Устройство и принцип работы датчиков

В нашей статье рассмотрим принцип работы датчиков движения. Они фиксируют перемещение объекта и сигнализируют об этом звуком, включением света, блокировкой и т. д. Зафиксировать перемещение помогает анализ волн, которые могут быть инфракрасными, ультразвуковыми, микроволновыми и т.д.

Устройства активно используются в нашей жизни, начиная от охраны объектов и заканчивая использованием их в системе «умный дом». Активно применяют датчик движения для освещения, например, их устанавливают муниципальные службы для освещения лестничных пролетов в многоквартирных домах ― это позволяет экономить электричество: при наличии сенсора лампа срабатывает только при появлении человека, что увеличивает, в том числе срок эксплуатации самих осветителей, включающихся ровно тогда, когда это необходимо.

Разновидностью таких приборов являются датчики присутствия, они работают по такому же принципу, но отличаются более высокой чувствительностью.

Устройство, элементы датчика

Прежде всего, давайте разберемся, какие датчики движения бывают. Самыми популярными считаются инфракрасные, ультразвуковые, радиоволновые и фотоэлектрические. Они имеют примерно одинаковое устройство, разберем его на примере инфракрасного сенсора.

В его состав входит два чувствительных элемента и линзы, которые фокусируют отражаемое инфракрасное излучение на них. Пространство между элементами и линзами разграничено, спроецированное излучение от каждой линзы попадает на свой чувствительный элемент. Все линзы монтируются на корпус, они хорошо заметны и выглядят как полупрозрачное маленькое окно. Чем больше линз, тем чувствительней датчик и на менее заметное движение он отреагирует.

В качестве чувствительного элемента чаще всего используют пироэлектрики, принцип работы которых основан на спонтанной поляризации. Также используют термопарные элементы, микроболометры и др.

Принцип работы

Работа всех без исключения датчиков движения основана на анализе отражаемых от предмета волн. Если отражаемая волна попадает на объект, то она меняет свои характеристики (интенсивность, частоту и т. д.), чувствительный элемент фиксирует это и передает сигнал на исполняющее устройство, например, на сигнализацию, извещающую о постороннем человеке звуком или на светильник с датчиком движения, включающим свет.

Вот как выглядит наиболее простая схема датчика движения, работающего в системе с выключателем и лампой.

Работает это следующим образом. После того как вы зашли в комнату датчик отреагировал на ваше присутствие и передал команду на контроллер, который в соответствии с заданными параметрами отдает команду выключателю и тот включает свет. При выходе происходит обратная ситуация и свет отключается.

Популярны схемы, когда светодиодный датчик движения встраивается непосредственно в выключатель, такая система используется чаще всего в общественных местах: офисах, подъездах, туалетах.

Еще один пример использования таких устройств ― освещение придомовых территорий, парков, улицы при помощи солнечных батарей, работа светильников в этом случае основана на потреблении энергии солнца.

На опору устанавливают светильник, работающий на солнечной батарее, рядом монтируют солнечный датчик движения. В течение дня фонарь накапливает солнечную энергию и потом в темноте при перемещении объекта он включается после реакции датчика, затем через время отключается. Это удобно и экономично, такая схема особенно популярна при организации освещения на дачах и садовых участках.

Типы датчиков

Датчики могут отличаться не только по типу анализируемой волны, но и по другим признакам и в первую очередь по возможностям генерации излучаемых волн. В этом случае различают сенсоры:

• Активные.
• Пассивные.
• Комбинированные.

Активные приборы сами генерируют волны определенного типа (ультразвуковые, радиоволновые и т. д.), которые действуют в определенном радиусе. При движении объекта по этому участку волна отражается от него и изменяет свои характеристики, попадая через фокусирующую линзу на чувствительный элемент.

Видя разницу в параметрах излучаемой волны и отраженной, датчик реагирует и подает команду на контроллер, после чего совершается определенное действие (срабатывает звуковой сигнал, включается освещение и т. д.).

Естественно, что эта разница в характеристиках должна быть выше заданного порога чувствительности. Последний устанавливается для того, чтобы система не реагировала на перемещение мелких объектов ― кошек, собак и т. д.

Пассивные датчики работают по несколько иному принципу: они не генерируют волны определенного типа, а лишь улавливают их при отражении от объекта. По такому принципу работают инфракрасные устройства, которые учитывают исходящее тепло от объекта.

В них анализ характеристик происходит посредством двух чувствительных элементов: когда движения нет, они принимают одинаковые по количеству и интенсивности волны, но как только происходит движение, на один из элементов поступает измененная отраженная волна, датчик видит эту разницу и реагирует соответствующим образом.

Третий тип датчиков ― комбинированный. Они состоят из двух частей, первая генерирует волну определенного типа, а вторая на некотором расстоянии анализирует ее на характеристики. В зависимости от выбранного типа отличается и сама система, способ ее монтажа, комплектация и, соответственно, стоимость.

Отмечаем, что пассивные датчики используют при организации охранных систем или при монтаже систем освещения, в то время как активные сенсоры более популярны в промышленности, например, они максимально точно определят, в каком положении на конвейере находится объект, их также устанавливают в автоматические двери гаражей: датчики предотвратят столкновение человека или предмета с воротами, которые своевременно остановятся.