 до 20 м. Външният вид на тези детектори е показан на ориз. 2.

Принципът на действие на пасивната ICSO.Принципът на действие на пасивния IKSO се основава на регистриране на сигнали, генерирани от топлинния поток, излъчван от обекта на откриване. Полезният сигнал на изхода на безинерционен детектор на радиация на едно място се определя от израза:

където S u е чувствителността към напрежение на приемника на излъчване, е промяната в големината на топлинния поток, падащ върху входния прозорец на оптичната система и причинен от движението на обекта в зоната на откриване.

Максималната стойност съответства на случая, когато обектът изцяло попадне в зрителното поле на ICSO. Нека обозначим тази стойност като

Ако приемем, че загубите в оптичната система са толкова малки, че могат да бъдат пренебрегнати, ние ги изразяваме по отношение на параметрите на обекта и фона. Нека в рамките на фона, чиято повърхност има абсолютна температура T f и излъчваща способност E е, се появява обект, чиято абсолютна температура е Тоб,и излъчвателната способност Eov... Проекционната площ на обект върху равнина, перпендикулярна на посоката на наблюдение, се обозначава с Сое,а проекционната площ на фона в зрителното поле е B f. Тогава величината на топлинния поток, падащ върху входния прозорец на оптичната система преди появата на обекта, се определя от израза:

къде е разстоянието от входния прозорец до повърхността на фона; 1. f е яркостта на фона; S BX - площта на входния прозорец на оптичната система.

Количеството топлинен поток, генериран от обект, се определя по същия начин:

където T - разстояние от IKSO до обекта; - яркостта на обекта.

В присъствието на обект топлинният поток, падащ върху входния прозорец, се създава от обекта и онази част от повърхността на фона, която не е екранирана от обекта, откъдето и общият топлинен поток

Тогава промяната в топлинния поток AF се записва под формата:

Ако приемем, че законът на Ламбер е валиден за обекта и фона, ние изразяваме яркостта Lo6и b f чрез излъчващата способност и абсолютните температури:

където е константата на Стефан-Болцман.

Замествайки и при, получаваме израз за AF по отношение на абсолютните температури и излъчващата способност на обекта и фона:

При дадени параметрина оптичната система и приемника на излъчване, стойността на сигнала в съответствие с напълно се определя от промяната на облъчването DE.

Излъчвателната способност на човешката кожа е много висока, средно 0,99 спрямо черно тяло при дължини на вълните над 4 микрона. В IR областта на спектъра оптичните свойства на кожата са близки до тези на черното тяло. Температурата на кожата зависи от топлообмена между кожата и околната среда. Измерванията, проведени с термовизор Aga-750, показаха, че при температура на въздуха от + 25 ° C температурата на повърхността на дланта на човек варира в рамките на +32 ... + 34 ° C и при температура на въздуха от + 19 ° C - в рамките на +28 ... + 30 ° С. Наличието на облекло намалява яркостта на обекта, тъй като температурата на дрехите е по -ниска от тази на голата кожа. При температура на околната среда от + 25 ° C, измерената средна температура на телесната повърхност на човек, облечен в костюм, е + 26 ° C. Излъчвателната способност на облеклото също може да бъде различна от тази на голата кожа.

Други параметри, включени в израза, могат да приемат различни стойности в зависимост от конкретната ситуация и / или оперативна задача.

Нека разгледаме по -подробно процеса на сигнализиране и основните видове смущения, които влияят на фалшивото задействане на пасивен ICSO.

Генериране на сигнали.За по -добро разбиране на методите и алгоритмите за повишаване на шумоустойчивостта на ICSO е необходимо да имате представа за основните параметри на сигнала - формата, амплитудата, продължителността, в зависимост от скоростта на човешкото движение и фонова температура.

Помислете за една зона за откриване на лъч с дължина 10 м с диаметър на лъча в основата на конуса 0,3 м. Смята се, че човек пресича нормалната за него зона с максимална и минимална скорост на разстояние от приемника 10, 5 и 1 м. Формата на сигнала при пресичане на гредата на разстояние 10 м изглежда като триъгълник с максимум, когато зоната е напълно припокрита. На фиг. 4.8.6 показва спектъра на този сигнал. При пресичане на лъча на по -кратко разстояние сигналът придобива формата на трапец със стръмни ръбове и спектърът на този сигнал приема формата, показана на фиг. 4.9.6.

Очевидно е, че продължителността на сигнала е обратно пропорционална на скоростта на движение и разстоянието до приемника.

Истинският сигнал се различава от идеалната картина поради изкривявания, въведени от пътя на усилването и суперпозицията на хаотичен шум, създаден от колебанията на фоновата температура. Записите на реални сигнали, получени с помощта на домашен пироприемник PM2D, са показани на фиг. 4.10. Той също така представя своите спектрални характеристики, получени чрез преминаване на действително записаните сигнали през спектроанализатор на компанията

Анализът на записите дава възможност да се определи спектралният "прозорец", необходим за предаването на сигнали, генерирани при пресичане на зоната навсякъде в целия диапазон от скорости от 0,1 до 15 Hz. В същото време затихването на сигнала е възможно в краищата на диапазона, тъй като пироприемникът има амплитудно-честотна характеристика с спад в диапазона от 5 ... 10 Hz. За да се компенсира това, е необходимо да се въведе специален коригиращ усилвател в пътя на обработка на сигнала, осигуряващ повишаване на честотната характеристика в диапазона от 5 ... 20 Hz.

Температурен контраст.Амплитудата на сигнала, както вече беше споменато, се определя от температурния контраст между човешкото тяло и фона, към който е насочен лъчът. Тъй като фоновата температура се променя след промяна в стайната температура, сигналът, пропорционален на тяхната разлика, също се променя.

В точката, където температурата на човека и фонът съвпадат, стойността на изходния сигнал е нула. При по -високи температури сигналът променя знака.

Температурата на вътрешния фон отразява състоянието на външния въздух с известно изоставане поради топлинната инерция на конструкционните материали на сградата.

Температурният контраст също зависи от температурата на външната повърхност на човек, т.е. най -вече от дрехите му. И тук следното обстоятелство се оказва съществено. Ако човек влезе в помещението, където е инсталиран ICSO отвън, например от улицата, където температурата може да се различава значително от температурата в помещението, тогава в първия момент термичният контраст може да бъде значителен. След това, когато температурата на облеклото се "адаптира" към стайната температура, сигналът намалява. Но дори и след дълъг престой в стаята, силата на сигнала зависи от вида на облеклото. На фиг. 4.11 показва експерименталните зависимости на температурния контраст на човек от температурата на околната среда. Пунктираната линия показва екстраполацията на експерименталните данни за температури над 40 ° C.

Засенчената зона 1 е набор от контрасти в зависимост от формата на облеклото, вида на фона, размера на човека и скоростта на неговото движение.

Важно е да се отбележи, че преходът на стойността на температурния контраст през нула е възникнал само ако в температурния диапазон от 30 ... 39,5 ° C, измерванията са извършени след адаптация на човек в отопляема стая за 15 минути. В случай на инвазия в зоната на чувствителност на CO на човек, който преди това е бил в помещение с температура под 30 ° C или на на откритос температура 44 ° C, нивата на сигнала в температурния диапазон 30 ... 39,5 ° C са в област 2 и не достигат нула.

Разпределението на температурата по човешката повърхност не е равномерно. Най -близо е до 36 ° C на отворените части на тялото - лицето и ръцете, а температурата на повърхността на дрехите е по -близо до фона на стаята. Следователно, сигналът на входа на пироприемника зависи от това коя част от тялото припокрива зоната на чувствителност на лъча.

Разглеждането на процеса на сигнализиране ни позволява да направим следните изводи:

Амплитудата на сигнала се определя от температурния контраст на човешката повърхност и фона, който може да варира от части от степен до десетки градуса;

Формата на вълната има триъгълна или трапецовидна форма, продължителността на сигнала се определя от пресечната точка на лъчевата зона и при движение по нормалата към лъча може да бъде от 0,05 до 10 s. При движение под ъгъл спрямо нормата продължителността на сигнала се увеличава. Максималната спектрална плътност на сигнала е в диапазона от 0,15 до 5 Hz;

Когато човек се движи по лъча, сигналът е минимален и се определя само от температурната разлика между отделните участъци от повърхността на човека и представлява части от градуса;

Когато човек се движи между гредите, сигналът практически липсва;

Когато температурата в помещението е близка до температурата на повърхността на човешкото тяло, сигналът е минимален, т.е. температурната разлика е части от градуса;

Амплитудите на сигналите в различните лъчи на зоната на откриване могат да се различават значително една от друга, тъй като те се определят от температурния контраст на човешкото тяло и фоновата област, към която е насочен този лъч. Разликата може да бъде до десет градуса.

Намеса в пасивен ICSO.Нека преминем към анализа на смущаващите ефекти, които причиняват фалшиво задействане на пасивен ICSO. Под шум имаме предвид всяко влияние на външната среда или вътрешен шум на приемащото устройство, което не е свързано с движението на човек в зоната на чувствителност на CO.

Има следната класификация на смущенията:

Термични, причинени от фоново нагряване при излагане на слънчева радиация, конвекционни въздушни потоци от работата на радиатори, климатици, течения;

Електрически, причинени от смущения от източници на електрически и радио излъчвания към отделни елементи от електронната част на CO;

Вътрешен, причинен от шума на пироприемника и пътя на усилване на сигнала;

Стойни, свързани с движението на малки животни или насекоми в зоната на чувствителност на CO по повърхността на оптичния прозорец за въвеждане на CO.

Най -значимата и "опасна" интерференция е термичната, причинена от промяна в температурата на фоновите области, към които са насочени зоните на чувствителност към лъчите. Излагането на слънчева радиация води до локално повишаване на температурата на определени участъци от стената или пода на помещението. В този случай постепенната промяна в температурата не преминава през филтриращите вериги на устройството, но относително острите и „неочаквани“ колебания, свързани например със засенчването на слънцето от преминаващи облаци или преминаването на превозни средства, причиняват смущения, подобни на сигнала от преминаването на човек. Амплитудата на интерференцията зависи от инерцията на фона, към който е насочен лъчът. Например времето за промяна на температурата на гола бетонна стена е много по -дълго от това на дърво или тапет.

На фиг. показан е запис на типична слънчева намеса на изхода на пиродетектор по време на преминаването на облак, както и неговия спектър.

В същото време промяната на температурата със слънчеви смущения достига 1,0 ... 1,5 ° C, особено в случаите, когато лъчът е насочен към фон с ниска инерция, например дървена стена или завеса от плат. Продължителността на такава намеса зависи от скоростта на засенчване и може да попадне в обхвата на скоростите, характерни за човешкото движение. Необходимо е да се отбележи едно съществено обстоятелство, което прави възможно борбата с такава намеса. Ако два лъча са насочени към съседни области на фона, тогава видът и амплитудата на интерференционния сигнал от слънцето са практически еднакви във всеки лъч, т.е. има силна корелация на смущенията. Това позволява подходящ дизайн на веригата да ги потиска чрез изваждане на сигнали,

Конвективните смущения се причиняват от влиянието на движещи се въздушни потоци, например течения с отворен прозорец, пукнатини в прозореца, както и битови отоплителни уреди - радиатори и климатици. Въздушните потоци причиняват хаотично изменение на флуктуацията на фоновата температура, чиято амплитуда и честотен диапазон зависят от скоростта на въздушния поток и характеристиките на фоновата повърхност.

За разлика от слънчевото осветление, конвективните смущения от различни части на фона, засягащи дори на разстояние 0,2 ... 0,3 m, са слабо свързани помежду си и изваждането им няма ефект.

Електрически смущения възникват, когато са включени източници на електрически и радио излъчвания, измервателно и домакинско оборудване, осветление, електродвигатели, радиопредавателни устройства, както и при колебания на тока в кабелната мрежа и електропроводите. Ударите на мълнии също създават значително ниво на смущения.

Чувствителността на пироприемника е много висока - когато температурата се промени с 1 ° C, изходният сигнал директно от кристала е фракции от микроволта, следователно смущенията от източници на смущения от няколко волта на метър могат да предизвикат смущения в импулси хиляди пъти по -висок от полезния сигнал. Повечето електрически шумове обаче са къси или стръмни, за да се различат от желания сигнал.

Вътрешният шум на пироприемника определя най -високата граница на чувствителността на IKSO и има формата на бял шум. Следователно тук не могат да се използват методи за филтриране. Интензитетът на смущенията се увеличава, когато температурата на кристала се повишава приблизително два пъти на всеки десет градуса. Съвременните пироприемници имат ниво на вътрешен шум, съответстващо на температурно изменение от 0,05 ... 0,15 ° C.

Изводи:

1. Спектралният диапазон на смущения припокрива обхвата на сигналите и е в диапазона от фракции до десетки херца.

2. Най -опасният вид смущения е фоновото слънчево осветление, чийто ефект увеличава фоновата температура с 3 ... 5 ° С.

3. Смущенията от слънчевото осветление за близки региони на фона са силно свързани помежду си и могат да бъдат отслабени чрез използване на двулъчева СО конструкция.

4. Конвективните смущения от термични домакински уреди имат формата на колебания на случайни температурни колебания, достигащи 2 ... 3 ° C в честотния диапазон от 1 до 20 Hz със слаба корелация между лъчите.

5. Електрическият шум е под формата на кратки импулси или стъпаловидни действия със стръмен фронт, индуцираното напрежение може да бъде стотици пъти по -високо от сигнала.

6. Вътрешните шумове на пироприемника, съответстващи на сигнала при промяна на температурата с 0,05 ... 0,15 ° C, лежат в честотния диапазон, който припокрива диапазона на сигнала и се увеличава пропорционално на температурата приблизително два пъти на всеки 10 ° ° С.

Методи за повишаване на шумоустойчивостта на пасивен IKSO.Метод на диференциално приемане G-лъчението стана доста широко разпространено. Същността на този метод е следната: с помощта на приемник на две места се образуват две пространствено разделени зони на чувствителност. Сигналите, генерирани в двата канала, се изваждат взаимно:

Ясно е, че две пространствено разделени зони на чувствителност не могат да бъдат пресичани от движещ се обект едновременно. В този случай сигналите в каналите се появяват последователно, следователно тяхната амплитуда не намалява. От формулата следва, че смущенията на изхода на диференциалния приемник са нула, ако следните условия са изпълнени заедно:

1. Формите на намеса в каналите са еднакви.

2. Амплитудите на смущенията са еднакви.

3. Интерференцията има същото времево положение.

В случай на слънчеви смущения са изпълнени условия 1 и 3. Условие 2 е изпълнено само ако един и същ материал служи като фон в двата канала или ъглите на падане на слънчевата енергия на фона са еднакви в двата канала или и в двата каналите, потокът на слънчевата радиация пада върху цялата площ на фона, която ограничава зоните на чувствителност. На фиг. показва зависимостта на амплитудата на шума на изхода на диференциалния етап от амплитудата на шума на неговия вход.

Параметърът е съотношението на амплитудите на смущаващи ефекти в каналите. В този случай се има предвид, че условията 1 и 3 са изпълнени.

Фиг. може да се види, че при достатъчно добро съвпадение на амплитудите на смущаващи влияния в каналите се постига 5 ... 10-кратно потискане на тези смущения. При стойности U B xi / U Б x2> 1.2 потискането на смущенията е намалено и характеристиката uout = / се стреми към подобна характеристика на един приемник.

Когато е изложен на конвективни смущения, степента на неговото потискане от диференциалния приемник се определя от степента на неговата корелация в пространствено разделени точки на фоновата повърхност. Степента на пространствена корелация на конвективния шум може да бъде оценена чрез измерване на интензитета му с диференциални и конвенционални методирецепция. Резултатите от някои измервания са показани на фиг. 4.14.

Оптимално честотно филтриране.Ефективното потискане на смущенията по този метод е възможно при значителна разлика в честотните спектри на сигналите и смущенията. От горните данни следва, че в нашия случай няма такава разлика. Следователно използването на този метод за пълно потискане на смущенията не е възможно.

Основният вид шум, който определя чувствителността на ICSO, е собственият шум на приемника. Следователно, оптимизирането на честотната лента на усилвателя в зависимост от спектъра на сигнала и естеството на шума на приемника ви позволява да реализирате максималните възможности на приемащата система.

Оптично спектрално филтриране.Същността на метода за оптично спектрално филтриране е същата като в случая на оптимално честотно филтриране. Спектралното филтриране потиска смущенията поради различията в оптичните спектри на сигналите и смущенията. Тези разлики практически липсват за конвективните смущения и за компонента на слънчевите смущения, произтичащи от промени във фоновата температура под въздействието на слънчевата радиация, обаче спектърът на слънчевата интерференционна компонента, отразена от фона, се различава значително от спектъра на сигнала. Спектралната плътност на излъчващата светимост на абсолютно черно тяло се определя от формулата на Планк:

къде е дължината на вълната; k - константа на Болцман; T е телесната температура; h е константата на Планк; c е скоростта на светлината.

Графичното представяне на функцията, нормализирано от, за контрастното излъчване на обекта и слънчевата радиация е показано на фиг. 4.15.

Според класическата теория за линейно оптимално филтриране, за да се осигури максималното съотношение сигнал / шум, спектралната честотна лента на оптичния филтър трябва да бъде съобразена с спектъра на контрастното излъчване на обекта и да има формата, показана на фиг. 4.15.

Безкислородното стъкло IKS-33 удовлетворява това условие най-пълноценно от наличните в търговската мрежа материали.

Степента на потискане на слънчевите смущения от тези филтри за различни среди е показана в таблица. 4.1. Таблицата показва, че най-голямото потискане на слънчевите смущения се постига чрез филтъра IKS-33. Черен полиетиленово фолиомалко по-нисък от IKS-33.

По този начин, дори когато се използва филтър IKS-33, слънчевите смущения се потискат само 3,3 пъти, което не може да доведе до радикално подобряване на шумовата устойчивост на пасивно оптично детекторно устройство.

Оптимално пространствено честотно филтриране.Известно е, че характеристиките на откриване при условия на оптимално линейно филтриране са уникално свързани със стойността на съотношението сигнал / шум. За да ги оцените и сравните, е удобно да използвате стойността

където U е амплитудата на сигнала; е спектралната плътност на мощността на сигнала; е спектралната плътност на мощността на смущенията.

Маса 1. Потискане на слънчевите смущения от различни филтри за различен произход

Физически стойността е отношението на енергията на сигнала към спектралната плътност на мощността на смущенията. Очевидно, с промяна в плътния ъгъл на елементарната зона на чувствителност, интензитетът на шума, излъчван от фона и влизащ в приемащия канал, се променя. В същото време амплитудата на сигнала зависи от геометричната форма на елементарната зона на чувствителност. Нека разберем при каква конфигурация на зоната на елементарната чувствителност стойността на q достига максималната си стойност, за която разглеждаме най -простият моделоткриване. Нека зоната на чувствителност на IKSO е неподвижна спрямо фона и откритият обект се движи с ъглова скорост Vo6спрямо точката на наблюдение. Зоната на чувствителност и обекта в равнината, нормална към оптичната ос, са правоъгълни, а ъгловите размери на обекта и зрителното поле са толкова малки, че могат да се разглеждат с достатъчна степен на точност

където е плътният ъгъл, при който обектът се вижда; е плътният ъгъл на зоната на чувствителност; е ъгловият размер на обекта,

в хоризонтално и вертикални равнини; ъгловият размер на зоната на чувствителност съответно в хоризонталната и вертикалната равнина;

Енергийната яркост на обекта В е почти еднаква по цялата му повърхност, а спектралната плътност на енергийната яркост на фоновия шум е еднаква по цялата повърхност на фона. Сигналът и фоновият шум са адитивни. Движението на обекта се извършва равномерно в равнината на ъгъла a „. Приемникът на енергия е без инерция, квадратен закон. Сигналът от приемника се подава към регулируем оптимален филтър. Тогава спектралната плътност на мощността на фоновите смущения на изхода на приемника ще бъде определена чрез израза:

където Копт- коефициент на предаване на оптичната система; ДА СЕ T- коефициент на предаване на пътя на разпространение на сигнала; ДА СЕ NS- чувствителността на приемника.

Когато обектът пресича зрителното поле, на изхода на приемника се формира сигнален импулс, чиято форма и спектърът, ако u, се определят от изразите:

където U0 е сигнален импулс с единична амплитуда; - спектърът на сигнален импулс с единична амплитуда.

За фон, излъчващ смущения, чиято спектрална плътност на мощността има формата, стойността на изхода на приемника без инерция в съответствие с израза се определя като

Характерът на зависимостта на стойността на ui има формата, показана на фиг. 4.16. От горното следва, че за да се осигури максималното съотношение сигнал / фонов шум, формата на зоната на чувствителност трябва да бъде свързана с формата на обекта.

В случай на флуктуиращ фонов шум, максималната стойност на съотношението сигнал / фонов шум се постига, когато геометричната форма на елементарната зона на чувствителност съвпада с формата на обекта. Това заключение е приложимо и за случая на импулсни слънчеви смущения. Това се потвърждава от очевидния факт, че с увеличаване на твърдия ъгъл на зоната на чувствителност от стойност, равна на плътния ъгъл, под който се вижда обектът, амплитудата на сигнала не се променя и амплитудата на слънчевите смущения се увеличава пропорционално към плътния ъгъл на зоната на чувствителност. Тоест, методът за оптимално пространствено-честотно филтриране дава възможност да се увеличи устойчивостта на пасивни оптични средства за откриване както на конвективни, така и на слънчеви смущения.

Двулентов метод за приемане на инфрачервено лъчение.Същността на този метод се състои във въвеждането на втори канал в IKSO, който осигурява приемането на инфрачервено лъчение във видимия или близкия до IR диапазон, за да се получи допълнителна информация, която отличава сигнала от смущенията. Използването на такъв канал заедно с основния канал в условията на една стая е неефективно, тъй като както сигналът, така и смущенията в присъствието на осветление се формират в двата спектрални диапазона. Много по -ефективно е използването на канала на видимия обхват, когато е инсталиран извън защитените помещения, на места, недостъпни за блокиране на този канал от изкуствени източници на светлина. В този случай, когато слънчевото осветление се промени, каналът генерира сигнал, забраняващ възможната работа на IKSO под въздействието на слънчеви смущения. При такава организация двулентовият метод дава възможност за напълно премахване на фалшивите аларми на IKSO, които са възможни поради появата на слънчеви смущения. Очевидна е възможността за блокиране на термичния канал по време на интерференцията.

Параметрични методи за повишаване на шумоустойчивостта на IKSO.Основата на параметричните методи за повишаване на шумовата устойчивост на IKSO е идентифицирането на полезни сигнали чрез един или набор от параметри, характерни за обектите, причиняващи появата на тези сигнали. Като такива параметри могат да се използват скоростта на движение на обекта, неговите размери, разстоянието до обекта. На практика по правило специфичните стойности на параметрите не са известни предварително. Съществува обаче определена област от тяхното определение. Така че скоростта на човек, който върви пеша, е по -малка от 7 m / s. Комбинацията от такива ограничения може значително да стесни областта на желания сигнал и следователно да намали вероятността от фалшива аларма.

Нека разгледаме някои методи за определяне на параметрите на обект по време на неговото пасивно оптично откриване. За да се определи скоростта на движение на обекта, неговият линеен размер по посока на движение и разстоянието до него, е необходимо да се организират две паралелни зони на чувствителност, раздалечени в равнината на движение на обекта на някакво основно разстояние L След това е лесно да се определи, че скоростта на движение на обекта е нормална спрямо зоните на чувствителност

където е времето на закъснение между сигналите в приемащите канали.

Линеен размер на обекта Бобв равнината, нормална към зоните на чувствителност, се определя като

къде е тио .5 - продължителността на сигналния импулс на ниво U = 0.5U макс.

При условие разстоянието до обекта се определя от израза

където е ъгловият размер на елементарната зона на чувствителност в радиани; е продължителността на предния ръб на импулса на сигнала.

Получени стойности на параметри Wob, b ^, D o6 се сравняват с областите на тяхното определение, след което се взема решение за откриване на обекта. В случай, че организирането на две паралелни зони на чувствителност е невъзможно, параметрите на сигналния импулс могат да служат като идентифициращи параметри: време на нарастване, продължителност на импулса и т.н. Основното условие за прилагането на този метод е широката честотна лента на приемния път, която е необходима за приемане на сигнала без изкривяване на формата му, т.е. в този случай е изключено използването на оптималния метод за филтриране. Параметърът, който не се изкривява в процеса на оптимално филтриране, е времето на закъснение между сигналите, което се случва в канали, разделени от пространството. Следователно, идентификацията чрез този параметър може да се извърши без разширяване на честотната лента на приемащия път. За да се извърши идентификацията на полезния сигнал в ICSO с многолъчева зона на чувствителност съгласно параметъра m 3, е необходимо той да бъде оформен в равнината на движението на обекта с помощта на независими приемници.

Например, помислете за областите на определяне на параметрите на импулса на сигнала и стойността на m 3 за еднопозиционна ICSO с многолъчева зона на чувствителност при реални стойности на ъгловата дивергенция на елементарната зона на чувствителност an = 0,015 rad, размерът на входната зеница d = 0,05 m и ъгълът между зоните на чувствителност ap = 0,3 rad.

Продължителността на импулса на нулево ниво се определя от израза

Обхват на дефиниция на продължителността на импулса за обхвата на скоростта V О 6 = 0.1.7.0 m / s, е t io = 0.036 ... 4.0 s. Динамичен диапазон

Областта за определяне на продължителността на импулса на ниво 0.5U max е по -тясна и е 0.036 ... 2.0 s, а динамичният диапазон

Продължителността на предния край на сигналния импулс се определя от израза

Откъде идва домейнът на дефиницията и динамиката

диапазон

Продължителността на закъснението между импулсите, възникващи в съседни канали, може да се определи по формулата:

Обхват на дефиниране на стойността на забавяне 0 ... 30 s. За приетата стойност d = 0,05 m и обхвата на обхвата D o6 = 1 ... 10 m, дефиниционната площ е 4,5 ... 14,0, а динамичният диапазон е 3,1.

За d = 0, динамичният диапазон за всички диапазони Do6= 0 ... 10 м.

По този начин най -стабилният идентификационен параметър е стойността на m 3 / tf.

Поради синхронността на появата на слънчеви смущения в пространствено разделени канали, отбелязани в гл. 4.3, е възможно напълно да се дегантира от него с помощта на параметъра

Използването на независими канали дава възможност да се увеличи устойчивостта на устройството към конвективни смущения, тъй като окончателното решение за откриване се взема само ако сигналите са открити в поне два канала през определен интервал от време, определен от максимално възможното забавяне на импулса на сигнала между каналите. В този случай вероятността за фалшива аларма се определя от израза

където Rls1. Рлсг - вероятности за фалшиви аларми в отделни канали.

Сравнителен анализ на методите за повишаване на шумоустойчивостта на IKSO.Горните методи за повишаване на шумоустойчивостта на IKSO са доста разнообразни както по своята физическа същност, така и по сложността на изпълнението. Всеки от тях поотделно има както определени предимства, така и недостатъци. За удобство да сравним тези методи по отношение на комбинацията от положителни и отрицателни качества, ще съставим морфологична таблица. 4.2.

Таблицата показва, че нито един метод не може напълно да потисне всички смущения. Едновременното използване на няколко метода може значително да увеличи шумоизолацията на IKSO с леко усложнение на устройството като цяло. По отношение на комбинацията от положителни и отрицателни качества, най -предпочитаната комбинация е: спектрално филтриране + пространственочестотно филтриране + параметричен метод.

Нека разгледаме основните методи и инструменти, прилагани на практика в съвременната ICSO, които позволяват да се осигури достатъчно висока вероятност за откриване с минимална честота на фалшиви аларми.

Предприемат се следните мерки за защита на приемащото устройство от въздействието на радиация, лежаща извън спектралния обхват на сигнала:

Входният прозорец на пиромодула е покрит с германиева плоча, която не пропуска радиация с дължина на вълната по -малка от 2 микрона;

Входният прозорец на всички CO е изработен от полиетилен с висока плътност, който осигурява достатъчна твърдост за поддържане геометрични размерии в същото време непропускаща радиация в диапазона на дължините на вълните от 1 до 3 микрона;

Таблица 2. Методи за повишаване на имунитета на ICSO

	Положителни черти	Отрицателни качества
Диференциална		Нисък имунитет към некорелирани смущения
Честотно филтриране	Частично потискане на слънчевите и конвективните смущения	Сложност на внедряването за многоканални системи
Спектрално филтриране	Лесно изпълнение. Частично потискане на слънчевите смущения.	Конвективните смущения не се потискат
Двулентов	Пълно потискане на слънчевите смущения, прост път на обработка	Възможност за блокиране на продукта от външни източници на светлина. Конвективните смущения не се потискат. Необходимостта от допълнителен оптичен канал
Оптимално пространствено честотно филтриране	Частично потискане на фоновите и слънчевите смущения. Лесно изпълнение	Необходимостта от използване на приемници със специална форма на чувствителната зона
Параметрични методи	Частично потискане на фоновия шум. Значително отхвърляне на слънчеви струпвания	Сложност на пътя на обработка

Лещите на Френел са направени под формата на концентрични кръгове, щамповани върху повърхността на входния прозорец от полиетилен с фокусно разстояние, съответстващо на максималното ниво на радиация, характерно за температурата на човешкото тяло. Излъчванията с други дължини на вълните ще бъдат "размазани" през тази леща и по този начин ще бъдат отслабени.

С тези мерки е възможно да се отслаби ефекта на смущенията от източници извън спектралния диапазон с хиляди пъти и да се осигури възможността IKSO да функционира в условия на силно слънчево осветление, използването на осветителни лампи и т.н.

Мощно средство за защита срещу термични смущения е използването на пироприемник на две места с образуване на зона за чувствителност с два лъча. Когато човек мине, сигнал се появява последователно във всеки от двата лъча, а топлинният шум е до голяма степен корелиран и може да бъде отслабен с помощта на най -простата схема за изваждане. Всички съвременни пасивни IKSO използват две платформи, а най-новите модели също използват четириядрени пироелементи.

В началото на разглеждането на алгоритмите за обработка на сигнали е необходимо да се направи следната забележка. Различните производствени компании могат да използват различна терминология за определяне на алгоритъм, тъй като производителят често дава уникално име на определен алгоритъм за обработка и го използва под собствената си търговска марка, въпреки че всъщност може да използва всеки традиционен метод за анализ на сигнала, използван от други компании. ..

Алгоритъм оптимална филтрациявключва използването не само на амплитудата на сигнала, но и на цялата му енергия, тоест продукт на амплитудата и продължителността. Допълнителен информативен знак на сигнала е наличието на два фронта - на входа на "лъча" и на неговия изход, което дава възможност да се настрои от много смущения, които имат формата на "стъпка". Например, в IKSO Vision-510, процесорният модул анализира биполярността и симетрията на формата на сигнала от изхода на диференциалния пироприемник. Същността на обработката е сравняване на сигнал с два прага и в някои случаи сравняване на амплитудата и продължителността на сигналите с различна полярност. Възможно е също да се комбинира този метод с отделно преброяване на превишаването на положителния и отрицателния праг. PARADOX е нарекъл този алгоритъм анализ на влизане / излизане.

Поради факта, че електрическият шум има или кратка продължителност, или стръмен фронт, за повишаване на шумозащитата е най -ефективно да се използва алгоритъмът за настройка - изборът на стръмен фронт и блокирането на изходното устройство за продължителността на тяхното действие . По този начин се постига стабилна работа на CO дори при условия на силни електрически и радио смущения в диапазона от стотици килохерца до един гигагерц при силата на полето до SE / m. Паспортите за съвременния IKSO показват устойчивост на електромагнитни и радиочестотни смущения със сила на полето до 20 ... 30 V / m.

Следващият ефективен метод за повишаване на устойчивостта на шум е използването на веригата "броене на импулси".Диаграмата за чувствителност за най-често срещаните „насипни“ CO има структура с много лъчи. Това означава, че при движение човек последователно пресича няколко лъча. Освен това техният брой е правопропорционален на броя на лъчите, образуващи зоната за откриване на CO и разстоянието, изминато от човек. Изпълнението на този алгоритъм е различно в зависимост от модификацията на CO. Най -често използваната ръчна настройка на превключвателя за определен брой импулси. Очевидно в това отношение с увеличаване на броя на импулсите, шумовата устойчивост на IKSO се увеличава. За да се задейства устройството, човек трябва да премине няколко лъча, но това може да намали способността за откриване на устройството поради наличието на "мъртви зони". PARADOX ICSO използва патентован алгоритъм за обработка на пироприемник APSP, който автоматично превключва броя на импулсите в зависимост от нивото на сигнала. За сигнали на високо ниво детекторът веднага генерира аларма, докато работи като праг, а за сигнали на ниско ниво автоматично превключва в режим на отчитане на импулсите. Това намалява вероятността от фалшиви аларми, като същевременно се запазва същата детективност.

ICSO Enforcer-QX използва следните алгоритми за преброяване на импулси:

SPP - импулсите се броят само за сигнали с редуващи се знаци;

SGP3 - отчитат се само групи от импулси с противоположна полярност. Тук възниква алармено състояние, когато три такива групи се появят в рамките на определено време.

В последните модификации на IKSO схемата се използва за повишаване на шумозащитата "адаптиран прием".Тук прагът автоматично следи нивото на шума и с повишаването му също се увеличава. Този метод обаче не е без недостатъци. При многоканален модел на чувствителност е много вероятно един или повече лъчи да бъдат насочени към зона с интензивни смущения. В този случай се установява минималната чувствителност на цялото устройство, включително тези лъчи, при които интензитетът на смущенията е незначителен. Това намалява общата вероятност за откриване на цялото устройство. За да се премахне този недостатък, се предлага да се „идентифицират“ лъчите с максималното ниво на шум и да се засенчат с помощта на специални непрозрачни екрани, преди да включите устройството. В някои версии на устройствата те са включени в комплекта за доставка.

Анализът на продължителността на сигнала може да се извърши както чрез директния метод за измерване на времето, през което сигналът надвишава определен праг, така и в честотната област чрез филтриране на сигнала от изхода на пироприемника, включително чрез плаващ праг,честотно-зависим обхват. Прагът на отговор е зададен на ниско ниво в честотния диапазон на полезния сигнал и на по -високо ниво извън този честотен диапазон. Този метод е включен в IKSO Enforcer-QX и е патентован под името IFT.

Друг вид обработка, предназначена да подобри характеристиките на IKSO, е автоматична температурна компенсация.В диапазона на температурите на околната среда от 25 ... 35 ° C чувствителността на пироприемника намалява поради намаляване на термичния контраст между човешкото тяло и фона, а при по -нататъшно повишаване на температурата чувствителността отново се повишава, но „с обратния знак“. В така наречените "конвенционални" термични компенсационни вериги се измерва температурата и когато се повиши, усилването се увеличава автоматично. При "истински"или "двупосочен"компенсация, се взема предвид увеличаването на термичния контраст при температури над 25 ... 35 ° C. Използването на автоматична температурна компенсация осигурява почти постоянна чувствителност на ICSO в широк температурен диапазон. Такава термична компенсация се използва в IKSO от PARADOX и C&K SYSTEMS.

Изброените видове обработка могат да се извършват по аналогов, цифров или комбиниран начин. В съвременния ICSO все по -често се използват цифрови методи за обработка с използването на специализирани микроконтролери с ADC и сигнални процесори, което позволява подробна обработка на „фината“ структура на сигнала, за да се разграничи по -добре от фона на шума. Напоследък има съобщения за разработването на напълно цифрова ICSO, която изобщо не използва аналогови елементи. В този IKSO сигналът от изхода на пироприемника се подава директно към аналогово-цифровия преобразувател с висок динамичен диапазон и цялата обработка се извършва в цифров вид. Използването на изцяло цифрова обработка ви позволява да се отървете от такива „аналогови ефекти“ като възможни изкривявания на сигнала, фазови отмествания и прекомерен шум. Digital 404 използва собствения алгоритъм за обработка на сигнали на SHIELD, който включва APSP, и анализира следните параметри на сигнала: амплитуда, продължителност, полярност, енергия, време на покачване, форма, време на пристигане и последователност на сигнала. Всяка сигнална последователност се сравнява с модели, съответстващи на движение и смущения, дори видът на движение се разпознава и ако критериите за аларма не са изпълнени, данните се съхраняват в паметта за анализ на следващата последователност, или цялата последователност се потиска. Комбинираното използване на метално екраниране и софтуерно потискане на смущенията направи възможно повишаването на устойчивостта на Digital 404 към електромагнитни и радиочестотни смущения до 30 ... 60 V / m в честотния диапазон от 10 MHz до 1 GHz.

Известно е, че поради случайния характер на полезни и смущаващи сигнали, алгоритмите за обработка, основани на теорията на статистическите решения, са най -добрите. Съдейки по изявленията на разработчиците, тези методи започват да се използват в най -новите модели ICSO от C&K SYSTEMS.

Най -общо казано, доста е трудно да се прецени обективно качеството на използваната обработка, само въз основа на данните на производителя. Косвени знаципритежаването на СО с високи тактически и технически характеристики може да бъде наличието на аналогово-цифров преобразувател, микропроцесор и голям обем от използваната програма за обработка.

Разлика между активни и пасивни инфрачервени сензори

Инфрачервените сензори стават все по -разпространени всеки ден. Независимо дали го осъзнавате или не, вероятно сте използвали инфрачервен (IR) сензор повече от веднъж в живота си. Повечето от нас превключват телевизионни канали с дистанционно управление, което излъчва инфрачервена светлина, а много от нас преминават през сензори за сигурност, които откриват движение чрез инфрачервена светлина.

Производителите използват широко инфрачервени сензори и вероятно сте ги виждали да работят в автоматизиран режим гаражни вратиОх. Днес има два вида инфрачервени сензори - активни и пасивни. В тази публикация ще говорим за разликите между активни и пасивни инфрачервени сензори и техните области на приложение.

Принципът на действие на IR сензора е прост. В стандартен IR сензор, излъчвател изпраща невидима светлина към приемника на известно разстояние. Ако приемникът не получи сигнал, сензорът показва, че между тях има обект. Но каква е разликата между пасивните и активните сензори?

Може да предположите, че пасивните IR сензори са по -малко сложни от техните активни колеги, но грешите. Функционалността на пасивен IR сензор може да бъде трудна за разбиране. Първо, всеки (хора, животни, дори неодушевени обекти) излъчва определено количество инфрачервено лъчение. Инфрачервеното излъчване, което излъчват, е свързано с топлинния и материалния състав на тяло или предмет. Хората не могат да виждат IR, но хората са разработили електронни устройства за откриване, за да открият тези невидими сигнали.

Пасивните IR (PIR) сензори използват двойка пироелектрични сензори за откриване на топлинна енергия в заобикаляща среда... Тези два сензора са инсталирани един до друг и когато разликата в сигнала между тях се промени (например, ако човек влезе в стая), сензорът се включва. Инфрачервеното лъчение се фокусира върху всеки от двата пироелектрични сензора, използвайки поредица от лещи, проектирани като сензорно тяло. Тези лещи разширяват зрителната зона на устройството.

Докато монтажът на обектива и сензорната електроника са сложна технология, тези устройства са лесни за използване. практическо приложение... Нуждаете се само от захранване и заземителна линия, за да може сензорът да произведе дискретен изход, достатъчно силен, за да може микроконтролерът да използва. Типичните настройки включват добавяне на потенциометри за регулиране на чувствителността и регулиране колко дълго PIR остава включен след задействане.

Обикновено PIR сензорите ще намерите в аларми за взлом и автоматични осветителни системи. Тези приложения не изискват сензорът да открива определено местоположение на обект, той просто открива движещи се обекти или хора в определена зона.

Докато PIR сензорите са отлични за тяхното приложение, ако искате да откриете движение като цяло, те няма да ви дадат повече информация по темата. За да разберете повече, ще ви е необходим активен IR сензор. И емитер, и приемник са необходими за настройка на активен IR сензор, но този метод на измерване е по -прост от неговия пасивен аналог. Ето как активният IR работи на основно ниво. IR излъчвателят излъчва лъч светлина към вградения приемник. Ако нищо не пречи, приемникът вижда сигнала. Ако приемникът не вижда инфрачервения лъч, той открива, че обектът е между излъчвателя и приемника и следователно той присъства в наблюдаваната зона.

Един вариант на стандартен активен инфрачервен сензор използва излъчвателя и приемника, обърнати в една и съща посока. И двете са монтирани много близо един до друг, така че приемникът да може да открие отражението на радиация от обект, когато той влезе в зоната. Стационарният рефлектор изпраща сигнала обратно. Този метод повтаря инсталирането на отделни излъчващи и приемни единици, но без да е необходимо да инсталирате отдалечен електрически компонент. Всеки метод има предимства и недостатъци въз основа на материала, който сензорът ще открие, и други специфични обстоятелства.

Активните инфрачервени сензори са много често срещани в индустриалната среда. В тези приложения двойка излъчватели и приемници могат точно да маркират дали даден обект е например в определена позиция на конвейер. Можете също да намерите активни инфрачервени сензори в системите за сигурност на гаражни врати, които предотвратяват наранявания или механични повреди поради препятствия по пътя на вратата. Каквото и да е вашето приложение, има много инфрачервени сензори в пасивни и активни конфигурации, които да отговарят на вашите нужди.