IR-Bewegungsmelder. Passiv-Infrarot-Co. Pyro und Störungen

IR-Bewegungssensor

Als eine der Innovationen, die in unser Leben gekommen sind, ist der Anwendungsbereich breit, so dass sie aufgehört hat, eine "Kuriosität" zu sein und überall angewendet wird. Natürlich interessieren sich die Leute für dieses Gerät. Ich habe es geschafft, die Veröffentlichung des Autors zu finden, der dieses Thema sehr ausführlich behandelt hat, wie sie sagen, wird nicht hinzugefügt, nicht abgezogen.

Ich präsentiere Ihre Aufmerksamkeit Artikel aus der Zeitschrift "Radioamator" von N.P. Vlasyuk, Stadt Kiew.

Passiv-Infrarot-Bewegungssensor

Der mit ~ 220 V betriebene Passiv-Infrarot-Bewegungsmelder wird im Set mit einem Halogenstrahler hergestellt und ist als Einzelgerät konzipiert. Passiv wird genannt, weil es den Kontrollbereich nicht mit Infrarotstrahlung ausleuchtet, sondern seine Hintergrund-Infrarotstrahlung nutzt, also absolut ungefährlich ist.

Zweck des IR-Sensors und praktische Anwendung

Der Sensor ist so konzipiert, dass er automatisch eine Last, beispielsweise einen Suchscheinwerfer, einschaltet, wenn ein sich bewegendes Objekt in seinen Kontrollbereich eindringt, und ihn ausschaltet, nachdem das Objekt den Bereich verlässt. Es wird verwendet, um die Fassaden von Häusern, Höfen, Baustellen usw. zu beleuchten.

Technische Daten des Passiv-Infrarot-Sensors Modell 1VY7015

Die Versorgungsspannung des Sensors und des gesamten Gerätes beträgt ~ 220 V, die Stromaufnahme des Sensors selbst im Sicherheitsmodus beträgt 0,021 A, was einer Leistungsaufnahme von 4,62 W entspricht. Wenn eine Halogenlampe mit einer Leistung von 150 oder 500 W eingeschaltet wird, erhöht sich natürlich der Stromverbrauch entsprechend. Der maximale Erfassungsradius eines sich bewegenden Objekts (vor dem Sensor) beträgt 12 m, die Empfindlichkeitszone in der horizontalen Ebene beträgt 120 ... 180 0, eine einstellbare Beleuchtungsverzögerung (nach Verlassen der Kontrollzone) von 5 . .. 10 s bis 10 ... 15 Minuten. Der zulässige Betriebstemperaturbereich beträgt -10 ... + 40 ° . Zulässige Luftfeuchtigkeit bis 93%.

Der IR-Sensor kann sich in einem der folgenden Modi befinden. "Sicherheitsmodus", in dem er "wachsam" die überwachte Zone überwacht und jederzeit bereit ist, das Executive-Relais (Last) einzuschalten. „Alarmmodus“, bei dem der Sensor die Last mit Hilfe des Executive-Relais einschaltet, da ein bewegtes Objekt in seinen Kontrollbereich gelangt ist. „Schlafmodus“, bei dem der Sensor bei eingeschalteter (unter Strom stehender) Tageszeit nicht auf äußere Reize reagiert und mit Einsetzen der Dämmerung (Dunkelheit) automatisch in den „Sicherheitsmodus“ wechselt. Dieser Modus ist vorgesehen, um die Beleuchtung tagsüber nicht einzuschalten. Nach dem Anlegen der Spannung startet der Melder aus dem „Alarmmodus“ und wechselt dann in den „Sicherheitsmodus“.

Diese Sensoren sind auch separat erhältlich. Sie werden viel breiter als ein Set (ein Suchscheinwerfer mit Sensor) eingesetzt und können je nach Stromversorgungsmodus für eine Spannung von ~ 220 V oder = 12 V ausgelegt werden.

So funktioniert ein Passiv-Infrarot-Sensor

Die infrarote Hintergrundstrahlung des Überwachungsbereichs wird durch das Frontglas (Linse) auf einen infrarotempfindlichen Fototransistor fokussiert. Die daraus stammende Niederspannung wird mit Hilfe von Operationsverstärkern (OA) der in der Sensorschaltung enthaltenen Mikroschaltung verstärkt. Unter normalen Bedingungen ist der elektromechanische Lastschalter stromlos. Sobald ein sich bewegendes Objekt im kontrollierten Bereich erscheint, ändert sich die Beleuchtung des Fototransistors, dieser gibt eine geänderte Spannung an den Eingang des Operationsverstärkers aus. Verstärktes Signal wirft der Stromkreis aus dem Gleichgewicht, wird ein Relais ausgelöst, das die Last einschaltet, beispielsweise eine Beleuchtungslampe. Sobald das Objekt die Zone verlässt, leuchtet die Lampe je nach eingestellter Zeit des elektronischen Zeitrelais noch einige Zeit weiter und wechselt dann in den Grundzustand - "Sicherheitsmodus".

Ein schematisches Diagramm eines passiven IR-Sensors Modell 1VY7015 ist in Abb. 1 gezeigt.

Im Vergleich zu ähnlichen 1 2-Volt-IR-Sensoren ist die Schaltung dieses Modells einfach. Es ist nach dem Schaltplan gezeichnet. Da die Hersteller nicht alle Funkelemente auf dem Schaltplan angegeben haben, musste der Autor dies selbst tun. Die Platine mit den Maßen 80 × 68 mm enthält klappbare Funkelemente ohne Verwendung von CHIP-Elementen.

Der Zweck der wichtigsten Radioelemente des Schaltplans

1. Das Sensornetzteil ist transformatorlos und besteht aus einem Löschkondensator C2 mit einer Kapazität von 0,33 μF × 400 V. Nach der Gleichrichterbrücke stellt die Zenerdiode ZD (1 N4749) eine Spannung von 25 V ein, die verwendet wird die Relaisspule K1 mit Strom versorgen, und der Stabilisator DA1 (78L08 ) von 25 V stabilisiert 8 V, die zur Stromversorgung des LM324-Mikroschaltkreises und im Allgemeinen des gesamten Schaltkreises verwendet werden. Kondensator C4 ist ein Glättungskondensator und SZ schützt den Sensor vor hochfrequenten Störungen.

2. Der Infrarot-Phototransistor PIR D203C mit drei Ausgängen ist das "scharfe Auge" des Sensors, sein Hauptelement, er gibt den "Befehl" aus, das Executive-Relais einzuschalten, wenn sich der Infrarothintergrund des überwachten Bereichs schnell ändert. Es wird von +8 V über einen Widerstand R15 gespeist. Kondensator C13 ist ein Glättungskondensator und C12 schützt den Fototransistor vor hochfrequenten Störungen.

3. Mikroschaltung LM324N (Marktwert 0,1 USD) - der Hauptverstärker des Sensors. Es enthält 4 Operationsverstärker, die in Reihe (4-3-2-1) durch eine Sensorschaltung (Radioelemente R7, C6; D1, D2; R21, D3) geschaltet sind, die eine hohe Verstärkung des von der IR-Fototransistor und hohe Empfindlichkeit des gesamten Sensors. Stromversorgung über 8 V ("Plus" - Pin 4, "Minus" - Pin 11).

4. Das elektromechanische Relais K1 Typ LS-T73 SHD-24VDC-FA dient dazu, die Last einzuschalten bzw. mit ~ 220 V zu versorgen. Die Spannung von +25 V an der Relaisspule wird von der Transistor VT1. Die Nennbetriebsspannung der Relaiswicklung beträgt 24 V, und ihre Kontakte lassen laut Aufschrift auf dem Gehäuse einen Strom von 10 A bei ~ 240 V zu, was Zweifel an der Schaltfähigkeit eines so kleinen Relais aufkommen lässt eine Belastung von 2400 W. Ausländische Hersteller überschätzen oft die Parameter ihrer Radioelemente.

5. Transistor VT1 Typ SS9014 oder 2SC511. Hauptbegrenzungsparameter: Ukemax = 45 V, lkmax = 0,1 A. Ermöglicht das Ein- und Ausschalten des Relais K1 in Abhängigkeit von den Spannungsverhältnissen (Pin 1 von LM324N und Kollektor VT2) an seiner Basis.

6. Brücke (R5, R6, R7, VR2, Fotowiderstand CDS) Transistor VT2 (SS9014, 2SC511) sind so ausgelegt, dass sie einen von zwei Betriebsmodi des Sensors herstellen: "Sicherheitsmodus" oder "Schlafmodus". Der erforderliche Modus wird durch die Beleuchtung des CDS-Fotowiderstands bereitgestellt (er ist es, der mit seinem Widerstand, der sich C "-Beleuchtung ändert, dem Sensor durch die Position des variablen Widerstands VR2 (DAY LIGHT) anzeigt, ob es Tag oder Nacht ist. Wenn sich der Schieberegler des variablen Widerstands in der Position "Tag" befindet, arbeitet der Sensor also als Tag und Nacht und in der Position "Nacht" - nur nachts und tagsüber im "Schlafmodus".

7. Einstellbares elektronisches Zeitrelais (C14, R22 VR1) bietet eine Zeitverzögerung für das Ausschalten der Leuchtlampe von 5 ... 10 s bis 10 ... 15 Minuten nachdem das Objekt den Kontrollbereich verlassen hat. Anpassung ist vorgesehen

variabler Widerstand ZEIT VR1.

8. Der variable Widerstand SENS VR3 wird verwendet, um die Sensorempfindlichkeit durch Ändern der Tiefe der negativen Rückkopplung im Operationsverstärker Nr. 3 einzustellen.

9. Die Dämpfungsschaltung R1C1 absorbiert Spannungsspitzen, die beim Ein- und Ausschalten der Halogenlampe auftreten.

10. Andere Funkelemente (z. B. R16-R20 R11, R12 usw.) bieten normale Arbeit Operationsverstärker der Mikroschaltung LM324N.

Wenn Sie mit der Reparatur eines IR-Sensors beginnen, sollten Sie daran denken, dass alle seine Funkelemente unter Phasenspannung stehen, die lebensgefährlich ist. Bei der Reparatur solcher Geräte wird empfohlen, sie über einen Trenntransformator einzuschalten. Der Sensor arbeitet zuverlässig und wird selten repariert, aber wenn er beschädigt ist, beginnt die Reparatur mit einer externen Überprüfung seiner Platine. Wird kein Schaden festgestellt, sollten die Ausgangsspannungen des Netzteils (25 und 8V) überprüft werden. Das Stromversorgungsgerät und jedes andere Element der Schaltung (Mikroschaltung, Transistoren, Stabilisator, Kondensatoren, Widerstände) können aufgrund von Überspannungen im Versorgungsnetz oder Blitzeinschlägen ausfallen, und leider ist der Schutz vor ihnen nicht in der Sensorkreis ... Der Tester kann die Funktionsfähigkeit all dieser Elemente mit Ausnahme des Mikroschaltkreises überprüfen. Die Mikroschaltung kann bei Verdacht auf Funktionsunfähigkeit ausgetauscht werden. Das schwache Glied im Sensor können die Kontakte des K1-Relais sein, da sie erhebliche Einschaltströme der Halogenlampe schalten, wird ihre Leistung mit einem Tester überprüft.

Die Justierung des IR-Sensors besteht in der korrekten Installation von drei Justierwiderständen, die sich an der Unterseite des Sensors befinden (Abb. 2).

Was regeln diese Widerstände?

ZEIT - stellt die Verzögerungszeit für das Ausschalten der Halogenlampe ein, nachdem das Objekt, das das Einschalten verursacht hat, den kontrollierten Bereich verlassen hat. Der Einstellbereich reicht von 5 ... 10 s bis 10 ... 15 min.

DAY LIGHT - stellt den Melder tagsüber in den "Scharfmodus" oder "Schlafmodus". Aus physikalischer Sicht erlaubt oder verhindert die Position des variablen Widerstandsschiebers, dass der Sensor bei einer bestimmten Beleuchtung arbeitet. Einstellbarer Beleuchtungsbereich 30 Lux. Wenn also der Regler gegen den Uhrzeigersinn gedreht wird (auf das Zeichen „Halbmond“), funktioniert der Sensor nur im Dunkeln und „schläft“ tagsüber. Dreht man ihn in die äußerste Position gegen den Uhrzeigersinn (Schild "kleine Sonne"), dann funktioniert der Sensor sowohl tagsüber als auch nachts, d.h. den ganzen Tag. In einer Zwischenstellung zwischen diesen Werten kann der Sensor bereits in der Dämmerung in den „Scharf-Modus“ schalten. Der Sensor wechselt automatisch in einen der oben genannten Modi.

SENS - stellt die Empfindlichkeit des Sensors ein, d.h. legt einen größeren oder kleineren Bereich (oder Bereich) des kontrollierten Bereichs fest.

Nachteile des IR-Sensors

Die Nachteile des ~ 220 V IR-Sensors sind seine Fehlalarme. Dies geschieht, wenn sich Äste von Bäumen oder Büschen im Kontrollbereich bewegen; von einem vorbeifahrenden Auto, genauer gesagt von der Hitze seines Motors; von einer wechselnden Wärmequelle, wenn sie sich unter dem Sensor befindet; durch plötzliche Temperaturänderung aufgrund von Windböen; durch Blitzen und Blinken von Autoscheinwerfern durch den Durchgang von Tieren (Hunde, Katzen); vom Blinken des Netzes wird der Sensor ausgelöst und die Lampe leuchtet noch einige Zeit weiter. Zu den Nachteilen des oben beschriebenen Sensors sollte auch sein funktionsunfähiger Zustand bei fehlender Spannung von ~ 220 V gehören. Es ist möglich, die Anzahl der Fehlalarme durch eine Änderung der Position des Sensors zu reduzieren.

Der Zweck des Frontglases ist die Linse des IR-Sensors. Um den überwachten Bereich auf Control 120° und sogar 180° zu erweitern, wird die Sensorlinse halbkreisförmig oder sphärisch ausgeführt. Bei seiner Herstellung (Gießen) werden auf seiner Innenseite zahlreiche rechteckige Linsen vorgesehen. Sie unterteilen den kontrollierten Sektor in kleine Abschnitte. Jede Linse fokussiert von ihrem Abschnitt aus Infrarotstrahlung in die Mitte des Fototransistors. Die Aufteilung des Kontrollbereichs in Abschnitte führt dazu, dass der Kontrollbereich fächerförmig wird (Abb. 3).

Dadurch „sieht“ der Sensor den Einbrecher nur im schwarzen Bereich, während er im weißen „blind“ ist. Diese Zonen haben je nach Anzahl und Größe der Linsen eine von den Designern festgelegte Konfiguration. Durch die Verwendung von Mikroprozessoren können eine Reihe der oben beschriebenen Nachteile dieser Sensoren beseitigt werden. Das Objektiv ist wesentliches Element IR-Sensor. Es hängt davon ab, wie weit der Sensor horizontal und vertikal „sieht“. Einige IR-Sensoren verfügen über austauschbare Linsen, die einen kontrollierten Bereich für eine bestimmte Aufgabe schaffen. Das Linsenglas muss intakt (nicht zerbrochen) sein, sonst ist die Konfiguration seines Kontrollbereichs unvorhersehbar.

1. Beleuchtung verschiedener Räumlichkeiten, d.h. automatisches Ein- und Ausschalten der Beleuchtung in Eingängen, Lagerhallen, Wohnungen (Häusern), Haushaltshöfen und Bauernhöfen. Dazu können Sie je nach Situation sowohl die oben beschriebenen Sets von IR-Sensoren mit Strahlern oder separat erhältliche Sensoren verwenden. Das Set wird an stationären Objekten in einer Höhe von 2,5 ... 4,5 m montiert (Abb. 4).

Separat erhältliche passive IR-Sensoren können wahlweise für eine Versorgungsspannung von ~ 220 V oder +12 V ausgelegt werden. Für die Beleuchtung ist es besser, Sensoren für ~ 220 V zu verwenden, sie sind relativ günstig und liefern auch ~ 220 V an die Last , so ist es einfach, Glühbirnen daran anzuschließen ...

Eine der Varianten eines solchen Sensors, Modell USA 1009, ist in Abb. 6 dargestellt.

Es hat nur zwei Einstellwiderstände: Time Delay, das die Zeit regelt, wenn die Last getrennt wird, nachdem das Objekt den überwachten Bereich verlässt, und Light Control, das den Betrieb des Sensors bei Tag aktiviert oder deaktiviert. Maximal zulässige Belastung 1200 Watt Der Betrachtungswinkel des überwachten Bereichs beträgt 180 ° und seine maximale Länge beträgt 12 m.

Aus dem Sensor kommen drei farbige Drähte, die für den Anschluss des Netzwerks und der Last bestimmt sind. Abbildung 7

zeigt eine Schaltung zum Einschalten eines solchen Sensors an eine separate ~220 V Lampe, die als Tischlampe verwendet werden kann.

Beim Anschluss des Sensors an die vorhandene elektrische Verkabelung des Hauses (Wohnung), d.h. zu den bereits installierten Glühbirnen und Schaltern ist es wichtig, das gemeinsame Sensorkabel richtig zu finden und mit der Verkabelung zu kombinieren. Abb. 8, a, b zeigt die Diagramme des Verdrahtungsabschnitts vor dem Einschalten des Sensors und nach dem Einschalten.

Wenn Sie den Sensor verwenden, um die Veranda des Hauses zu beleuchten, ist es besser, den Sensor selbst in der Nähe der Glühbirne zu installieren.

Der Einsatz von IR-Sensoren in Beleuchtungskonzepten spart erheblich Energie und schafft Komfort beim automatischen Ein- und Ausschalten.

2. Automatisches Einschalten der Beleuchtung in Wohnungen und Häusern. In einer solchen Situation ist es besser, den Sensor an eine Tischlampe anzupassen, damit er bei Nichtgebrauch einfach ausgeschaltet werden kann.

3. Benachrichtigung des Hausbesitzers über die Ankunft von Gästen. In diesem Fall muss der Sensor auf das Zauntor oder den Raum in der Nähe gerichtet werden und für die akustische Benachrichtigung eine Klingel oder einen anderen mit ~ 220 V betriebenen Schalldetektor verwenden.

4. Sicherheit für Hof, Garage, Hof, Büro, Wohnung. Hierfür können die oben beschriebenen billigen IR-Sensoren mit ~220 V betrieben werden. Solche Sensoren haben jedoch einen großen Nachteil: Bei Netzwerkverlust funktionieren sie nicht, daher dienen sie nur zum Schutz unwesentlicher Objekte. + 12V IR-Sensoren haben diese Nachteile nicht, da sie problemlos durch Batterien gepuffert werden können. Dafür wurde ein kleines Bedienfeld (PKP) entwickelt, das an der Wand montiert wird. Es beherbergt die Stromversorgung, 12-V-Batterien für 4 Ah oder 7 Ah und die elektronische Befüllung. Alle Sensoren des Schutzobjektes sind an eine Zentrale angeschlossen, die sie zuverlässig mit Strom versorgt, von ihnen Alarme empfängt und an die Wache weiterleitet. Bei fehlender Sicherheit kann eine leistungsstarke Sirene an das Bedienfeld angeschlossen werden, die Eindringlinge abschreckt. So sollten zum Schutz wichtiger Objekte Zentralensets mit 12 V IR-Sensoren verwendet werden, zwischen denen ein handelsübliches 4-adriges Kabel verlegt wird (zwei Adern für 12 V Spannungsversorgung, zwei für ein Alarmsignal). Bei den +12 V Infrarot-Sensoren sind keine externen Regelwiderstände verbaut, da einige ihrer Funktionen auf die "Elektronische Füllung" des Zentralen-Bedienfeldes übertragen wurden.

Um Ihren Haushof zu schützen, müssen Infrarotsensoren unsichtbar installiert werden, da sie sonst beschädigt werden können. Dazu können Infrarotsensoren in der Nähe der Fenster im Haus installiert werden, die ihre Linse auf die zu schützenden Objekte richten. Zum Schutz von Wohnungen und Büros werden Infrarotsensoren in Zimmerecken installiert, zum Schutz von Garagen und Bauernhöfen sind ihre Linsen auf das Einfahrtstor gerichtet.

Wie bereits erwähnt, haben günstige IR-Sensoren für ~220 V und 12 V eine Reihe von Nachteilen, wie zum Beispiel Sensorauslösung beim Vorbeigehen von Hunden, Katzen, Mäusen. Um dieses Phänomen zu beseitigen, ist es notwendig, einen IR-Sensor im Haus auf der Fensterbank zu installieren, auf den Hof zu richten und einen Schutzschirm davor zu platzieren (Abb. 9).

In diesem Fall wird zwischen dem Boden und der Erfassungszone des IR-Sensors eine „Blindzone“ gebildet, in der der Sensor nicht auf minderjährige Täter, sondern auf eine vorbeikommende Person reagiert, da die Person höher ist als diese Zone.

Bei den neuen 12-V-Sensoren haben die Konstrukteure diesen Nachteil durch die Kompliziertheit der Schaltung und des Sensordesigns beseitigt. So wird im Infrarotsensor Israeli Crow SRX-1100 ein Mikroprozessor hinzugefügt und ein Mikrowellen-Funksender installiert, der die Größe des Eindringlings bestimmt, mit den festgelegten Schwellenwerten vergleicht und entscheidet, ob ein Alarmbefehl gegeben wird oder nicht.

Designer aus Japan und anderen Ländern haben dieses Problem auf andere Weise gelöst. Sie sorgten für eine Verschiebung (innerhalb des IR-Sensors) der Elektronikplatine mit dem Fototransistor nach oben oder unten in Bezug auf den Brennpunkt der Glaslinsen. Dadurch werden die bodennahen schwarzempfindlichen Segmente abgeschnitten und eine „Blindzone“ in Bodennähe eingerichtet, in der der Sensor Kleintiere „nicht sieht“. Die Höhe des „toten Winkels“ kann mit dem gleichen Offset der Elektronikplatine eingestellt werden. Es gibt andere Möglichkeiten, die Reaktion von Infrarotsensoren auf den Durchgang von Kleintieren auszuschließen. Das Problem des Auslösens des IR-Sensors, wenn er von Blitzen oder Autoscheinwerfern beleuchtet wird, wurde behoben. All diese Verbesserungen führen natürlich zu steigenden Kosten für passive IR-Sensoren, erhöhen aber die Zuverlässigkeit des Schutzes.

Im 21. Jahrhundert kennt jeder IR-Sensoren – sie öffnen Türen an Flughäfen und in Geschäften, wenn man zur Tür geht. Sie erkennen auch Bewegungen und geben Alarm in der Einbruchmeldeanlage. Derzeit nehmen passive optoelektronische Infrarot-(IR)-Detektoren eine führende Position beim Schutz von Räumlichkeiten vor unbefugtem Eindringen in Sicherheitseinrichtungen ein. Ihr ästhetisches Erscheinungsbild, ihre einfache Installation, Konfiguration und Wartung geben ihnen oft Vorrang vor anderen Erkennungswerkzeugen.

Passive optisch-elektronische Infrarot (IR)-Melder (häufig als Bewegungsmelder bezeichnet) erkennen das Eindringen von Personen in den geschützten (überwachten) Teil des Raumes, erzeugen ein Alarmsignal und öffnen durch Öffnen der Kontakte des Führungsrelais (Überwachung) Stationsrelais), ein "Alarm"-Signal an die Benachrichtigungseinrichtung senden ... Als Benachrichtigungsmittel können Endgeräte (UO) von Benachrichtigungsübertragungssystemen (SPI) oder ein Alarmkontroll- und Sicherheitsgerät (PPKOP) verwendet werden. Die oben genannten Geräte (UO oder Control Panel) wiederum übermitteln die empfangene Alarmmeldung über verschiedene Datenübertragungskanäle an die zentrale Überwachungsstation (CMS) oder die lokale Sicherheitskonsole.

So funktioniert der Passiv-Infrarot-Bewegungssensor

Das Funktionsprinzip von passiven optisch-elektronischen Infrarotdetektoren basiert auf der Wahrnehmung von Änderungen der Infrarotstrahlung des Temperaturhintergrunds, deren Quellen der Körper einer Person oder kleiner Tiere sowie alle Arten von Objekten sind in ihrem Blickfeld.

Bei passiven optoelektronischen IR-Detektoren trifft infrarote Wärmestrahlung auf die Fresnel-Linse und wird anschließend auf ein empfindliches Pyroelement fokussiert, das sich auf der optischen Achse der Linse befindet (Abb. 1).

Passive IR-Melder empfangen Infrarotenergieströme von Objekten und werden von einem Pyroempfänger in ein elektrisches Signal umgewandelt, das über einen Verstärker und eine Signalverarbeitungsschaltung dem Eingang des Alarmgenerators zugeführt wird (Abb. 1) 1.

Damit der Einbrecher vom passiven IR-Sensor erkannt wird, müssen folgende Bedingungen erfüllt sein:

Passive IR-Sensoren bestehen aus drei Hauptelementen:

Passive optoelektronische Infrarotdetektoren haben je nach Ausführung der Fresnel-Linse unterschiedliche geometrische Abmessungen des kontrollierten Raums und können sowohl mit einer volumetrischen Erfassungszone als auch mit einer Fläche oder linear sein. Die Reichweite solcher Detektoren liegt im Bereich von 5 bis 20 m. Das Aussehen dieser Detektoren ist in Abb. 2.

Optisches System

Moderne Infrarotsensoren zeichnen sich durch eine Vielzahl möglicher Strahlungsmuster aus. Die Empfindlichkeitszone von IR-Sensoren ist ein Satz von Strahlen verschiedener Konfigurationen, die vom Sensor in radiale Richtungen in einer oder mehreren Ebenen abstrahlen. Aufgrund der Tatsache, dass in IR-Detektoren doppelte Pyroempfänger verwendet werden, wird jeder Strahl in der horizontalen Ebene in zwei Teile geteilt:

Die Empfindlichkeitszone des Melders kann wie folgt sein:

Die Vielfalt und komplexe Ausgestaltung der Formen der Sensibilitätszone ist vor allem auf folgende Faktoren zurückzuführen:

kleine Zimmer

Es empfiehlt sich, auf die Forderung nach einheitlicher Empfindlichkeit näher einzugehen. Bei ansonsten gleichen Bedingungen ist das Signal am Ausgang des Pyroempfängers umso größer, je größer der Überlappungsgrad der Empfindlichkeitszone des Detektors durch den Eindringling und je kleiner die Strahlbreite und der Abstand zum Detektor ist. Um einen Eindringling in großer Entfernung (10 ... 20 m) zu erkennen, ist es wünschenswert, dass die Strahlbreite in der vertikalen Ebene 5 ° ... 10 ° nicht überschreitet, in diesem Fall blockiert die Person den Strahl fast vollständig. die maximale Sensibilität bietet. Bei kürzeren Distanzen steigt die Empfindlichkeit des Melders in diesem Strahl deutlich an, was zu Fehlalarmen z. B. bei Kleintieren führen kann. Um eine ungleichmäßige Empfindlichkeit zu reduzieren, werden optische Systeme verwendet, die mehrere schräge Strahlen bilden, während der IR-Detektor in einer Höhe über der menschlichen Höhe installiert wird. Die Gesamtlänge der Empfindlichkeitszone wird somit in mehrere Zonen unterteilt, und die Strahlen "am nächsten" zum Detektor werden normalerweise breiter gemacht, um die Empfindlichkeit zu verringern. Dadurch wird eine nahezu konstante Distanzempfindlichkeit erreicht, was einerseits dazu beiträgt, Fehlalarme zu reduzieren und andererseits die Detektionsfähigkeit durch Eliminierung von Totzonen in der Nähe des Melders erhöht.

Beim Aufbau optischer Systeme von IR-Sensoren können verwendet werden:

niedriger Preis

Typischerweise bildet jedes Segment der Fresnel-Linse seinen eigenen Strahl des Richtmusters. Der Einsatz moderner Linsenherstellungstechnologien ermöglicht eine nahezu konstante Detektorempfindlichkeit für alle Strahlen durch Auswahl und Optimierung der Parameter jedes Linsensegments: Segmentfläche, Neigungswinkel und Abstand zum Pyrodetektor, Transparenz, Reflektivität, Grad der Defokussierung . V In letzter Zeit Die Technologie der Herstellung von Fresnel-Linsen mit komplexer präziser Geometrie wurde beherrscht, was im Vergleich zu Standardlinsen eine Erhöhung der gesammelten Energie um 30% und dementsprechend eine Erhöhung des Nutzsignals einer Person in großen Entfernungen ermöglicht. Das Material, aus dem moderne Linsen bestehen, schützt den Pyroempfänger vor weißem Licht. Die unbefriedigende Funktion des IR-Sensors kann durch Effekte wie Wärmeströme durch Erwärmung der elektrischen Komponenten des Sensors, Eindringen von Insekten auf empfindliche Pyroempfänger, mögliche Rereflexion von Infrarotstrahlung aus den Innenteilen des Detektors verursacht werden. Um diese Effekte zu eliminieren, verwenden die IR-Sensoren der neuesten Generation eine spezielle abgedichtete Kammer zwischen Linse und Pyroempfänger (versiegelte Optik), beispielsweise bei den neuen IR-Sensoren von PYRONIX und C&K. Laut Experten stehen moderne Hightech-Fresnellinsen in ihren optischen Eigenschaften Spiegeloptiken praktisch in nichts nach.

Reflektierende Optiken als einziges Element eines optischen Systems werden selten verwendet. IR-Sensoren mit reflektierender Optik sind beispielsweise von SENTROL und ARITECH erhältlich. Die Vorteile von Spiegeloptiken sind die Möglichkeit einer genaueren Fokussierung und dadurch eine Erhöhung der Empfindlichkeit, die es ermöglicht, einen Eindringling auf große Entfernungen zu erkennen. Die Verwendung mehrerer Spiegel mit einer speziellen Form, einschließlich Mehrsegment-Spiegeln, ermöglicht eine nahezu konstante Empfindlichkeit über die Entfernung, und diese Empfindlichkeit auf große Entfernungen ist ungefähr 60 % höher als bei einfachen Fresnel-Linsen. Mit Hilfe von Spiegeloptiken ist es einfacher, den Nahbereich direkt unter dem Sensoreinbauort (die sogenannte Sabotagezone) zu schützen. Analog zu auswechselbaren Fresnel-Linsen sind IR-Sensoren mit Spiegeloptik mit auswechselbaren abnehmbaren Spiegelmasken ausgestattet, deren Verwendung es ermöglicht, die gewünschte Form der Empfindlichkeitszone zu wählen und den Sensor an verschiedene Konfigurationen des geschützten Raumes anzupassen .

Moderne hochwertige IR-Detektoren verwenden eine Kombination aus Fresnel-Linsen und reflektierender Optik. In diesem Fall werden Fresnel-Linsen verwendet, um eine Empfindlichkeitszone auf mittlere Entfernungen zu bilden, und Spiegeloptiken werden verwendet, um eine manipulationssichere Zone unter dem Sensor zu bilden und eine sehr große Detektionsentfernung zu gewährleisten.

Pyro-Empfänger:

Das optische System fokussiert IR-Strahlung auf einen Pyroempfänger, der als superempfindlicher pyroelektrischer Halbleiterwandler in IR-Sensoren verwendet wird und in der Lage ist, einen Unterschied von mehreren Zehntel Grad zwischen der Temperatur des menschlichen Körpers und dem Hintergrund zu registrieren. Die Temperaturänderung wird in ein elektrisches Signal umgewandelt, das nach entsprechender Verarbeitung einen Alarm auslöst. In Infrarotsensoren werden üblicherweise duale (differentielle, DUAL) Pyroelemente verwendet. Dies liegt daran, dass ein einzelnes pyroelektrisches Element auf jede Temperaturänderung gleich reagiert, egal ob diese durch den menschlichen Körper verursacht wird oder beispielsweise den Raum aufheizt, was zu einer Erhöhung der Frequenz von Fehlalarmen führt Alarm. In der Differenzschaltung wird das Signal eines pyroelektrischen Elements von einem anderen subtrahiert, wodurch es möglich ist, Störungen im Zusammenhang mit einer Änderung der Hintergrundtemperatur deutlich zu unterdrücken sowie den Einfluss von Licht und elektromagnetischen Störungen erheblich zu reduzieren. Das Signal einer sich bewegenden Person entsteht am Ausgang eines doppelten pyroelektrischen Elements nur, wenn eine Person den Strahl der Empfindlichkeitszone durchquert und ist ein fast symmetrisches bipolares Signal, das der Form einer Sinuskurve nahe kommt. Aus diesem Grund wird der Strahl selbst für ein doppeltes pyroelektrisches Element in der horizontalen Ebene zweigeteilt. Um die Häufigkeit von Fehlalarmen weiter zu reduzieren, werden in den neuesten Modellen von IR-Sensoren Quad-Pyroelemente (QUAD oder DOUBLE DUAL) verwendet - dies sind zwei Zwillings-Pyroempfänger, die sich in einem Sensor befinden (normalerweise übereinander angeordnet). Die Beobachtungsradien dieser Pyroempfänger sind unterschiedlich, und daher wird eine lokale Wärmequelle von Fehlalarmen nicht in beiden Pyrodetektoren gleichzeitig beobachtet. In diesem Fall wird die Geometrie der Anordnung der Pyroempfänger und der Schaltung zu ihrer Schaltung so gewählt, dass die Signale einer Person entgegengesetzte Polarität haben und elektromagnetische Störungen Signale in zwei Kanälen gleicher Polarität verursachen, was führt zur Unterdrückung dieser Art von Störungen. Bei Vierfach-Pyroelementen wird jeder Strahl in vier geteilt (siehe Abb. 2), wobei die maximale Detektionsentfernung bei Verwendung der gleichen Optik etwa halbiert wird, da eine Person für eine sichere Detektion beide Strahlen von zwei Pyroempfängern mit ihrer Körpergröße blockieren muss . Um die Detektionsentfernung für Quad-Pyroelemente zu erhöhen, ermöglicht die Verwendung von Präzisionsoptiken, die einen schmaleren Strahl bilden. Eine andere Möglichkeit, diese Situation einigermaßen zu korrigieren, ist der Einsatz von Pyroelementen mit einer komplexen verwobenen Geometrie, die in seinen Sensoren von PARADOX verwendet werden.

Signalverarbeitungseinheit

Die Signalverarbeitungseinheit des Pyroempfängers muss eine zuverlässige Erkennung des Nutzsignals einer sich bewegenden Person vor dem Hintergrund von Störungen gewährleisten. Bei IR-Sensoren sind die wichtigsten Arten und Quellen von Störungen, die zu Fehlalarmen führen können:

Sonnenstrahlung

Die Auswahl des Nutzsignals durch die Verarbeitungseinheit vor dem Hintergrund von Störungen basiert auf der Analyse der Signalparameter am Ausgang des Pyroempfängers. Diese Parameter sind die Größe des Signals, seine Form und Dauer. Das Signal einer Person, die den Strahl der Empfindlichkeitszone des IR-Sensors durchquert, ist ein fast symmetrisches bipolares Signal, dessen Dauer von der Bewegungsgeschwindigkeit des Eindringlings, der Entfernung zum Sensor, der Strahlbreite abhängt und etwa 0,02 ... 10 s mit einem aufgezeichneten Bewegungsgeschwindigkeitsbereich von 0 , 1 ... 7 m / s. Störsignale sind meist single-ended oder haben eine andere Dauer als die Nutzsignale (siehe Abb. 3). Die in der Abbildung gezeigten Signale sind sehr ungefähre Angaben, in Wirklichkeit ist alles viel komplizierter.

Der von allen Sensoren analysierte Hauptparameter ist die Signalstärke. Bei den einfachsten Sensoren ist dieser registrierte Parameter der einzige, und seine Analyse erfolgt durch den Vergleich des Signals mit einem bestimmten Schwellenwert, der die Empfindlichkeit des Sensors bestimmt und die Häufigkeit von Fehlalarmen beeinflusst. Um die Immunität gegen Fehlalarme zu erhöhen, verwenden einfache Sensoren eine Impulszählmethode, bei der berechnet wird, wie oft das Signal den Schwellenwert überschritten hat (dh wie oft der Eindringling den Strahl überquert hat oder wie viele Strahlen). es hat sich gekreuzt). In diesem Fall erfolgt der Alarm nicht beim erstmaligen Überschreiten der Schwelle, sondern erst dann, wenn innerhalb einer bestimmten Zeit die Anzahl der Überschreitungen den vorgegebenen Wert (meist 2 ... 4) überschreitet. Der Nachteil des Impulszählverfahrens ist die Verschlechterung der Empfindlichkeit, die sich insbesondere bei Sensoren mit einer einzigen vorhangartigen Empfindlichkeitszone und dergleichen bemerkbar macht, wenn der Eindringling nur einen Strahl durchqueren kann. Andererseits sind beim Zählen von Impulsen Fehlalarme durch sich wiederholende Störungen (zB elektromagnetische oder Vibration) möglich.

Bei komplexeren Sensoren analysiert die Verarbeitungseinheit die Bipolarität und Symmetrie der Wellenform aus dem Ausgang des differentiellen Pyroempfängers. Die konkrete Umsetzung einer solchen Verarbeitung und die für ihre Bezeichnung verwendete Terminologie1 kann von Hersteller zu Hersteller unterschiedlich sein. Das Wesen der Verarbeitung besteht darin, ein Signal mit zwei Schwellenwerten (positiv und negativ) zu vergleichen und in einigen Fällen die Größe und Dauer von Signalen unterschiedlicher Polarität zu vergleichen. Es ist auch möglich, dieses Verfahren mit einer getrennten Zählung der Überschreitung der positiven und negativen Schwellen zu kombinieren.

Die Analyse der Signaldauer kann sowohl durch eine direkte Methode der Messung der Zeit, während der das Signal einen bestimmten Schwellenwert überschreitet, als auch im Frequenzbereich durch Filtern des Signals vom Ausgang des Pyroempfängers, einschließlich der Verwendung eines "schwebenden" Schwellenwerts, durchgeführt werden , abhängig vom Bereich der Frequenzanalyse.

Eine andere Art der Verarbeitung, die entwickelt wurde, um die Leistung von Infrarotsensoren zu verbessern, ist die automatische Temperaturkompensation. Im Umgebungstemperaturbereich von 25 °C ... 35 °C nimmt die Empfindlichkeit des Pyroempfängers aufgrund einer Abnahme des thermischen Kontrasts zwischen dem menschlichen Körper und dem Hintergrund ab; bei weiterer Temperaturerhöhung steigt die Empfindlichkeit wieder an, aber "mit dem umgekehrten Vorzeichen". Bei sogenannten „herkömmlichen“ thermischen Kompensationsschaltungen wird die Temperatur gemessen und bei steigender Temperatur automatisch die Verstärkung erhöht. Bei "echter" oder "zweifacher" Kompensation wird eine Erhöhung des thermischen Kontrastes bei Temperaturen über 25 °C ... 35 °C berücksichtigt. Durch den Einsatz einer automatischen Temperaturkompensation ist die Empfindlichkeit des Infrarotsensors über einen weiten Temperaturbereich nahezu konstant.

Die aufgeführten Verarbeitungsarten können analog, digital oder kombiniert erfolgen. In modernen IR-Sensoren kommen zunehmend digitale Verarbeitungsverfahren unter Einsatz spezialisierter Mikrocontroller mit ADCs und Signalprozessoren zum Einsatz, die eine detaillierte Verarbeitung der Feinstruktur des Signals zur besseren Unterscheidung vom Störuntergrund ermöglichen. In letzter Zeit gab es Berichte über die Entwicklung volldigitaler IR-Sensoren, die überhaupt keine analogen Elemente verwenden.
Wie Sie wissen, basieren die besten Verarbeitungsalgorithmen aufgrund der zufälligen Natur von Nutz- und Störsignalen auf der Theorie statistische Entscheidungen.

Sonstige Sicherheitselemente für Infrarotmelder

Infrarotsensoren für den professionellen Einsatz verwenden sogenannte Anti-Masking-Verfahren. Der Kern des Problems liegt in der Tatsache, dass gewöhnliche IR-Sensoren von einem Eindringling durch vorläufiges Kleben oder Lackieren des Eingangsfensters des Sensors (wenn das System nicht scharf ist) deaktiviert werden können. Um diese Methode der Umgehung von IR-Sensoren zu bekämpfen, werden Anti-Maskierungs-Schemata verwendet. Das Verfahren basiert auf der Verwendung eines speziellen Infrarot-Strahlungskanals, der ausgelöst wird, wenn in kurzer Entfernung vom Sensor (von 3 bis 30 cm) eine Maske oder ein reflektierendes Hindernis auftaucht. Das Anti-Masking-Schema arbeitet kontinuierlich, während das System unscharf ist. Wird die Maskierung von einem speziellen Detektor erkannt, sendet der Sensor ein entsprechendes Signal an die Zentrale, die jedoch erst dann einen Alarm auslöst, wenn die Anlage scharfgeschaltet wird. In diesem Moment werden dem Betreiber Informationen zur Maskierung gegeben. Wenn diese Maskierung versehentlich war (ein großes Insekt, das Erscheinen eines großen Objekts für einige Zeit in der Nähe des Sensors usw.) und zum Zeitpunkt des Einstellens des Alarms sich selbst entfernt hat, wird kein Alarmsignal ausgegeben.

Andere Schutzelement Fast alle modernen Infrarotmelder sind mit einem Kontaktsabotageschalter ausgestattet, der den Versuch signalisiert, das Sensorgehäuse zu öffnen oder zu zerbrechen. Die Relais der Öffnungs- und Maskierungsmelder sind an eine separate Sicherheitsschleife angeschlossen.

Um die IR-Sensorauslöser bei Kleintieren zu eliminieren, werden entweder spezielle Linsen mit einer Totzone (Pet Alley) vom Boden bis zu einer Höhe von ca. 1 m verwendet oder spezielle Signalverarbeitungsmethoden. Es ist zu beachten, dass eine spezielle Signalverarbeitung es ermöglicht, Tiere nur zu ignorieren, wenn ihr Gesamtgewicht 7 ... 15 kg nicht überschreitet und sie sich dem Sensor nicht näher als 2 m nähern können.

Feste Oberflächenmontage und Metallabschirmung dienen zum Schutz vor elektromagnetischen und Funkstörungen.

Installation von Detektoren

Passive elektrooptische Infrarotdetektoren haben gegenüber anderen Detektortypen einen bemerkenswerten Vorteil. Es ist einfach zu installieren, zu konfigurieren und Instandhaltung... Detektoren dieses Typs können sowohl auf einer ebenen Fläche installiert werden tragende Wand, und in der Ecke des Raumes. Es gibt Detektoren, die an der Decke installiert sind.

Die kompetente Auswahl und der taktisch richtige Einsatz solcher Melder sind der Schlüssel zum zuverlässigen Betrieb des Gerätes und des gesamten Sicherheitssystems insgesamt!

Bei der Auswahl der Art und Anzahl der Sensoren, um den Schutz eines bestimmten Objekts zu gewährleisten, sollten mögliche Wege und Methoden des Eindringens von Eindringlingen, die erforderliche Detektionssicherheit berücksichtigt werden; Aufwendungen für Anschaffung, Installation und Betrieb von Sensoren; Merkmale des Objekts; Taktische und technische Eigenschaften von Sensoren. Ein Merkmal passiver IR-Sensoren ist ihre Vielseitigkeit - mit ihrer Verwendung ist es möglich, die Annäherung und das Eindringen von unterschiedlichsten Räumen, Strukturen und Objekten zu blockieren: Fenster, Vitrinen, Theken, Türen, Wände, Decken, Trennwände, Safes und einzelne Objekte, Korridore, Raumvolumina. In diesem Fall ist es in einigen Fällen nicht erforderlich eine große Anzahl Sensoren zum Schutz jeder Struktur - es kann ausreichen, einen oder mehrere Sensoren mit der gewünschten Konfiguration der Empfindlichkeitszone zu verwenden. Lassen Sie uns auf einige der Merkmale der Verwendung von IR-Sensoren eingehen.

Das allgemeine Prinzip bei der Verwendung von Infrarotsensoren besteht darin, dass die Strahlen der empfindlichen Zone senkrecht zur beabsichtigten Bewegungsrichtung des Eindringlings sein sollten. Der Standort der Sensorinstallation sollte so gewählt werden, dass die Totzonen minimiert werden, die durch das Vorhandensein großer Gegenstände im Schutzbereich verursacht werden, die die Strahlen blockieren (z. B. Möbel, Zimmerpflanzen). Wenn sich die Türen im Raum öffnen, sollten Sie die Möglichkeit in Betracht ziehen, den Eindringling durch offene Türen zu verschleiern. Können die Totzonen nicht eliminiert werden, sollten mehrere Sensoren verwendet werden. Beim Blockieren einzelner Objekte müssen der oder die Sensoren so installiert werden, dass die Strahlen der Empfindlichkeitszone alle möglichen Annäherungen an die Schutzobjekte blockieren.

Der in der Dokumentation angegebene Bereich der zulässigen Abhängehöhen (Mindest- und Maximalhöhen) ist einzuhalten. Dies gilt insbesondere für Richtcharakteristiken mit schrägen Strahlen: Wenn die Höhe der Aufhängung die maximal zulässige Höhe überschreitet, führt dies zu einer Abnahme des Signals aus der Fernzone und einer Zunahme der Totzone vor dem Sensor, wenn die Höhe der Aufhängung unter dem zulässigen Mindestwert liegt, führt dies zu einer Verringerung der Reichweitenerkennung und verringert gleichzeitig die Totzone unter dem Sensor.

1. Melder mit volumetrischem Erfassungsbereich (Abb. 3, a, b) werden in der Regel in einer Raumecke in einer Höhe von 2,2–2,5 m installiert und decken dabei das Volumen der geschützter Raum.

2. In Räumen mit hohen Decken von 2,4 bis 3,6 m ist es vorzuziehen, Melder an der Decke zu platzieren, da diese Melder einen dichteren Erfassungsbereich haben (Abb. 3, c) und ihre Funktion durch die vorhandenen Möbel weniger beeinträchtigt wird.

3. Melder mit Oberflächen-Erfassungsbereich (Abb. 4) dienen zum Schutz des Perimeters, z. B. Nicht-Hauptmauern, Tür- oder Fensteröffnungen, und können auch dazu verwendet werden, die Annäherung auf beliebige Werte zu begrenzen. Der Erfassungsbereich solcher Geräte sollte optional entlang einer Wand mit Öffnungen gerichtet sein. Einige Melder können direkt über der Öffnung installiert werden.

4. Melder mit linearem Erfassungsbereich (Abb. 5) werden zur Überwachung von langen und engen Korridoren eingesetzt.

Wie man einen IR-Detektor austrickst

Der anfängliche Nachteil der passiven IR-Bewegungserkennung: Eine Person muss sich in der Temperatur deutlich von den umgebenden Objekten unterscheiden. Bei einer Raumtemperatur von 36,6 °C kann kein Detektor eine Person von Wänden und Möbeln unterscheiden. Schlimmer noch, je näher die Raumtemperatur an 36,6 °C liegt, desto schlechter ist die Empfindlichkeit des Detektors. Mehrheitlich moderne Geräte kompensieren Sie diesen Effekt teilweise, indem Sie die Verstärkung bei Temperaturen von 30º auf 45º erhöhen (ja, die Detektoren funktionieren auch mit einem umgekehrten Differential erfolgreich - wenn der Raum + 60º beträgt, erkennt der Detektor dank des Thermoregulationssystems leicht eine Person menschlicher Körper hält die Temperatur um 37 ° C). Bei einer Außentemperatur von etwa 36° (was in südlichen Ländern oft vorkommt) öffnen die Detektoren die Türen nicht sehr gut oder reagieren im Gegenteil aufgrund der extrem erhöhten Empfindlichkeit auf den geringsten Windhauch.

Darüber hinaus ist es leicht, den IR-Detektor mit einem beliebigen Gegenstand bei Raumtemperatur (einem Blatt Karton) zu blockieren oder einen dicken Pelzmantel und eine Mütze aufzusetzen, damit Hände und Gesicht nicht herausragen, und wenn Sie langsam genug gehen, Der IR-Detektor wird solche kleinen und langsamen Störungen nicht bemerken.

Im Internet gibt es exotischere Empfehlungen, wie zum Beispiel eine leistungsstarke IR-Lampe, die bei langsamem Einschalten (mit einem gewöhnlichen Dimmer) den IR-Detektor aus der Skala treibt, wonach Sie auch ohne davor gehen können Ein Pelzmantel. Hierbei ist jedoch zu beachten, dass gute IR-Melder in diesem Fall eine Fehlermeldung ausgeben.

Schließlich ist das bekannteste Problem bei IR-Detektoren die Maskierung. Wenn das System unscharf geschaltet ist, nachmittags während der Geschäftszeiten, kommen Sie als Besucher zu das richtige Zimmer(zum Beispiel in den Laden) und den Moment einfangen, während niemand hinsieht, den IR-Melder mit Papier blockieren, mit einer blickdichten Selbstklebefolie verkleben oder mit Farbe aus einer Spraydose befüllen. Dies ist besonders praktisch für eine Person, die dort selbst arbeitet. Der Ladenbesitzer blockierte den Detektor tagsüber ordentlich, kletterte nachts ins Fenster, nahm alles heraus, entfernte dann alles und rief die Polizei - Horror, sie haben ausgeraubt, aber der Alarm funktionierte nicht.

Um sich vor einer solchen Maskierung zu schützen, gibt es die folgenden Techniken.

2. In einigen Zentralen gibt es einen Kontrollalgorithmus, wenn der Melder nach dem Unscharfschalten eine Bewegung erkennt. Das heißt, das Fehlen eines Signals wird als Fehlfunktion betrachtet, bis jemand vor dem Sensor vorbeigeht und es ein normales "Es gibt Bewegung"-Signal gibt. Diese Funktion ist nicht sehr praktisch, da oft alle Räumlichkeiten unscharf geschaltet sind, auch die, die heute niemand betreten wird, aber es stellt sich heraus, dass man abends, um die Räumlichkeiten wieder scharf zu schalten, in alle gehen muss die Räume, in denen tagsüber niemand war, und winken Sie mit den Händen vor den Sensoren - die Zentrale sorgt dafür, dass die Sensoren betriebsbereit sind und ermöglicht Ihnen freundlicherweise das Scharfschalten des Systems.

3. Schließlich gibt es noch eine Funktion namens "Nahzone", die einst in die Anforderungen des nationalen GOST aufgenommen wurde und oft fälschlicherweise "Anti-Maskierung" genannt wird. Die Essenz der Idee: Der Detektor sollte einen zusätzlichen Sensor haben, der direkt unter den Detektor schaut, oder einen separaten Spiegel oder generell eine spezielle listige Linse, damit es keine tote Zone am Boden gibt. (Die meisten Detektoren haben einen begrenzten Blickwinkel und schauen meistens nach vorne und 60 Grad nach unten, daher gibt es eine kleine Totzone direkt unter dem Detektor, auf Bodenhöhe etwa einen Meter von der Wand entfernt.) Es wird angenommen, dass ein gerissener Feind irgendwie gelangen kann in diese tote Zone und von dort aus die Linse des IR-Sensors blockieren (maskieren) und dann dreist durch den Raum gehen. In der Realität wird der Melder normalerweise so installiert, dass es keine Möglichkeit gibt, in diese Totzone zu gelangen und die Empfindlichkeitsbereiche des Sensors zu umgehen. Nun, vielleicht durch die Wand, aber zusätzliche Linsen helfen nicht gegen Kriminelle, die durch die Wand eindringen.

Störungen und Fehlalarme

Bei der Verwendung von passiven optoelektronischen Infrarotmeldern ist die Möglichkeit von Fehlalarmen zu berücksichtigen, die durch verschiedene Arten von Störungen auftreten können.

Thermische, leichte, elektromagnetische, Vibrationsstörungen können zu Fehlalarmen von IR-Sensoren führen. Trotz der Tatsache, dass moderne IR-Sensoren hochgradig zum Schutz vor diesen Einflüssen ist es dennoch ratsam, sich an folgende Empfehlungen zu halten:

tragende Strukturen

Thermische Störungen - verursacht durch die Erwärmung des Temperaturhintergrunds bei Sonneneinstrahlung, konvektive Luftströme aus dem Betrieb von Heizkörpern von Heizungsanlagen, Klimaanlagen, Zugluft.
Elektromagnetische Interferenz - verursacht durch Interferenzen von elektrischen und Funkemissionsquellen auf einzelne Elemente des elektronischen Teils des Melders.
Fremdeinwirkung – im Zusammenhang mit der Bewegung von Kleintieren (Hunde, Katzen, Vögel) im Erfassungsbereich des Melders. Betrachten wir alle Faktoren, die die normale Leistung passiver optoelektronischer Infrarotdetektoren beeinflussen, genauer.

Thermische Störungen

Dies ist der gefährlichste Faktor, der durch eine Änderung des Temperaturhintergrunds der Umgebung gekennzeichnet ist. Sonneneinstrahlung bewirkt eine lokale Temperaturerhöhung einzelner Wandabschnitte des Raumes.

Konvektive Störungen entstehen durch den Einfluss bewegter Luftströmungen, z. B. durch Zugluft bei geöffnetem Fenster, Risse in Fensteröffnungen sowie beim Betrieb im Haushalt Heizgeräte- Heizkörper und Klimaanlagen.

Elektromagnetische Interferenz

Sie entstehen, wenn elektrische und Funkstrahlungsquellen eingeschaltet werden, wie Mess- und Haushaltsgeräte, Beleuchtung, Elektromotoren, Funksendegeräte. Auch Blitzeinschläge können starke Störungen verursachen.

Fremdeinwirkung

Kleine Insekten wie Kakerlaken, Fliegen, Wespen können bei passiven optisch-elektronischen Infrarotdetektoren eine besondere Störquelle sein. Wenn sie sich direkt über die Fresnel-Linse bewegen, kann es zu einer Fehlauslösung dieses Detektortyps kommen. Die Gefahr geht auch von den sogenannten Hausameisen aus, die in den Detektor eindringen und direkt über das pyroelektrische Element kriechen können.

Möglichkeiten zur Verbesserung der Infrarotsensoren

Fast alle Sicherheits-Infrarotmelder enthalten seit zehn Jahren einen ausreichend leistungsfähigen Mikroprozessor und sind daher weniger anfällig für zufällige Störungen. Die Detektoren können die Wiederholbarkeit und charakteristische Parameter des Signals analysieren, die Langzeitstabilität des Hintergrundsignalpegels, was die Störfestigkeit deutlich verbessert hat.

Infrarotsensoren sind prinzipiell wehrlos gegen Kriminelle hinter undurchsichtigen Bildschirmen, aber anfällig für Wärmeströme von Klimageräten und Fremdlicht (durch ein Fenster). Im Gegensatz dazu können Mikrowellen- (Funk-) Bewegungssensoren falsche Signale ausgeben und Bewegungen hinter funktransparenten Wänden außerhalb des geschützten Bereichs erkennen. Sie sind auch anfälliger für Funkstörungen. Kombinierte IR + Mikrowellenmelder können sowohl nach dem "UND"-Schema verwendet werden, das die Wahrscheinlichkeit von Fehlalarmen erheblich reduziert, als auch nach dem "OR"-Schema für besonders kritische Räumlichkeiten, das die Möglichkeit der Überwindung praktisch ausschließt.

IR-Sensoren können nicht unterscheiden kleiner Mann von einem großen Hund. Es gibt eine Reihe von Sensoren, bei denen die Empfindlichkeit gegenüber Bewegungen kleiner Objekte durch den Einsatz von 4-Flächen-Sensoren und speziellen Objektiven deutlich reduziert wird. Signal von großer Mann und von einem kleinen Hund kann man in diesem Fall mit einiger Wahrscheinlichkeit unterscheiden. Es versteht sich von selbst, dass es im Prinzip unmöglich ist, einen gebeugten Teenager vollständig von einem auf den Hinterbeinen stehenden Rottweiler zu unterscheiden. Trotzdem kann die Wahrscheinlichkeit eines Fehlalarms deutlich reduziert werden.

Vor einigen Jahren tauchten noch ausgefeiltere Sensoren auf – mit 64 sensiblen Bereichen. Tatsächlich handelt es sich um eine einfache Wärmebildkamera mit einer 8 x 8-Matrix. Ausgestattet mit einem leistungsstarken Prozessor sind solche IR-Sensoren in der Lage, die Größe und Entfernung zu einem sich bewegenden warmen Ziel, die Geschwindigkeit und Richtung seiner Bewegung zu bestimmen - noch vor 10 Jahren galten solche Sensoren als die Spitze der Technologie für Zielsuchraketen, und jetzt Sie dienen zum Schutz vor gewöhnlichen Dieben.

Installationsfehler

Einen besonderen Platz bei der Fehl- oder Fehlbedienung von passiven optoelektronischen Infrarotmeldern nehmen Installationsfehler bei der Installation dieser Art von Geräten ein. Schauen wir uns anschauliche Beispiele für eine falsche Platzierung von Infrarotdetektoren an, um dies in der Praxis zu vermeiden.

In Abb. 6a; 7a und 8a zeigen die korrekte, korrekte Installation der Melder. Sie müssen sie nur auf diese Weise installieren und sonst nichts!

Abbildungen 6 b, c; 7 b, c und 8 b, c zeigen Möglichkeiten zur falschen Installation von passiven optoelektronischen Infrarot-Detektoren. Mit dieser Einstellung ist es möglich, echte Einbrüche in die geschützten Räumlichkeiten zu übersehen, ohne ein „Alarm“-Signal abzugeben.

Installieren Sie passive optoelektronische Detektoren nicht so, dass direkte oder reflektierte Strahlen darauf fallen Sonnenlicht, sowie die Scheinwerfer vorbeifahrender Fahrzeuge.
Richten Sie den Erfassungsbereich des Melders nicht auf Heizelemente von Heizungs- und Klimaanlagen des Raumes, auf Vorhänge und Vorhänge, die durch Zugluft schwanken können.
Platzieren Sie passive optoelektronische Detektoren nicht in der Nähe von elektromagnetischen Strahlungsquellen.
Versiegeln Sie alle Öffnungen des passiven optoelektronischen Infrarotdetektors mit einem Dichtmittel aus dem Produktkit.
Vernichten Sie Insekten, die sich im Schutzgebiet aufhalten.

Derzeit gibt es eine Vielzahl von Detektionswerkzeugen, die sich in Funktionsprinzip, Einsatzgebiet, Design und Leistungsmerkmalen unterscheiden.

Die richtige Wahl eines passiven optisch-elektronischen Infrarot-Melders und seines Einbauortes ist der Schlüssel zum zuverlässigen Betrieb der Sicherheitsalarmanlage.

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1.3.1. Passive optoelektronische Infrarot (IR) Bewegungssensoren

Um das System zu erstellen, habe ich beschlossen, Module auszuwählen, die sich für die Erstellung des Systems und die Überwachung des Perimeters eignen.

Ich habe folgende Komponenten ausgewählt:

passiver Infrarot-Bewegungssensor;
GSM-Modul;
Sirene.

Betrachten wir sie genauer.

Im 21. Jahrhundert kennt jeder IR-Sensoren- Sie öffnen Türen an Flughäfen und in Geschäften, wenn Sie vor die Tür kommen. Sie erkennen auch Bewegungen und geben Alarm in der Einbruchmeldeanlage.

Derzeit nehmen passive optoelektronische Infrarot-(IR)-Detektoren eine führende Position beim Schutz von Räumlichkeiten vor unbefugtem Eindringen in Sicherheitseinrichtungen ein. Ihr ästhetisches Erscheinungsbild, ihre einfache Installation, Konfiguration und Wartung geben ihnen oft Vorrang vor anderen Erkennungswerkzeugen.

Passive optoelektronische Infrarot (IR)-Detektoren(sie werden oft genannt Bewegungssensoren oder PIR-Sensoren) das Eindringen eines Menschen in den geschützten (kontrollierten) Teil des Raums erkennen, ein Alarmsignal erzeugen und das Signal senden " Angst»Über Benachrichtigungsmittel.

Als Benachrichtigungsmittel können Endgeräte (UO) von Benachrichtigungsübertragungssystemen (SPI) oder ein Alarmkontroll- und Sicherheitsgerät (PPKOP) verwendet werden. Die oben genannten Geräte (UO oder Control Panel) wiederum übermitteln die empfangene Alarmmeldung über verschiedene Datenübertragungskanäle an die zentrale Überwachungsstation (CMS) oder die lokale Sicherheitskonsole.

Das Funktionsprinzip von passiven optoelektronischen Infrarotdetektoren basierend auf der Wahrnehmung von Änderungen der Infrarotstrahlung des Temperaturhintergrunds, deren Quellen der Körper einer Person oder kleiner Tiere sowie alle Arten von Objekten in ihrem Sichtfeld sind.

Sensor empfindlich gegenüber Infrarotstrahlung im Bereich von 5-15 Mikrometer, erkennt die Wärmestrahlung des menschlichen Körpers. In diesen Bereich fällt die maximale Strahlung von Körpern bei einer Temperatur von 20-40 Grad Celsius.

Je stärker das Objekt erwärmt wird, desto mehr strahlt es.
Infrarot-Suchscheinwerfer zur Beleuchtung von Videokameras, Strahldetektoren (zwei Positionen) " den Balken überqueren»Und TV-Bediengeräte arbeiten im Wellenlängenbereich kleiner als 1 µm, das für den Menschen sichtbare Spektrum liegt im Bereich von 0,45–0,65 µm.

Passive Sensoren dieser Art werden genannt, weil sie selbst nichts emittieren, sondern nur die Wärmestrahlung des menschlichen Körpers wahrnehmen.

Das Problem ist, dass jedes Objekt bei einer Temperatur von sogar 0 ° C ziemlich viel im Infrarotbereich emittiert. Schlimmer noch, der Detektor selbst emittiert - sein Körper und sogar das Material des Sensorelements.

Daher funktionierten die ersten solchen Detektoren, wenn nur der Detektor selbst gekühlt wurde, beispielsweise auf flüssigen Stickstoff (-196 ° C). Solche Detektoren sind im Alltag wenig praktikabel.

Das heißt, es ist wichtig, dass die Strahlung einer Person nur auf einen der Bereiche fokussiert wird und sich außerdem ändert.

Der Detektor arbeitet am zuverlässigsten, wenn das Bild einer Person zuerst auf eine Fläche fällt, das Signal von ihr größer wird als von der zweiten, und dann die Person sich bewegt, so dass ihr Bild nun auf die zweite Fläche fällt und das Signal von der die zweite wird steigen und von der ersten fallen.

Solche relativ schnellen Änderungen der Signaldifferenz können selbst vor dem Hintergrund eines riesigen und instabilen Signals, das durch alle anderen umgebenden Objekte (und insbesondere Sonnenlicht) verursacht wird, leicht erkannt werden.

Reis. 1.

V passive optoelektronische Infrarotdetektoren Infrarot-Wärmestrahlung trifft auf die Fresnel-Linse und wird anschließend auf ein empfindliches pyroelektrisches Element fokussiert, das sich auf der optischen Achse der Linse befindet.

Damit der Einbrecher vom passiven IR-Sensor erkannt wird, müssen folgende Bedingungen erfüllt sein:

der Eindringling muss den Strahl der Empfindlichkeitszone des Sensors in Querrichtung durchqueren;
die Bewegung des Täters muss innerhalb eines bestimmten Geschwindigkeitsbereichs erfolgen;
Die Empfindlichkeit des Sensors sollte ausreichend sein, um den Temperaturunterschied zwischen der Körperoberfläche des Eindringlings (unter Berücksichtigung der Wirkung seiner Kleidung) und dem Hintergrund (Wände, Boden) zu erfassen.

ein optisches System, das das Richtungsmuster des Sensors bildet und die Form und Art der räumlichen Empfindlichkeitszone bestimmt;
ein Pyroempfänger, der die menschliche Wärmestrahlung aufzeichnet;
eine Pyroempfänger-Signalverarbeitungseinheit, die Signale auswählt, die von einer sich bewegenden Person vor dem Hintergrund von Störungen natürlichen und künstlichen Ursprungs verursacht werden.

Reis. 2.

Je nach Ausführung Fresnel-Linsen passive optoelektronische Infrarotdetektoren haben unterschiedliche geometrische Abmessungen des kontrollierten Raums und können sowohl mit einer volumetrischen Erfassungszone als auch mit einer Oberfläche oder linear sein.

Die Reichweite solcher Detektoren liegt im Bereich von 5 bis 20 m Das Aussehen dieser Detektoren ist in dargestellt Reis. 2.

Das Funktionsprinzip des passiven ICSO. Das Funktionsprinzip der passiven IKSO basiert auf der Registrierung von Signalen, die durch den vom Detektionsobjekt abgegebenen Wärmestrom erzeugt werden. Das Nutzsignal am Ausgang eines trägheitslosen Einort-Strahlungsdetektors wird durch den Ausdruck bestimmt:

wobei S u die Spannungsempfindlichkeit des Strahlungsempfängers ist, die Änderung der Größe des Wärmeflusses, der auf das Eingangsfenster des optischen Systems einfällt und durch die Bewegung des Objekts in der Detektionszone verursacht wird.

Der Maximalwert entspricht dem Fall, wenn das Objekt vollständig in das Sichtfeld des ICSO fällt. Bezeichnen wir diesen Wert als

Unter der Annahme, dass die Verluste im optischen System so gering sind, dass sie vernachlässigt werden können, drücken wir sie durch die Parameter des Objekts und des Hintergrunds aus. Lassen Sie im Hintergrund, dessen Oberfläche eine absolute Temperatur T f und einen Emissionsgrad . hat E F, erscheint ein Objekt, dessen absolute Temperatur Tob, und der Emissionsgrad Eov... Die Projektionsfläche eines Objekts auf eine Ebene senkrecht zur Beobachtungsrichtung wird mit bezeichnet So, und die Projektionsfläche des Hintergrunds im Sichtfeld ist B f. Dann wird die Größe des Wärmestroms, der auf das Eintrittsfenster des optischen Systems vor dem Erscheinen des Objekts fällt, durch den Ausdruck bestimmt:

wo ist der Abstand vom Eintrittsfenster zur Hintergrundfläche; 1. f ist die Helligkeit des Hintergrunds; S BX - der Bereich des Eintrittsfensters des optischen Systems.

Der von einem Objekt erzeugte Wärmestrom wird auf die gleiche Weise bestimmt:

wo T - Entfernung von IKSO zum Objekt; - die Helligkeit des Objekts.

Bei Vorhandensein eines Objekts wird der auf das Eintrittsfenster fallende Wärmestrom durch das Objekt und den nicht durch das Objekt abgeschirmten Teil der Hintergrundfläche erzeugt, woraus der Gesamtwärmestrom

Dann wird die Änderung des Wärmestroms AF in der Form geschrieben:

Unter der Annahme, dass das Lambertsche Gesetz für das Objekt und den Hintergrund gilt, drücken wir die Helligkeit aus Lo6 und b f durch Emissionsgrad und absolute Temperaturen:

wo ist die Stefan-Boltzmann-Konstante.

Durch Einsetzen von und erhalten wir einen Ausdruck für AF in Bezug auf die absoluten Temperaturen und den Emissionsgrad des Objekts und des Hintergrunds:

Bei gegebene Parameter des optischen Systems und des Strahlungsempfängers wird der Signalwert gemäß vollständig durch die Änderung der Einstrahlung bestimmt DE.

Der Emissionsgrad der menschlichen Haut ist sehr hoch, im Durchschnitt beträgt er 0,99 relativ zu einem schwarzen Körper bei Wellenlängen größer als 4 Mikrometer. Im IR-Bereich des Spektrums liegen die optischen Eigenschaften der Haut nahe denen des schwarzen Strahlers. Die Temperatur der Haut hängt vom Wärmeaustausch zwischen der Haut und der Umgebung ab. Messungen mit der Wärmebildkamera Aga-750 zeigten, dass bei einer Lufttemperatur von + 25 ° C die Temperatur auf der Handfläche einer Person innerhalb von +32 ... + 34 ° C und bei einer Lufttemperatur von + . variiert 19 ° C - innerhalb von +28 ... + 30 ° C. Das Vorhandensein von Kleidung verringert die Helligkeit des Motivs, da die Temperatur der Kleidung niedriger ist als die der nackten Haut. Bei einer Umgebungstemperatur von + 25 °C betrug die gemessene durchschnittliche Körperoberflächentemperatur einer Person im Anzug + 26 °C. Auch der Emissionsgrad von Kleidung kann sich von dem von nackter Haut unterscheiden.

Andere im Ausdruck enthaltene Parameter können je nach spezifischer Situation und / oder operativer Aufgabe unterschiedliche Werte annehmen.

Betrachten wir den Signalisierungsprozess und die wichtigsten Arten von Störungen, die die Fehlauslösung von passivem ICSO beeinflussen, genauer.

Signalerzeugung. Für ein besseres Verständnis der Methoden und Algorithmen zur Erhöhung der Störfestigkeit von ICSO ist es notwendig, die Hauptparameter des Signals zu kennen - Form, Amplitude, Dauer in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit der menschlichen Bewegung und der Hintergrundtemperatur.

Betrachten Sie eine 10 m lange Strahlerfassungszone mit einem Strahldurchmesser an der Basis des Kegels von 0,3 m. Es wird angenommen, dass eine Person die Zone senkrecht dazu mit maximalen und minimalen Geschwindigkeiten in einem Abstand vom Empfänger von 10, 5 und durchquert 1 m Signalform beim Überqueren des Strahls in 10 m Entfernung sieht es aus wie ein Dreieck mit einem Maximum, wenn die Zone vollständig überlappt ist. In Abb. 4.8.6 zeigt das Spektrum dieses Signals. Beim Überqueren des Strahls in kürzerer Entfernung nimmt das Signal die Form eines Trapezes mit steilen Flanken an, und das Spektrum dieses Signals nimmt die in Abb. 4.9.6.

Es ist offensichtlich, dass die Dauer des Signals umgekehrt proportional zur Bewegungsgeschwindigkeit und der Entfernung zum Empfänger ist.

Das reale Signal weicht vom idealen Bild aufgrund von Verzerrungen durch den Verstärkungspfad und der Überlagerung von chaotischem Rauschen, das durch die Herzeugt wird, ab. Aufzeichnungen von realen Signalen, die mit dem häuslichen PM2D-Pyroempfänger erhalten wurden, sind in Abb. 4.10. Es präsentiert auch seine spektralen Eigenschaften, die erhalten werden, indem die tatsächlich aufgezeichneten Signale durch einen Spektrumanalysator der Firma geleitet werden

Die Analyse der Aufzeichnungen ermöglicht es, im gesamten Geschwindigkeitsbereich von 0,1 bis 15 Hz das spektrale "Fenster" zu bestimmen, das für die Übertragung der beim Durchqueren der Zone erzeugten Signale erforderlich ist. Gleichzeitig ist eine Signaldämpfung an den Randbereichen möglich, da der Pyroempfänger eine Amplituden-Frequenz-Kennlinie mit einem Abfall im Bereich von 5 ... 10 Hz aufweist. Um dies zu kompensieren, muss ein spezieller Korrekturverstärker in den Signalverarbeitungspfad eingefügt werden, der eine Anhebung des Frequenzgangs im Bereich von 5 ... 20 Hz ermöglicht.

Temperaturkontrast. Die Signalamplitude wird, wie bereits erwähnt, durch den Temperaturkontrast zwischen dem menschlichen Körper und dem Hintergrund, auf den der Strahl gerichtet ist, bestimmt. Da sich die Hintergrundtemperatur nach einer Änderung der Raumtemperatur ändert, ändert sich auch das Signal proportional zu ihrer Differenz.

An dem Punkt, an dem die Temperatur der Person und der Hintergrund zusammenfallen, ist der Wert des Ausgangssignals Null. Bei höheren Temperaturen ändert das Signal das Vorzeichen.

Die Hintergrundtemperatur im Raum spiegelt den Zustand der Außenluft aufgrund der thermischen Trägheit der Baumaterialien des Gebäudes mit einiger Verzögerung wieder.

Der Temperaturkontrast hängt auch von der Temperatur der äußeren Oberfläche einer Person ab, d.h. hauptsächlich von seiner Kleidung. Und hier erweist sich folgender Umstand als wesentlich. Betritt eine Person den Raum, in dem das ICSO installiert ist, von außen, zum Beispiel von der Straße, wo die Temperatur stark von der Temperatur im Raum abweichen kann, kann der thermische Kontrast im ersten Moment erheblich sein. Dann, wenn sich die Kleidungstemperatur an die Raumtemperatur „anpasst“, nimmt das Signal ab. Aber auch nach längerem Aufenthalt im Raum hängt die Signalstärke von der Art der Kleidung ab. In Abb. 4.11 zeigt die experimentellen Abhängigkeiten des Temperaturkontrastes einer Person von der Umgebungstemperatur. Die gestrichelte Linie zeigt die Extrapolation der experimentellen Daten für Temperaturen über 40 °C.

Der schattierte Bereich 1 ist eine Reihe von Kontrasten in Abhängigkeit von der Form der Kleidung, der Art des Hintergrunds, der Größe der Person und der Geschwindigkeit ihrer Bewegung.

Es ist wichtig zu beachten, dass der Übergang des Temperaturkontrastwertes durch Null nur dann auftrat, wenn im Temperaturbereich von 30 ... 39,5 °C Messungen nach der Adaption einer Person in einem beheizten Raum für 15 Minuten durchgeführt wurden. Bei einem Eindringen in die CO-Empfindlichkeitszone einer Person, die sich zuvor in einem Raum mit einer Temperatur unter 30 °C oder auf draußen bei einer Temperatur von 44 °C liegen die Signalpegel im Temperaturbereich von 30 ... 39,5°C im Bereich 2 und erreichen nicht Null.

Die Temperaturverteilung auf der menschlichen Oberfläche ist nicht einheitlich. An den offenen Körperteilen - dem Gesicht und den Händen - liegt es am nächsten bei 36 ° C, und die Oberflächentemperatur der Kleidung liegt näher am Hintergrund des Raums. Daher hängt das Signal am Eingang des Pyroempfängers davon ab, welcher Körperteil die Strahlenempfindlichkeitszone überlappt.

Die Betrachtung des Signalisierungsprozesses lässt folgende Schlussfolgerungen zu:

Die Signalamplitude wird durch den Temperaturkontrast der menschlichen Oberfläche und des Hintergrunds bestimmt, der von Bruchteilen eines Grads bis zu mehreren zehn Grad reichen kann;

Die Wellenform hat eine dreieckige oder trapezförmige Form, die Dauer des Signals wird durch den Schnittpunkt der Strahlzone bestimmt und kann bei Bewegung entlang der Strahlnormalen 0,05 bis 10 s betragen. Bei schräger Bewegung zur Normalen erhöht sich die Signaldauer. Die maximale spektrale Dichte des Signals liegt im Bereich von 0,15 bis 5 Hz;

Wenn sich eine Person entlang des Strahls bewegt, ist das Signal minimal und wird nur durch die Temperaturdifferenz zwischen einzelnen Abschnitten der Oberfläche der Person bestimmt und beträgt Bruchteile eines Grades;

Wenn sich eine Person zwischen den Strahlen bewegt, fehlt das Signal praktisch;

Wenn die Temperatur im Raum nahe der Temperatur der menschlichen Körperoberfläche liegt, ist das Signal minimal, d.h. die Temperaturdifferenz beträgt Bruchteile eines Grades;

Die Amplituden von Signalen in verschiedenen Strahlen des Erfassungsbereichs können sich erheblich voneinander unterscheiden, da sie durch den Temperaturkontrast des menschlichen Körpers und den Hintergrundbereich, auf den dieser Strahl gerichtet ist, bestimmt werden. Der Unterschied kann bis zu zehn Grad betragen.

Störungen im passiven ICSO. Kommen wir zur Analyse von Interferenzeffekten, die zu einer falschen Auslösung von passivem ICSO führen. Unter Lärm verstehen wir jeden Einfluss der äußeren Umgebung oder des inneren Lärms des Empfangsgeräts, der nicht mit der Bewegung einer Person in der CO-Empfindlichkeitszone verbunden ist.

Es gibt folgende Störeinstufung:

Thermisch, verursacht durch Hintergrunderwärmung bei Sonneneinstrahlung, Konvektionsluftströme aus dem Betrieb von Heizkörpern, Klimaanlagen, Zugluft;

Elektrisch, verursacht durch Interferenzen von elektrischen und Funkemissionsquellen einzelner Elemente des elektronischen Teils des CO;

Intrinsisch, verursacht durch das Rauschen des Pyroempfängers und des Signalverstärkungspfads;

Fremd, verbunden mit der Bewegung kleiner Tiere oder Insekten in der CO-Empfindlichkeitszone entlang der Oberfläche des optischen CO-Eingangsfensters.

Die bedeutendste und "gefährlichste" Störung ist thermisch, verursacht durch eine Änderung der Temperatur der Hintergrundbereiche, auf die die Strahlenempfindlichkeitszonen gerichtet sind. Sonneneinstrahlung führt zu einer lokalen Temperaturerhöhung bestimmter Wand- oder Bodenbereiche des Raumes. In diesem Fall passiert eine allmähliche Temperaturänderung nicht die Filterkreise des Geräts, jedoch verursachen relativ starke und "unerwartete" Schwankungen, die beispielsweise mit der Beschattung der Sonne durch vorbeiziehende Wolken oder das Vorbeifahren von Fahrzeugen verbunden sind Störungen, ähnlich dem Signal beim Durchgang einer Person. Die Amplitude der Interferenz hängt von der Trägheit des Hintergrunds ab, auf den der Strahl gerichtet ist. Beispielsweise ist die Temperaturwechselzeit einer rohen Betonwand viel länger als die von Holz oder Tapeten.

In Abb. eine Aufzeichnung einer typischen solaren Interferenz am Ausgang eines Pyrodetektors während des Vorbeizugs einer Wolke wird ebenso gezeigt wie ihr Spektrum.

Gleichzeitig erreicht die Temperaturänderung bei Sonneneinstrahlung 1,0 ... 1,5 ° C, insbesondere in Fällen, in denen der Strahl auf einen Hintergrund mit geringer Trägheit gerichtet ist, beispielsweise eine Holzwand oder ein Stoffvorhang. Die Dauer solcher Störungen hängt von der Geschwindigkeit der Verschattung ab und kann im Bereich der für menschliche Bewegungen typischen Geschwindigkeiten liegen. Es ist auf einen wesentlichen Umstand hinzuweisen, der es ermöglicht, solche Störungen zu bekämpfen. Werden zwei Strahlen auf benachbarte Bereiche des Hintergrundes gerichtet, dann sind Art und Amplitude des Störsignals der Sonne in jedem Strahl praktisch gleich, d.h. Es besteht eine starke Interferenzkorrelation. Dies ermöglicht die entsprechende Auslegung der Schaltung, um sie durch Subtrahieren von Signalen zu unterdrücken,

Konvektive Störungen werden durch den Einfluss von bewegten Luftströmen verursacht, beispielsweise Zugluft bei geöffnetem Fenster, Risse im Fenster sowie Haushaltsheizgeräte - Heizkörper und Klimaanlagen. Luftströmungen verursachen eine chaotische Schwankungsänderung der Hintergrundtemperatur, deren Amplitude und Frequenzbereich von der Luftströmungsgeschwindigkeit und den Eigenschaften der Hintergrundoberfläche abhängen.

Im Gegensatz zur Sonneneinstrahlung sind konvektive Störungen aus verschiedenen Teilen des Hintergrunds, die bereits in einer Entfernung von 0,2 ... 0,3 m wirken, schwach miteinander korreliert und ihre Subtraktion hat keine Wirkung.

Elektrische Störungen treten beim Einschalten jeglicher Quellen von Elektro- und Funkaussendungen, Mess- und Haushaltsgeräten, Beleuchtung, Elektromotoren, Funkgeräten sowie Stromschwankungen im Kabelnetz und in Stromleitungen auf. Blitzeinschläge verursachen auch ein erhebliches Maß an Interferenzen.

Die Empfindlichkeit des Pyroempfängers ist sehr hoch - bei einer Temperaturänderung um 1 °C beträgt das Ausgangssignal direkt vom Quarz Bruchteile eines Mikrovolts, daher können Störungen durch Störquellen von mehreren Volt pro Meter tausendfach einen Störimpuls verursachen höher als das Nutzsignal. Das meiste elektrische Rauschen ist jedoch kurz oder steil, um es vom gewünschten Signal zu unterscheiden.

Das Eigenrauschen des Pyroempfängers bestimmt die höchste Grenze der IKSO-Empfindlichkeit und hat die Form von weißem Rauschen. Daher können hier keine Filtermethoden verwendet werden. Die Intensität der Interferenz nimmt zu, wenn die Kristalltemperatur etwa zweimal alle zehn Grad ansteigt. Moderne Pyroempfänger haben ein Eigenrauschen entsprechend einer Temperaturänderung von 0,05 ... 0,15 °C.

Schlussfolgerungen:

1. Der Spektralbereich der Interferenz deckt den Bereich der Signale ab und liegt im Bereich von Bruchteilen bis zu mehreren zehn Hertz.

2. Die gefährlichste Art der Störung ist die Hintergrund-Solarbeleuchtung, deren Wirkung die Hintergrundtemperatur um 3 ... 5 ° C erhöht.

3. Störungen durch Sonneneinstrahlung für nahe Bereiche des Hintergrunds sind stark miteinander korreliert und können durch Verwendung eines Zweistrahl-CO-Designs abgeschwächt werden.

4. Konvektive Störungen von thermischen Haushaltsgeräten haben die Form von schwankenden zufälligen Temperaturschwankungen von 2 ... 3 ° C im Frequenzbereich von 1 bis 20 Hz mit schwacher Korrelation zwischen den Strahlen.

5. Elektrisches Rauschen tritt in Form von kurzen Impulsen oder Sprungaktionen mit steiler Front auf, die induzierte Spannung kann hundertmal höher sein als das Signal.

6. Das Eigenrauschen des Pyroempfängers, das dem Signal bei einer Temperaturänderung von 0,05 ... 0,15 °C entspricht, liegt in dem Frequenzbereich, der den Signalbereich überlappt und steigt pro 10 ° . temperaturproportional etwa zweimal an C.

Methoden zur Erhöhung der Störfestigkeit passiver IKSO.Differenzielle Zulassungsmethode G-Strahlung ist ziemlich weit verbreitet. Die Essenz dieser Methode ist folgende: Mit Hilfe eines zweiseitigen Empfängers werden zwei räumlich getrennte Empfindlichkeitszonen gebildet. In beiden Kanälen erzeugte Signale werden gegenseitig subtrahiert:

Es ist klar, dass zwei räumlich getrennte Empfindlichkeitszonen von einem sich bewegenden Objekt nicht gleichzeitig durchquert werden können. In diesem Fall erscheinen die Signale in den Kanälen abwechselnd, daher nimmt ihre Amplitude nicht ab. Aus der Formel folgt, dass die Störung am Ausgang des Differenzempfängers Null ist, wenn folgende Bedingungen zusammen erfüllt sind:

1. Die Interferenzformen in den Kanälen sind gleich.

2. Die Amplituden der Störungen sind gleich.

3. Interferenz hat die gleiche zeitliche Position.

Bei solarer Interferenz sind die Bedingungen 1 und 3. Bedingung 2 ist nur erfüllt, wenn in beiden Kanälen das gleiche Material als Hintergrund dient oder die Einfallswinkel der Sonnenenergie auf den Hintergrund in beiden Kanälen oder in beiden gleich sind Kanäle fällt der Sonnenstrahlungsfluss auf den gesamten Bereich des Hintergrunds, der die Empfindlichkeitszonen begrenzt. In Abb. zeigt die Abhängigkeit der Amplitude des Rauschens am Ausgang der Differenzstufe von der Amplitude des Rauschens an ihrem Eingang.

Der Parameter ist das Verhältnis der Amplituden von Störeffekten in den Kanälen. In diesem Fall ist gemeint, dass die Bedingungen 1 und 3 erfüllt sind.

Feige. man erkennt, dass bei ausreichend guter Koinzidenz der Amplituden von Störeinflüssen in den Kanälen eine 5 ... 10-fache Unterdrückung dieser Störeinflüsse erreicht wird. Bei Werten U B xi / U B x2> 1,2 wird die Störunterdrückung reduziert und die uout = /-Kennlinie tendiert zur ähnlichen Kennlinie eines einzelnen Empfängers.

Bei Konvektionsstörungen wird der Grad seiner Unterdrückung durch den Differenzempfänger durch den Grad seiner Korrelation in räumlich getrennten Punkten der Hintergrundoberfläche bestimmt. Der Grad der räumlichen Korrelation von konvektivem Rauschen kann abgeschätzt werden, indem seine Intensität mit Differential- und gemessen wird konventionelle Methoden Rezeption. Die Ergebnisse einiger Messungen sind in Abb. 4.14.

Optimale Frequenzfilterung. Eine effektive Störunterdrückung durch dieses Verfahren ist mit einem signifikanten Unterschied in den Frequenzspektren von Signalen und Störungen möglich. Aus den obigen Daten folgt, dass es in unserem Fall keinen solchen Unterschied gibt. Daher ist der Einsatz dieses Verfahrens zur vollständigen Störunterdrückung nicht möglich.

Die Hauptrauschart, die die Empfindlichkeit des ICSO bestimmt, ist das Eigenrauschen des Empfängers. Daher können Sie durch die Optimierung der Verstärkerbandbreite in Abhängigkeit vom Signalspektrum und der Art des Empfängerrauschens die maximalen Fähigkeiten des Empfangssystems ausschöpfen.

Optische Spektralfilterung. Das Wesen des optischen Spektralfilterverfahrens ist das gleiche wie bei der optimalen Frequenzfilterung. Die spektrale Filterung unterdrückt Störungen aufgrund von Unterschieden in den optischen Spektren von Signalen und Störungen. Diese Unterschiede fehlen für konvektive Störungen und für den solaren Störanteil, der durch Änderungen der Hintergrundtemperatur unter dem Einfluss von Sonnenstrahlung entsteht, praktisch nicht, jedoch unterscheidet sich das Spektrum des vom Hintergrund reflektierten solaren Störanteils deutlich vom Signalspektrum. Die spektrale Dichte der strahlenden Leuchtkraft eines absolut schwarzen Körpers wird durch die Planck-Formel bestimmt:

wo ist die Wellenlänge; k - Boltzmann-Konstante; T die Körpertemperatur ist; h ist die Plancksche Konstante; c ist die Lichtgeschwindigkeit.

In Abb. 4.15.

Nach der klassischen Theorie der linearen optimalen Filterung sollte zur Gewährleistung des maximalen Signal-Rausch-Verhältnisses die spektrale Bandbreite des optischen Filters an das Kontraststrahlungsspektrum des Objekts angepasst sein und die in Abb. 4.15.

Sauerstofffreies Glas IKS-33 erfüllt diese Bedingung am besten von handelsüblichen Materialien.

Der Grad der Unterdrückung von Sonneneinstrahlung durch diese Filter für verschiedene Hintergründe ist in der Tabelle aufgeführt. 4.1. Die Tabelle zeigt, dass durch den IKS-33 Filter die größte Unterdrückung der Sonneneinstrahlung erreicht wird. Schwarz Polyethylenfolie IKS-33 etwas unterlegen.

So werden selbst bei Verwendung des IKS-33-Filters solare Störungen nur um das 3,3-fache unterdrückt, was nicht zu einer radikalen Verbesserung der Störfestigkeit eines passiven optischen Detektionsgerätes führen kann.

Optimale Ortsfrequenzfilterung. Es ist bekannt, dass die Detektionscharakteristiken unter Bedingungen einer optimalen linearen Filterung eindeutig auf den Wert des Signal-Rausch-Verhältnisses bezogen sind. Um sie zu bewerten und zu vergleichen, ist es praktisch, den Wert zu verwenden

Dabei ist U die Signalamplitude, die spektrale Leistungsdichte des Signals, die spektrale Leistungsdichte der Störung.

Tabelle 1. Unterdrückung von Sonneneinstrahlung durch verschiedene Filter für unterschiedliche Hintergründe

Physikalisch ist der Wert das Verhältnis der Signalenergie zur spektralen Dichte der Störleistung. Offensichtlich ändert sich mit einer Änderung des Raumwinkels der elementaren Empfindlichkeitszone die Intensität des vom Hintergrund emittierten und in den Empfangskanal eintretenden Rauschens. Gleichzeitig hängt die Signalamplitude von der geometrischen Form der elementaren Empfindlichkeitszone ab. Finden wir heraus, bei welcher Konfiguration der elementaren Empfindlichkeitszone der Wert von q seinen maximalen Wert erreicht, für den wir einfachstes Modell Erkennung. Lassen Sie die IKSO-Empfindlichkeitszone relativ zum Hintergrund bewegungslos sein und das erkannte Objekt bewegt sich mit einer Winkelgeschwindigkeit Vo6 relativ zum Beobachtungspunkt. Die Empfindlichkeitszone und das Objekt in der Ebene senkrecht zur optischen Achse sind rechteckig, und die Winkelabmessungen des Objekts und des Gesichtsfeldes sind so klein, dass es mit ausreichender Genauigkeit betrachtet werden kann

wo ist der Raumwinkel, unter dem das Objekt sichtbar ist; ist der Raumwinkel der Empfindlichkeitszone; ist die Winkelgröße des Objekts,

in der Horizontalen und vertikale Ebenen; die Winkelgröße der Empfindlichkeitszone jeweils in der horizontalen und vertikalen Ebene;

Die Energiehelligkeit des Objekts B ist über seine gesamte Oberfläche etwa gleich, und die spektrale Dichte der Energiehelligkeit des Hintergrundrauschens ist über die gesamte Oberfläche des Hintergrunds gleich. Signal- und Hintergrundrauschen addieren sich. Die Bewegung des Objekts erfolgt gleichmäßig in der Ebene des Winkels a „. Der Energieempfänger ist trägheitslos, quadratisch. Das Signal vom Empfänger wird einem abstimmbaren Optimalfilter zugeführt. Dann wird die spektrale Leistungsdichte der Hintergrundstörung am Ausgang des Empfängers durch den Ausdruck bestimmt:

wo Kopte- Transmissionskoeffizient des optischen Systems; ZU T- Übertragungskoeffizient des Signalausbreitungsweges; ZU NS- Empfangsempfindlichkeit.

Wenn das Objekt das Sichtfeld durchquert, wird am Ausgang des Empfängers ein Signalimpuls gebildet, dessen Form und das Spektrum, falls u, durch die Ausdrücke bestimmt werden:

wobei U0 ein Signalimpuls mit Einheitsamplitude ist; - das Spektrum eines Signalimpulses der Einheitsamplitude.

Für eine Hintergrundstörung, deren spektrale Leistungsdichte die Form hat, wird der Wert des Ausgangs des trägheitsfreien Empfängers gemäß dem Ausdruck bestimmt als

Die Art der Abhängigkeit des Wertes von ui hat die in Abb. 4.16. Aus dem oben Gesagten folgt, dass die Form der Empfindlichkeitszone der Form des Objekts zugeordnet werden sollte, um das maximale Signal/Hintergrundrauschen-Verhältnis zu gewährleisten.

Bei schwankendem Hintergrundrauschen wird der Maximalwert des Signal/Hintergrundrausch-Verhältnisses erreicht, wenn die geometrische Form der elementaren Empfindlichkeitszone mit der Form des Objekts übereinstimmt. Diese Schlussfolgerung gilt auch für den Fall gepulster Sonnenstrahlung. Dies wird durch die offensichtliche Tatsache bestätigt, dass sich bei einer Vergrößerung des Raumwinkels der Empfindlichkeitszone von einem Wert gleich dem Raumwinkel, unter dem das Objekt sichtbar ist, die Signalamplitude nicht ändert und die Amplitude der Sonneninterferenz proportional zunimmt zum Raumwinkel der Empfindlichkeitszone. Das heißt, das Verfahren der optimalen Ortsfrequenzfilterung ermöglicht es, die Immunität der passiven optischen Detektionsmittel sowohl gegenüber konvektiver als auch solarer Interferenz zu erhöhen.

Dualband-Methode zum Empfangen von Infrarotstrahlung. Die Essenz dieser Methode liegt in der Einführung eines zweiten Kanals in das IKSO, der den Empfang von IR-Strahlung im sichtbaren oder nahen IR-Bereich gewährleistet, um zusätzliche Informationen zu erhalten, die das Signal von der Störung unterscheiden. Die Verwendung eines solchen Kanals in Verbindung mit dem Hauptkanal unter den Bedingungen eines Raumes ist unwirksam, da sowohl das Signal als auch die Interferenz bei Vorhandensein von Beleuchtung in beiden Spektralbereichen gebildet werden. Viel effektiver ist die Verwendung des sichtbaren Bereichskanals, wenn er außerhalb des geschützten Gebäudes installiert wird, an Orten, an denen dieser Kanal nicht durch künstliche Lichtquellen blockiert werden kann. In diesem Fall erzeugt der Kanal bei einer Änderung der Sonneneinstrahlung ein Signal, das den möglichen Betrieb des IKSO unter dem Einfluss von Sonneneinstrahlung verhindert. Mit einer solchen Organisation ermöglicht das Dual-Band-Verfahren, Fehlalarme von IKSO, die durch das Auftreten von Sonnenstörungen möglich sind, vollständig zu eliminieren. Die Möglichkeit, den thermischen Kanal für die Dauer der Störung zu blockieren, liegt auf der Hand.

Parametrische Methoden zur Erhöhung der Störfestigkeit von IKSO. Die Grundlage parametrischer Verfahren zur Erhöhung der Störfestigkeit von IKSO ist die Identifizierung von Nutzsignalen durch einen oder einen Satz von Parametern, die für die Objekte charakteristisch sind, die das Auftreten dieser Signale verursachen. Als solche Parameter können die Bewegungsgeschwindigkeit des Objekts, seine Abmessungen, der Abstand zum Objekt verwendet werden. In der Praxis sind die konkreten Werte der Parameter in der Regel nicht im Voraus bekannt. Es gibt jedoch einen bestimmten Bereich ihrer Definition. Die Geschwindigkeit einer zu Fuß gehenden Person beträgt also weniger als 7 m / s. Die Kombination solcher Einschränkungen kann den Bereich des gewünschten Signals erheblich eingrenzen und somit die Wahrscheinlichkeit eines Fehlalarms verringern.

Betrachten wir einige Methoden zur Bestimmung der Parameter eines Objekts während seiner passiven optischen Detektion. Um die Bewegungsgeschwindigkeit des Objekts, seine lineare Größe in Bewegungsrichtung und den Abstand zu ihm zu bestimmen, müssen zwei parallele Empfindlichkeitszonen organisiert werden, die in der Bewegungsebene des Objekts um einen Grundabstand L . voneinander beabstandet sind Dann lässt sich leicht feststellen, dass die Bewegungsgeschwindigkeit des Objekts normal zu den Empfindlichkeitszonen ist

wobei die Verzögerungszeit zwischen den Signalen in den Empfangskanälen ist.

Lineare Größe des Objekts Bob in der Ebene normal zu den Empfindlichkeitszonen ist definiert als

wo ist thio .5 - die Dauer des Signalimpulses bei der Höhe U = 0,5U max.

Unter der Bedingung wird die Entfernung zum Objekt durch den Ausdruck bestimmt

wobei die Winkelgröße der elementaren Empfindlichkeitszone in Radiant ist und die Dauer der Vorderflanke des Signalimpulses ist.

Empfangene Parameterwerte Wob, b ^, D o6 werden mit den Domänen ihrer Definition verglichen, wonach eine Entscheidung über die Erkennung des Objekts getroffen wird. Wenn die Organisation von zwei parallelen Empfindlichkeitszonen nicht möglich ist, können die Parameter des Signalimpulses als identifizierende Parameter dienen: Anstiegszeit, Impulsdauer usw. Die Hauptbedingung für die Implementierung dieses Verfahrens ist die große Bandbreite des Empfangspfads, die erforderlich ist, um das Signal ohne Verzerrung seiner Form zu empfangen, d.h. in diesem Fall ist die Verwendung der optimalen Filtrationsmethode ausgeschlossen. Der Parameter, der bei der optimalen Filterung nicht verzerrt wird, ist die Dauer der Verzögerung zwischen den Signalen, die in den räumlich getrennten Kanälen auftritt. Daher kann die Identifizierung durch diesen Parameter durchgeführt werden, ohne die Bandbreite des Empfangspfads zu erweitern. Um die Identifizierung des Nutzsignals im ICSO mit einer Mehrstrahl-Empfindlichkeitszone nach dem Parameter m 3 durchführen zu können, ist es erforderlich, dass es mit Hilfe unabhängiger Empfänger in der Ebene der Objektbewegung gebildet wird.

Betrachten Sie beispielsweise die Bereiche der Bestimmung der Parameter des Signalimpulses und des Wertes von m 3 für ein ICSO mit einer einzigen Position mit einer Mehrstrahl-Empfindlichkeitszone bei realen Werten der Winkeldivergenz der elementaren Empfindlichkeitszone an = 0,015 rad, die Größe der Eintrittspupille d = 0,05 m und der Winkel zwischen den Empfindlichkeitszonen ap = 0,3 rad.

Die Impulsdauer bei Null-Pegel wird durch den Ausdruck bestimmt

Definitionsbereich der Impulsdauer für den Drehzahlbereich V Ö 6 = 0,1,7,0 m / s, ist t io = 0,036 ... 4,0 s. Dynamikbereich

Der Bereich zur Bestimmung der Pulsdauer in Höhe von 0,5U max ist schmaler und beträgt 0,036 ... 2,0 s, und der Dynamikbereich beträgt

Die Dauer der Vorderflanke des Signalimpulses wird durch den Ausdruck bestimmt

Woher kommt der Definitionsbereich und die Dynamik

Bereich

Die Dauer der Verzögerung zwischen Impulsen, die in benachbarten Kanälen auftreten, kann durch die Formel bestimmt werden:

Definitionsbereich des Verzögerungswertes 0 ... 30 s. Für den akzeptierten Wert d = 0,05 m und den Bereich des Bereichs D o6 = 1 ... 10 m beträgt der Definitionsbereich 4,5 ... 14,0 und der Dynamikbereich 3,1.

Bei d = 0 ist der Dynamikbereich für alle Bereichswerte Do6= 0 ... 10m.

Somit ist der stabilste Identifizierungsparameter der Wert von m 3 /tf.

Aufgrund der Synchronität des Auftretens von Sonnenstörungen in räumlich getrennten Kanälen, die in Kap. 4.3 ist eine vollständige Verstimmung mit dem Parameter

Die Verwendung unabhängiger Kanäle ermöglicht es, die Widerstandsfähigkeit des Geräts gegen konvektive Störungen zu erhöhen, da die endgültige Erkennungsentscheidung nur dann getroffen wird, wenn Signale in mindestens zwei Kanälen während eines bestimmten Zeitintervalls erkannt werden, das durch die maximal mögliche Verzögerung des Signalimpulses zwischen die Kanäle. In diesem Fall wird die Wahrscheinlichkeit eines Fehlalarms durch den Ausdruck bestimmt

wo Rls1. Rlsg - Fehlalarmwahrscheinlichkeiten in einzelnen Kanälen.

Vergleichende Analyse von Methoden zur Erhöhung der Störfestigkeit von IKSO. Die obigen Verfahren zur Erhöhung der Störfestigkeit von IKSO sind sowohl in ihrem physikalischen Wesen als auch in der Komplexität der Implementierung sehr unterschiedlich. Jeder von ihnen hat einzeln sowohl bestimmte Vor- als auch Nachteile. Um diese Methoden in Bezug auf die Kombination positiver und negativer Eigenschaften zu vergleichen, werden wir eine morphologische Tabelle erstellen. 4.2.

Die Tabelle zeigt, dass keine einzelne Methode alle Störungen vollständig unterdrücken kann. Die gleichzeitige Anwendung mehrerer Methoden kann jedoch die Störfestigkeit des IKSO mit einer leichten Komplikation des Gesamtgeräts erheblich erhöhen. Hinsichtlich der Kombination positiver und negativer Eigenschaften ist die am meisten bevorzugte Kombination: Spektralfilterung + Ortsfrequenzfilterung + parametrisches Verfahren.

Betrachten wir die wichtigsten in der Praxis in der modernen ICSO implementierten Methoden und Werkzeuge, die eine ausreichend hohe Erkennungswahrscheinlichkeit mit einer minimalen Häufigkeit von Fehlalarmen ermöglichen.

Um das Empfangsgerät vor Einwirkungen von Strahlungen zu schützen, die außerhalb des Spektralbereichs des Signals liegen, werden folgende Maßnahmen getroffen:

Das Eintrittsfenster des Pyromoduls ist mit einer Germaniumplatte bedeckt, die keine Strahlung mit einer Wellenlänge von weniger als 2 Mikrometer durchlässt;

Das Eintrittsfenster aller CO besteht aus Polyethylen hoher Dichte, das eine ausreichende Steifigkeit bietet, um es aufrechtzuerhalten geometrische Abmessungen und gleichzeitig nicht-durchlässige Strahlung im Wellenlängenbereich von 1 bis 3 µm;

Tabelle 2. Methoden zur Erhöhung der Störfestigkeit von ICSO

	Positive Eigenschaften	Negative Eigenschaften
Differential		Geringe Störfestigkeit gegenüber unkorrelierten Störungen
Frequenzfilterung	Teilweise Unterdrückung von solaren und konvektiven Störungen	Komplexität der Implementierung für Mehrkanalsysteme
Spektralfilterung	Leichtigkeit der Durchsetzung. Teilweise Unterdrückung von solaren Störungen.	Konvektionsstörungen werden nicht unterdrückt
Dualband	Vollständige Unterdrückung von Sonneneinstrahlung, Einfacher Verarbeitungsweg	Die Möglichkeit, das Produkt durch externe Lichtquellen zu blockieren. Konvektionsstörungen werden nicht unterdrückt. Die Notwendigkeit eines zusätzlichen optischen Kanals
Optimale Ortsfrequenzfilterung	Teilweise Unterdrückung von Hintergrund- und Sonneneinstrahlung. Leichtigkeit der Durchsetzung	Die Notwendigkeit, Empfänger mit einer speziellen Form des empfindlichen Bereichs zu verwenden
Parametrische Methoden	Teilweise Unterdrückung von Hintergrundgeräuschen. Erhebliche Unterdrückung von Sonnenechos	Komplexität des Verarbeitungsweges

Fresnel-Linsen werden in Form konzentrischer Kreise hergestellt, die auf der Oberfläche des Eintrittsfensters aus Polyethylen mit einer Brennweite entsprechend der für die menschliche Körpertemperatur charakteristischen maximalen Strahlungsstärke eingeprägt sind. Strahlung anderer Wellenlängen wird beim Durchgang durch diese Linse "verwischt" und somit abgeschwächt.

Mit diesen Maßnahmen ist es möglich, die Wirkung von Störungen von Quellen außerhalb des Spektralbereichs um den Faktor Tausend abzuschwächen und die Funktionsfähigkeit von IKSO bei starker Sonneneinstrahlung, Verwendung von Beleuchtungslampen usw.

Ein wirksames Mittel zum Schutz gegen thermische Störungen ist die Verwendung eines zweiseitigen Pyroempfängers mit der Bildung einer Zweistrahl-Empfindlichkeitszone. Wenn eine Person vorbeigeht, entsteht sequentiell in jedem der beiden Strahlen ein Signal, und das thermische Rauschen ist weitgehend korreliert und kann mit dem einfachsten Subtraktionsschema gedämpft werden. Alle modernen passiven IKSOs verwenden zwei Plattformen, und die neuesten Modelle verwenden auch Quad-Pyroelemente.

Zu Beginn der Betrachtung von Signalverarbeitungsalgorithmen ist folgende Bemerkung zu machen. Verschiedene Herstellerfirmen können unterschiedliche Terminologien verwenden, um einen Algorithmus zu bezeichnen, da ein Hersteller einem bestimmten Verarbeitungsalgorithmus oft einen eindeutigen Namen gibt und ihn unter seiner eigenen Marke verwendet, obwohl er tatsächlich jede herkömmliche Signalanalysemethode verwenden kann, die von anderen Unternehmen verwendet wird. . ..

Algorithmus optimale Filterung beinhaltet die Verwendung nicht nur der Amplitude des Signals, sondern seiner gesamten Energie, d. h. des Produkts aus Amplitude und Dauer. Ein zusätzliches informatives Zeichen des Signals ist das Vorhandensein von zwei Fronten - am Eingang des "Strahls" und an seinem Ausgang, wodurch viele Störungen in Form einer "Stufe" abgeglichen werden können. In IKSO Vision-510 analysiert die Verarbeitungseinheit beispielsweise die Bipolarität und Symmetrie der Signalform vom Ausgang des differentiellen Pyroempfängers. Der Kern der Verarbeitung besteht darin, ein Signal mit zwei Schwellenwerten zu vergleichen und in einigen Fällen die Amplitude und Dauer von Signalen unterschiedlicher Polarität zu vergleichen. Es ist auch möglich, dieses Verfahren mit einer getrennten Zählung der Überschreitung der positiven und negativen Schwellen zu kombinieren. PARADOX hat diesen Algorithmus Entry / Exit Analysis genannt.

Aufgrund der Tatsache, dass elektrisches Rauschen entweder eine kurze Dauer oder eine steile Flanke hat, ist es zur Erhöhung der Störfestigkeit am effektivsten, den Verstimmungsalgorithmus zu verwenden, der eine steile Flanke hervorhebt und das Ausgabegerät für die Dauer ihrer Wirkung blockiert. Somit wird ein stabiler Betrieb von CO auch unter Bedingungen starker elektrischer und funktechnischer Störungen im Bereich von Hunderten von Kilohertz bis zu einem Gigahertz bei Feldstärken bis zu SE/m erreicht. Die Pässe für moderne IKSO weisen eine Beständigkeit gegen elektromagnetische und hochfrequente Störungen mit Feldstärken bis 20 ... 30 V / m aus.

Die nächste wirksame Methode zur Erhöhung der Störfestigkeit ist die Verwendung der Schaltung "Impulszählung". Das Empfindlichkeitsdiagramm für die gängigsten "bulk" COs hat eine Mehrstrahlstruktur. Das bedeutet, dass eine Person bei Bewegung mehrere Strahlen hintereinander kreuzt. Darüber hinaus ist ihre Anzahl direkt proportional zur Anzahl der Strahlen, die die CO-Erfassungszone bilden, und der von einer Person zurückgelegten Entfernung. Die Implementierung dieses Algorithmus ist je nach CO-Modifikation unterschiedlich. Die am häufigsten verwendete manuelle Einstellung des Schalters für eine bestimmte Anzahl von Impulsen. Diesbezüglich nimmt die Störfestigkeit des IKSO offensichtlich mit zunehmender Anzahl von Pulsen zu. Damit das Gerät ausgelöst werden kann, muss eine Person mehrere Strahlen durchqueren, was jedoch die Erkennungsfähigkeit des Geräts durch das Vorhandensein von „Totzonen“ verringern kann. PARADOX ICSO verwendet einen patentierten APSP-Pyroreceiver-Signalverarbeitungsalgorithmus, der die Pulszahl automatisch abhängig vom Signalpegel umschaltet. Bei Signalen mit hohem Pegel erzeugt der Melder sofort einen Alarm, während er als Schwellwert arbeitet, und bei Signalen mit niedrigem Pegel schaltet er automatisch in den Impulszählmodus. Dies reduziert die Wahrscheinlichkeit von Fehlalarmen bei gleichbleibender Erkennungsleistung.

ICSO Enforcer-QX verwendet die folgenden Pulszählalgorithmen:

SPP - Impulse werden nur bei Signalen mit wechselnden Vorzeichen gezählt;

SGP3 - Es werden nur Impulsgruppen mit entgegengesetzter Polarität gezählt. Hier tritt ein Alarmzustand auf, wenn innerhalb einer eingestellten Zeit drei solcher Gruppen erscheinen.

In den neuesten Modifikationen von IKSO wird das Schema verwendet, um die Störfestigkeit zu erhöhen "angepasster Empfang". Dabei überwacht der Schwellenwert automatisch den Geräuschpegel, und mit steigendem Wert steigt er auch an. Dieses Verfahren ist jedoch nicht frei von Nachteilen. Bei einem Mehrwege-Empfindlichkeitsmuster ist es sehr wahrscheinlich, dass ein oder mehrere Strahlen auf einen Bereich intensiver Interferenz gerichtet werden. In diesem Fall wird die minimale Empfindlichkeit des gesamten Geräts festgelegt, einschließlich der Strahlen, bei denen die Interferenzintensität unbedeutend ist. Dies verringert die Gesamtwahrscheinlichkeit, das gesamte Gerät zu erkennen. Um diesen Nachteil zu beseitigen, wird vorgeschlagen, die Strahlen mit dem maximalen Rauschpegel zu "identifizieren" und sie vor dem Einschalten des Geräts mit speziellen undurchsichtigen Schirmen abzuschatten. Bei einigen Geräteausführungen sind sie im Lieferumfang enthalten.

Die Signaldaueranalyse kann sowohl durch die direkte Methode der Messung der Zeit, während der das Signal einen bestimmten Schwellenwert überschreitet, als auch im Frequenzbereich durch Filtern des Signals vom Ausgang des Pyroempfängers durchgeführt werden, einschließlich der Verwendung von schwebende Schwelle, bereichsabhängige Frequenzanalyse. Die Ansprechschwelle wird innerhalb des Frequenzbereichs des Nutzsignals auf einen niedrigen Pegel und außerhalb dieses Frequenzbereichs auf einen höheren Pegel eingestellt. Diese Methode ist im IKSO Enforcer-QX integriert und wurde unter dem Namen IFT patentiert.

Eine andere Art der Verarbeitung zur Verbesserung der Eigenschaften von IKSO ist automatische Temperaturkompensation. Im Bereich der Umgebungstemperaturen von 25 ... 35 ° C nimmt die Empfindlichkeit des Pyroempfängers aufgrund einer Abnahme des thermischen Kontrasts zwischen dem menschlichen Körper und dem Hintergrund ab und bei weiterer Temperaturerhöhung steigt die Empfindlichkeit wieder an, aber "mit dem umgekehrten Vorzeichen". Bei den sogenannten „herkömmlichen“ thermischen Ausgleichsschaltungen wird die Temperatur gemessen und bei steigender Temperatur die Verstärkung automatisch erhöht. Bei "Real" oder "Zweiwege" Kompensation wird die Erhöhung des thermischen Kontrastes bei Temperaturen über 25 ... 35 °C berücksichtigt. Die Verwendung einer automatischen Temperaturkompensation gewährleistet eine nahezu konstante ICSO-Empfindlichkeit über einen weiten Temperaturbereich. Diese thermische Kompensation wird in IKSO von PARADOX und C&K SYSTEMS verwendet.

Die aufgeführten Verarbeitungsarten können analog, digital oder kombiniert erfolgen. In modernen IKSO werden zunehmend Methoden der digitalen Verarbeitung unter Verwendung spezialisierter Mikrocontroller mit ADCs und Signalprozessoren angewendet, die eine detaillierte Verarbeitung der "feinen" Struktur des Signals ermöglichen, um es besser vom Hintergrund des Rauschens zu unterscheiden. In letzter Zeit gab es Berichte über die Entwicklung eines vollständig digitalen ICSO, das überhaupt keine analogen Elemente verwendet. Bei dieser IKSO wird das Signal vom Ausgang des Pyroempfängers mit einem hohen Dynamikbereich direkt dem Analog-Digital-Wandler zugeführt, und die gesamte Verarbeitung erfolgt in digitaler Form. Durch die Verwendung der volldigitalen Verarbeitung können Sie solche "analogen Effekte" wie mögliche Signalverzerrungen, Phasenverschiebungen und übermäßiges Rauschen beseitigen. Der Digital 404 verwendet den proprietären Signalverarbeitungsalgorithmus von SHIELD, der APSP umfasst, und analysiert die folgenden Signalparameter: Amplitude, Dauer, Polarität, Energie, Anstiegszeit, Form, Ankunftszeit und Signalsequenz. Jede Signalsequenz wird mit Bewegungs- und Störungsmustern verglichen, sogar die Art der Bewegung wird erkannt und bei Nichterfüllung der Alarmkriterien werden die Daten zur Analyse der nächsten Sequenz im Speicher abgelegt oder die gesamte Sequenz unterdrückt. Durch den kombinierten Einsatz von Metallschirmung und Software-Entstörung konnte die Störfestigkeit des Digital 404 gegen elektromagnetische und hochfrequente Störungen bis 30 ... 60 V/m im Frequenzbereich von 10 MHz bis 1 GHz erhöht werden.

Es ist bekannt, dass aufgrund der Zufallsnatur von Nutz- und Störsignalen die besten Verarbeitungsalgorithmen auf der Theorie statistischer Entscheidungen basieren. Den Aussagen der Entwickler nach zu urteilen beginnen diese Methoden in den neuesten ICSO-Modellen von C&K SYSTEMS zum Einsatz zu kommen.

Generell ist eine objektive Beurteilung der Qualität der verwendeten Verarbeitung nur anhand der Angaben des Herstellers recht schwierig. Indirekte Zeichen Besitz von CO Hohe taktische und technische Eigenschaften können das Vorhandensein eines Analog-Digital-Wandlers, eines Mikroprozessors und eines großen Umfangs des verwendeten Verarbeitungsprogramms sein.

Unterschied zwischen Aktiv- und Passiv-Infrarot-Sensoren

Infrarotsensoren werden von Tag zu Tag weiter verbreitet. Ob Sie es wissen oder nicht, Sie haben wahrscheinlich mehr als einmal in Ihrem Leben einen Infrarotsensor (IR) verwendet. Die meisten von uns wechseln die Fernsehkanäle mit einer Fernbedienung, die IR-Licht aussendet, und viele von uns durchlaufen Sicherheitssensoren, die Bewegungen durch Infrarotlicht erkennen.

Hersteller verwenden häufig IR-Sensoren, und Sie haben sie wahrscheinlich bei der Arbeit in der Automatisierung gesehen Garagentore Oh. Heute gibt es zwei Arten von Infrarotsensoren – aktive und passive. In diesem Beitrag sprechen wir über die Unterschiede zwischen Aktiv- und Passiv-Infrarot-Sensoren und deren Einsatzgebiete.

Das Funktionsprinzip des IR-Sensors ist einfach. Bei einem Standard-IR-Sensor sendet ein Sender in einiger Entfernung unsichtbares Licht an einen Empfänger. Empfängt der Empfänger kein Signal, zeigt der Sensor an, dass sich ein Objekt dazwischen befindet. Aber was genau ist der Unterschied zwischen passiven und aktiven Sensoren?

Sie könnten annehmen, dass passive IR-Sensoren weniger ausgereift sind als ihre aktiven Gegenstücke, aber Sie irren sich. Die Funktionsweise eines passiven IR-Sensors kann schwer zu verstehen sein. Erstens sendet jeder (Menschen, Tiere, sogar leblose Gegenstände) eine bestimmte Menge an Infrarotstrahlung aus. Die von ihnen ausgehende Infrarotstrahlung hängt mit der Wärme und der Materialzusammensetzung eines Körpers oder Objekts zusammen. Menschen können IR nicht sehen, aber Menschen haben elektronische Erkennungsgeräte entwickelt, um diese unsichtbaren Signale zu erkennen.

Passive IR-Sensoren (PIR) verwenden ein Paar pyroelektrischer Sensoren, um die Wärmeenergie in Umgebung... Diese beiden Sensoren werden nebeneinander installiert, und wenn sich die Signaldifferenz zwischen ihnen ändert (z. B. wenn eine Person einen Raum betritt), schaltet sich der Sensor ein. Die Fokussierung der IR-Strahlung auf jeden der beiden pyroelektrischen Sensoren erfolgt über eine Reihe von Linsen, die als Sensorkörper ausgebildet sind. Diese Linsen erweitern den Sichtbereich des Geräts.

Während Objektivmontage und Sensorelektronik komplexe Technologien sind, sind diese Geräte einfach zu bedienen. praktische Anwendung... Sie benötigen nur eine Stromversorgung und eine Masseleitung für den Sensor, um einen diskreten Ausgang zu erzeugen, der stark genug für den Mikrocontroller ist. Zu den typischen Einstellungen gehören das Hinzufügen von Potentiometern zur Einstellung der Empfindlichkeit und die Einstellung, wie lange der PIR nach dem Auslösen eingeschaltet bleibt.

PIR-Sensoren finden Sie normalerweise in Einbruchmeldeanlagen und automatischen Beleuchtungssystemen. Diese Anwendungen erfordern nicht, dass der Sensor einen bestimmten Ort eines Objekts erkennt, er erkennt einfach sich bewegende Objekte oder Personen in einem bestimmten Bereich.

PIR-Sensoren eignen sich zwar hervorragend für ihre Anwendung, wenn Sie im Allgemeinen Bewegungen erkennen möchten, aber sie geben Ihnen keine weiteren Informationen über das Thema. Um mehr zu erfahren, benötigen Sie einen aktiven IR-Sensor. Zum Abstimmen eines aktiven IR-Sensors werden sowohl ein Sender als auch ein Empfänger benötigt, aber diese Messmethode ist einfacher als ihr passives Gegenstück. So funktioniert aktive IR auf der Basisebene. Der IR-Sender sendet einen Lichtstrahl in Richtung des eingebauten Empfängers. Steht nichts im Weg, sieht der Empfänger das Signal. Wenn der Empfänger den Infrarotstrahl nicht sieht, erkennt er, dass sich das Objekt zwischen Sender und Empfänger befindet und sich daher im überwachten Bereich befindet.

Eine Variante eines standardmäßigen aktiven IR-Sensors verwendet Sender und Empfänger in die gleiche Richtung. Beide sind sehr nahe beieinander montiert, damit der Empfänger die Reflexion der Strahlung eines Objekts beim Eintritt in den Bereich erkennen kann. Der feste Reflektor sendet das Signal zurück. Dieses Verfahren repliziert die Installation separater Sender- und Empfängereinheiten, jedoch ohne dass eine entfernte elektrische Komponente installiert werden muss. Jede Methode hat Vor- und Nachteile, basierend auf dem Material, das der Sensor erkennt, und anderen spezifischen Umständen.

Aktive Infrarotsensoren sind in industriellen Umgebungen weit verbreitet. Bei diesen Anwendungen kann ein Paar Sender und Empfänger genau markieren, ob sich ein Objekt beispielsweise an einer bestimmten Position auf einem Förderband befindet. Aktive Infrarotsensoren finden Sie auch in Garagentor-Sicherheitssystemen, die Verletzungen oder mechanische Ausfälle aufgrund von Hindernissen im Weg des Tors verhindern. Was auch immer Ihre Anwendung ist, es gibt viele Infrarotsensoren in passiver und aktiver Konfiguration, um Ihren Anforderungen gerecht zu werden.