Verschil tussen actieve en passieve infraroodsensoren

Infraroodsensoren worden steeds gebruikelijker. Of je het nu beseft of niet, je hebt waarschijnlijk meer dan eens in je leven een infraroodsensor (IR) gebruikt. De meesten van ons wisselen van tv-kanaal met behulp van een afstandsbediening die IR-licht uitzendt, en velen van ons passeren beveiligingssensoren die beweging detecteren via infrarood licht.

Fabrikanten gebruiken IR-sensoren op grote schaal, en je hebt ze waarschijnlijk in gebruik gezien in geautomatiseerde garagedeuren. Tegenwoordig zijn er twee soorten infraroodsensoren: actief en passief. In dit materiaal zullen we het hebben over de verschillen tussen actieve en passieve IR-sensoren en hun toepassingsgebieden.

Het werkingsprincipe van de IR-sensor is eenvoudig. Bij een standaard IR-sensor stuurt een zender onzichtbaar licht naar een ontvanger op enige afstand. Als de ontvanger geen signaal ontvangt, geeft de sensor aan dat er een object tussen zit. Maar wat is precies het verschil tussen passieve en actieve sensoren?

Je zou kunnen aannemen dat PIR-sensoren minder complex zijn dan hun actieve tegenhangers, maar dan heb je het mis. De functionaliteit van een PIR-sensor kan moeilijker te begrijpen zijn. Ten eerste zendt iedereen (mensen, dieren, zelfs levenloze voorwerpen) een bepaalde hoeveelheid IR-straling uit. De IR-straling die ze uitzenden is gerelateerd aan de warmte en de materiaalsamenstelling van het lichaam of object. Mensen kunnen IR niet zien, maar mensen hebben elektronische detectieapparatuur ontwikkeld om deze onzichtbare signalen te detecteren.

Passieve infraroodsensoren (PIR-sensoren) gebruiken een paar pyro-elektrische sensoren om thermische energie in de omgeving te detecteren. Deze twee sensoren worden naast elkaar geïnstalleerd en wanneer het signaalverschil ertussen verandert (bijvoorbeeld als een persoon de kamer binnenkomt), wordt de sensor ingeschakeld. IR-straling wordt gefocust op elk van de twee pyro-elektrische sensoren met behulp van een reeks lenzen die zijn ontworpen als sensorbehuizing. Deze lenzen vergroten het detectiegebied van het apparaat.

Hoewel lensmontage en sensorelektronica complexe technologie zijn, zijn deze apparaten eenvoudig te gebruiken in praktische toepassingen. Je hebt alleen een voeding en een aardleiding nodig om de sensor een discrete output te laten produceren die sterk genoeg is om door een microcontroller te worden gebruikt. Typische instellingen zijn onder meer het toevoegen van potentiometers om de gevoeligheid aan te passen en het aanpassen van de tijd dat de PIR aan blijft nadat deze is geactiveerd.

U zult PIR-sensoren vaak tegenkomen in beveiligingsalarmen en automatische verlichtingssystemen. Deze toepassingen vereisen niet dat de sensor een specifieke objectlocatie detecteert, maar detecteert eenvoudigweg bewegende objecten of mensen in een specifiek gebied.

Hoewel PIR-sensoren uitstekend zijn voor wat ze doen als je beweging in het algemeen wilt detecteren, geven ze je niet veel meer informatie over een object. Voor meer informatie heb je een actieve IR-sensor nodig. Voor het opzetten van een actieve IR-sensor zijn zowel een zender als een ontvanger nodig, maar deze meetmethode is eenvoudiger dan de passieve tegenhanger. Dit is hoe actieve IR op basisniveau werkt. De IR-zender produceert een lichtstraal gericht op de ingebouwde ontvanger. Als niets interfereert, ziet de ontvanger het signaal. Als de ontvanger de IR-straal niet ziet, detecteert hij dat het object zich tussen de zender en de ontvanger bevindt en zich dus in het bewaakte gebied bevindt.

Eén variant van de standaard actieve IR-sensor gebruikt een zender en ontvanger die in dezelfde richting wijzen. Beide zijn zeer dicht bij elkaar gemonteerd, zodat de ontvanger de reflectie van straling van een object kan detecteren wanneer dit het gebied binnenkomt. Een vaste reflector stuurt het signaal terug. Deze methode bootst de installatie van afzonderlijke zender- en ontvangereenheden na, maar zonder de noodzaak om een ​​elektrisch onderdeel op afstand te installeren. Elke methode heeft zijn voor- en nadelen, afhankelijk van het materiaal dat de sensor zal detecteren en andere specifieke omstandigheden.

Actieve IR-sensoren zijn heel gebruikelijk in industriële omgevingen. Bij deze toepassingen kan een paar zenders en ontvangers nauwkeurig registreren of een object zich bijvoorbeeld in een bepaalde positie op een lopende band bevindt. U kunt ook actieve infraroodsensoren vinden in beveiligingssystemen voor garagedeuren die letsel of mechanische storingen als gevolg van obstakels op het pad van de deur voorkomen. Wat uw toepassing ook is, er is een verscheidenheid aan infraroodsensoren beschikbaar in passieve en actieve configuraties om aan uw behoeften te voldoen.

Het werkingsprincipe van passieve ICSO. Het werkingsprincipe van passieve ICS is gebaseerd op het registreren van signalen die worden gegenereerd door de warmtestroom die door het detectieobject wordt uitgezonden. Het bruikbare signaal aan de uitgang van een traagheidsvrije stralingsontvanger met één locatie wordt bepaald door de uitdrukking:

waarbij Su de voltgevoeligheid van de stralingsontvanger is, de verandering in de grootte van de warmteflux die invalt op het ingangsvenster van het optische systeem en wordt veroorzaakt door de beweging van het object in de detectiezone.

De maximale waarde komt overeen met het geval waarin het object zich volledig binnen het gezichtsveld van de ICS bevindt. Laten we deze waarde aanduiden als

Ervan uitgaande dat de verliezen in het optische systeem zo klein zijn dat ze kunnen worden verwaarloosd, drukken we ze uit via de parameters van het object en de achtergrond. Laten we, op de achtergrond, waarvan het oppervlak een absolute temperatuur Tf en emissiviteit heeft E F, verschijnt een object waarvan de absolute temperatuur is Tob, en emissiviteit Eov. Het projectiegebied van een object op een vlak loodrecht op de observatierichting wordt aangegeven met Zo, en het achtergrondprojectiegebied in het gezichtsveld is Bf. Vervolgens wordt de grootte van de warmteflux die op het invoervenster van het optische systeem valt voordat het object verschijnt, bepaald door de uitdrukking:

waar is de afstand van het toegangsraam tot het achtergrondoppervlak; 1. f - achtergrondhelderheid; S BX is het gebied van het invoervenster van het optische systeem.

De hoeveelheid warmtestroom die door een object wordt gegenereerd, wordt op een vergelijkbare manier bepaald:

Waar T - afstand van de ICSO tot het object; - helderheid van het object.

In de aanwezigheid van een object wordt de warmtestroom die op het toegangsraam valt gecreëerd door het object en dat deel van het achtergrondoppervlak dat niet door het object wordt afgeschermd, vanwaar de totale warmtestroom ontstaat.

Vervolgens wordt de verandering in de AF-warmtestroom geschreven als:

Ervan uitgaande dat de wet van Lambert geldt voor het object en de achtergrond, drukken we de helderheid uit Lo6 en bf via emissiviteiten en absolute temperaturen:

waar is de constante van Stefan-Boltzmann.

Door en in te vervangen, verkrijgen we een uitdrukking voor AF in termen van absolute temperaturen en emissiviteiten van het object en de achtergrond:

Voor bepaalde parameters van het optische systeem en de stralingsontvanger wordt de signaalwaarde overeenkomstig volledig bepaald door de verandering in de instraling DE.

De emissiviteit van de menselijke huid is zeer hoog, gemiddeld is deze 0,99 ten opzichte van een volledig zwart lichaam bij golflengten groter dan 4 micron. In het IR-gebied van het spectrum liggen de optische eigenschappen van de huid dicht bij de kenmerken van een zwart lichaam. De huidtemperatuur is afhankelijk van de warmte-uitwisseling tussen de huid en de omgeving. Metingen uitgevoerd met de Aga-750 warmtebeeldcamera toonden aan dat bij een luchttemperatuur van +25°C de temperatuur op het oppervlak van de handpalm van een persoon varieert tussen +32...+ 34°C, en bij een luchttemperatuur van + 19°C - binnen +28...+30°С. De aanwezigheid van kleding vermindert de helderheid van een object omdat de temperatuur van kleding lager is dan de temperatuur van de blote huid. Bij een omgevingstemperatuur van +25°C was de gemeten gemiddelde lichaamsoppervlaktetemperatuur van een persoon gekleed in pak +26°C. De emissiviteit van kleding kan ook anders zijn dan die van blote huid.

Andere parameters in de uitdrukking kunnen verschillende waarden aannemen, afhankelijk van de specifieke situatie en/of operationele taak.

Laten we het signaalgeneratieproces en de belangrijkste soorten interferentie die valse triggering van passieve ICS beïnvloeden, eens nader bekijken.

Signalering. Om de methoden en algoritmen voor het vergroten van de ruisimmuniteit van ICS beter te begrijpen, is het noodzakelijk om inzicht te hebben in de basisparameters van het signaal: vorm, amplitude, duur, afhankelijkheid van de snelheid van menselijke beweging en achtergrondtemperatuur.

Laten we een straaldetectiezone van 10 m lang beschouwen met een straaldiameter aan de basis van de kegel van 0,3 m. Er wordt aangenomen dat een persoon de zone loodrecht daarop doorkruist met maximale en minimale snelheden op een afstand van de ontvanger van 10,0 meter. 5 en 1 m. De signaalvorm bij het kruisen van de straal op een afstand van 10 m ziet eruit als een driehoek met een maximum wanneer de zone volledig bedekt is. In afb. 4.8.6 toont het spectrum van dit signaal. Wanneer de bundel elkaar op een kortere afstand kruist, neemt het signaal de vorm aan van een trapezium met steile fronten en neemt het spectrum van dit signaal de vorm aan zoals weergegeven in figuur 2. 4.9.6.

Uiteraard is de duur van het signaal omgekeerd evenredig met de bewegingssnelheid en de afstand tot de ontvanger.

Het werkelijke signaal verschilt van het ideale beeld als gevolg van vervormingen die worden geïntroduceerd door het versterkingspad en de superpositie van chaotische ruis die wordt veroorzaakt door schommelingen in de achtergrondtemperatuur. Opnames van echte signalen verkregen met behulp van de huishoudelijke PM2D-pyro-ontvanger worden getoond in Fig. 4.10. De spectrale kenmerken worden hier ook gepresenteerd, verkregen door feitelijk opgenomen signalen door de spectrumanalysator van het bedrijf te sturen

Door analyse van de opnames kunnen we het spectrale ‘venster’ bepalen dat nodig is voor de transmissie van signalen die worden gegenereerd bij het overschrijden van de zone, waar dan ook in het gehele snelheidsbereik van 0,1 tot 15 Hz. Tegelijkertijd kan het signaal aan de randen van het bereik verzwakken, omdat de pyro-elektrische detector een amplitude-frequentiekarakteristiek heeft met een afname in het gebied van 5... 10 Hz. Om dit te compenseren, is het noodzakelijk om een ​​speciale correctieversterker in het signaalverwerkingspad te introduceren, waardoor de frequentierespons in het gebied van 5...20 Hz toeneemt.

Temperatuurcontrast. De amplitude van het signaal wordt, zoals reeds vermeld, bepaald door het temperatuurcontrast tussen het menselijk lichaam en de achtergrond waarop de straal is gericht. Omdat de achtergrondtemperatuur verandert als gevolg van de verandering in de kamertemperatuur, verandert ook het signaal dat evenredig is aan hun verschil.

Op het punt waar de temperatuur van de persoon en de achtergrond samenvallen, is de waarde van het uitgangssignaal nul. Bij hogere temperaturen verandert het signaal van teken.

De achtergrondtemperatuur in de kamer weerspiegelt de toestand van de lucht buiten de kamer met enige vertraging vanwege de thermische traagheid van de structurele materialen van het gebouw.

Het temperatuurcontrast hangt ook af van de temperatuur van het buitenoppervlak van een persoon, d.w.z. vooral uit zijn kleding. Bovendien blijkt hier de volgende omstandigheid van belang. Als iemand van buitenaf, bijvoorbeeld vanaf de straat, een ruimte betreedt waar een ICSO is geïnstalleerd, waar de temperatuur aanzienlijk kan verschillen van de temperatuur in de kamer, dan kan het thermische contrast op het eerste moment aanzienlijk zijn. Naarmate de kledingtemperatuur zich ‘aanpast’ aan de kamertemperatuur, neemt het signaal af. Maar zelfs na een lang verblijf binnenshuis is de sterkte van het signaal afhankelijk van het soort kleding. In afb. Figuur 4.11 toont de experimentele afhankelijkheid van het temperatuurcontrast van een persoon en de omgevingstemperatuur. De stippellijn toont extrapolatie van experimentele gegevens voor temperaturen boven 40°C.

Het gearceerde gebied 1 is een reeks contrasten, afhankelijk van de vorm van de kleding, het type achtergrond, de grootte van de persoon en de snelheid van zijn beweging.

Het is belangrijk op te merken dat de overgang van de temperatuurcontrastwaarde naar nul alleen plaatsvond als, in het temperatuurbereik van 30...39,5°C, metingen werden uitgevoerd nadat een persoon zich gedurende 15 minuten had aangepast aan een verwarmde kamer. Bij binnendringen in de CO-gevoeligheidszone van een persoon die zich voorheen in een ruimte bevond met een temperatuur onder de 30°C of in de open lucht met een temperatuur van 44°C, liggen de signaalniveaus in het temperatuurbereik 30...39,5 °C ligt in regio 2 en bereikt niet nul.

De temperatuurverdeling over het oppervlak van een persoon is niet uniform. Op open delen van het lichaam - het gezicht en de handen - ligt de temperatuur het dichtst bij 36°C, en de temperatuur van het kledingoppervlak ligt dichter bij de achtergrond van de kamer. Daarom hangt het signaal aan de ingang van de pyro-elektrische detector af van welk deel van het lichaam de radiale gevoeligheidszone overlapt.

Door rekening te houden met het signaalvormingsproces kunnen we de volgende conclusies trekken:

De signaalamplitude wordt bepaald door het temperatuurcontrast tussen het menselijke oppervlak en de achtergrond, dat kan variëren van fracties van een graad tot tientallen graden;

De signaalvorm is driehoekig of trapeziumvormig, de duur van het signaal wordt bepaald door het snijpunt van de straalzone en kan bij normale beweging ten opzichte van de straal variëren van 0,05 tot 10 s. Bij beweging onder een hoek ten opzichte van de normaal neemt de duur van het signaal toe. De maximale spectrale dichtheid van het signaal ligt in het bereik van 0,15 tot 5 Hz;

Wanneer een persoon langs de straal beweegt, is het signaal minimaal en wordt het alleen bepaald door het temperatuurverschil tussen individuele delen van het oppervlak van de persoon en bedraagt ​​het een fractie van een graad;

Wanneer een persoon zich tussen de balken beweegt, is er vrijwel geen signaal;

Wanneer de kamertemperatuur dicht bij de oppervlaktetemperatuur van het menselijk lichaam ligt, is het signaal minimaal, d.w.z. het temperatuurverschil is een fractie van een graad;

De amplitudes van signalen in verschillende bundels van de detectiezone kunnen aanzienlijk van elkaar verschillen, omdat ze worden bepaald door het temperatuurcontrast van het menselijk lichaam en het achtergrondgebied waarop deze bundel is gericht. Het verschil kan oplopen tot tien graden.

Interferentie in passieve ICSO. Laten we verder gaan met de analyse van interferentie-effecten die valse activering van passieve ICSO veroorzaken. Met interferentie bedoelen we elke invloed van de externe omgeving of interne ruis van het ontvangende apparaat die niet geassocieerd is met menselijke beweging in de CO-gevoeligheidszone.

Er is de volgende classificatie van interferentie:

Thermisch, veroorzaakt door verwarming van de achtergrond bij blootstelling aan zonnestraling, convectielucht stroomt door de werking van radiatoren, airconditioners, tocht;

Elektrisch, veroorzaakt door interferentie van bronnen van elektrische en radio-emissies naar individuele elementen van het elektronische deel van de CO;

Inherent, veroorzaakt door het geluid van de pyro-elektrische ontvanger en het signaalversterkingspad;

Buitenstaanders geassocieerd met de beweging van kleine dieren of insecten in de CO-gevoeligheidszone langs het oppervlak van het optische venster voor CO-invoer.

De meest significante en “gevaarlijke” interferentie is thermische interferentie, veroorzaakt door veranderingen in de temperatuur van de achtergrondgebieden waarop de stralingsgevoelige zones zijn gericht. Blootstelling aan zonnestraling leidt tot een lokale temperatuurstijging van afzonderlijke delen van de muur of vloer van de kamer. In dit geval passeert de geleidelijke temperatuurverandering niet de filtercircuits van het apparaat, maar relatief scherpe en "onverwachte" temperatuurschommelingen, bijvoorbeeld geassocieerd met de schaduw van de zon door passerende wolken of de passage van voertuigen , veroorzaken interferentie die vergelijkbaar is met het signaal van de passage van een persoon. De amplitude van de interferentie hangt af van de traagheid van de achtergrond waarop de straal is gericht. De temperatuurveranderingstijd voor een kale betonnen muur is bijvoorbeeld veel langer dan voor een houten of behangen muur.

In afb. Er wordt een opname gegeven van typische zonne-interferentie aan de uitgang van een pyro-elektrische detector tijdens het passeren van een wolk, evenals het spectrum ervan.

In dit geval bereikt de temperatuurverandering tijdens zonne-interferentie 1,0...1,5 ° C, vooral in gevallen waarin de straal op een achtergrond met lage traagheid is gericht, bijvoorbeeld op een houten muur of een stoffen gordijn. De duur van een dergelijke interferentie hangt af van de snelheid van de schaduw en kan binnen het bereik van snelheden vallen die kenmerkend zijn voor menselijke bewegingen. Er moet één belangrijke omstandigheid worden opgemerkt die het mogelijk maakt dergelijke interferentie te bestrijden. Als twee bundels op aangrenzende gebieden van de achtergrond worden gericht, zijn het type en de amplitude van het interferentiesignaal door blootstelling aan de zon in elke bundel vrijwel hetzelfde, d.w.z. Er is een sterke interferentiecorrelatie. Hierdoor kan het juiste ontwerp van het circuit ze onderdrukken door signalen af ​​te trekken,

Convectieve interferentie wordt veroorzaakt door de invloed van bewegende luchtstromen, bijvoorbeeld tocht met een open raam, scheuren in het raam, maar ook door huishoudelijke verwarmingsapparaten - radiatoren en airconditioners. Luchtstromen veroorzaken een chaotische fluctuatieverandering in de achtergrondtemperatuur, waarvan de amplitude en het frequentiebereik afhankelijk zijn van de snelheid van de luchtstroom en de kenmerken van het achtergrondoppervlak.

In tegenstelling tot zonnestraling is convectieve interferentie van verschillende delen van de achtergrond, zelfs op een afstand van 0,2...0,3 m, zwak met elkaar gecorreleerd en heeft het aftrekken ervan geen effect.

Elektrische interferentie treedt op wanneer bronnen van elektrische en radiostraling, meet- en huishoudelijke apparatuur, verlichting, elektromotoren, radiozendapparatuur worden ingeschakeld, evenals tijdens stroomschommelingen in het kabelnetwerk en hoogspanningslijnen. Blikseminladingen veroorzaken ook een aanzienlijke mate van interferentie.

De gevoeligheid van de pyro-elektrische ontvanger is zeer hoog - bij een temperatuurverandering van 1°C bedraagt ​​het uitgangssignaal rechtstreeks van het kristal een fractie van een microvolt, dus interferentie van interferentiebronnen van enkele volts per meter kan een interferentiepuls veroorzaken die duizenden keren hoger dan het bruikbare signaal. De meeste elektrische ruis heeft echter een korte duur of een steile flank, waardoor deze kan worden onderscheiden van het bruikbare signaal.

De interne ruis van de pyro-elektrische detector bepaalt de hoogste gevoeligheidslimiet van de IRSO en heeft de vorm van witte ruis. Hierdoor kunnen hier geen filtermethoden worden gebruikt. De intensiteit van de interferentie neemt toe naarmate de temperatuur van het kristal ongeveer tweemaal per tien graden stijgt. Moderne pyro-ontvangers hebben een geluidsniveau dat overeenkomt met een temperatuurverandering van 0,05...0,15°C.

Conclusies:

1. Het spectrale bereik van interferentie omvat het bereik van signalen en ligt in het gebied van fracties tot tientallen hertz.

2. De gevaarlijkste vorm van interferentie is achtergrondverlichting door zonne-energie, waarvan de impact de achtergrondtemperatuur met 3...5°C verhoogt.

3. Interferentie door zonlicht voor nabije delen van de achtergrond is strikt met elkaar gecorreleerd en kan worden verzwakt als een schema met twee stralen wordt gebruikt voor het construeren van de CO.

4. Convectieve interferentie van thermische huishoudelijke apparaten heeft de vorm van fluctuerende willekeurige temperatuurschommelingen, die 2...3°C bereiken in het frequentiebereik van 1 tot 20 Hz met een zwakke correlatie tussen de stralen.

5. Elektrische interferentie neemt de vorm aan van korte pulsen of stapsgewijze effecten met een steil front; de geïnduceerde spanning kan honderden keren hoger zijn dan het signaal.

6. De intrinsieke ruis van de pyro-elektrische ontvanger, die overeenkomt met het signaal wanneer de temperatuur met 0,05...0,15°C verandert, ligt in het frequentiebereik dat het bereik van het signaal bestrijkt, en neemt evenredig met de temperatuur ongeveer tweemaal toe voor elke 10°C.

Methoden voor het vergroten van de ruisimmuniteit van passieve ICS.Gedifferentieerde toelatingsmethode F-straling is behoorlijk wijdverbreid geworden. De essentie van deze methode is als volgt: met behulp van een ontvanger met twee locaties worden twee ruimtelijk gescheiden gevoeligheidszones gevormd. De in beide kanalen gegenereerde signalen worden onderling afgetrokken:

Het is duidelijk dat twee ruimtelijk gescheiden gevoeligheidszones niet tegelijkertijd door een bewegend object kunnen worden overschreden. In dit geval verschijnen de signalen in de kanalen na elkaar, daarom neemt hun amplitude niet af. Uit de formule volgt dat de interferentie aan de uitgang van de differentiële ontvanger nul is als tegelijkertijd aan de volgende voorwaarden wordt voldaan:

1. De vormen van interferentie in de kanalen zijn hetzelfde.

2. De interferentieamplitudes zijn hetzelfde.

3. Interferenties hebben dezelfde temporele positie.

In het geval van zonne-interferentie wordt aan voorwaarde 1 en 3 alleen voldaan als hetzelfde materiaal als achtergrond in beide kanalen dient of de invalshoeken van zonne-energie op de achtergrond in beide kanalen hetzelfde zijn. of in beide kanalen raakt de zonnestralingsflux het hele gebied van de achtergrond en beperkt de gevoeligheidszones. In afb. De afhankelijkheid van de ruisamplitude aan de uitgang van de differentiële trap van de ruisamplitude aan de ingang ervan wordt getoond.

De parameter is de verhouding van de amplitudes van interferentie-effecten in de kanalen. In dit geval wordt bedoeld dat aan voorwaarde 1 en 3 wordt voldaan.

Vanaf afb. Te zien is dat bij een voldoende goede samenloop van de amplitudes van de interferentie-effecten in de kanalen een 5...10-voudige onderdrukking van deze interferentie wordt bereikt. Voor waarden van UB xi/U B x2> 1,2 De ontstoringsonderdrukking neemt af en de uitgangskarakteristiek =/ neigt naar een soortgelijke karakteristiek van een enkele ontvanger.

Bij blootstelling aan convectieve interferentie wordt de mate van onderdrukking ervan door de differentiële ontvanger bepaald door de mate van correlatie op ruimtelijk gescheiden punten van het achtergrondoppervlak. De mate van ruimtelijke correlatie van convectieve interferentie kan worden beoordeeld door de intensiteit ervan te meten met behulp van differentiële en conventionele ontvangstmethoden. De resultaten van enkele metingen zijn weergegeven in Fig. 4.14.

Optimale frequentiefiltering. Effectieve interferentie-onderdrukking met deze methode is mogelijk wanneer er een significant verschil is in de frequentiespectra van signalen en interferentie. Uit de bovenstaande gegevens volgt dat er in ons geval geen dergelijk verschil bestaat. Daarom is het niet mogelijk om deze methode te gebruiken om interferentie volledig te onderdrukken.

Het belangrijkste type ruis dat de gevoeligheid van de ICS bepaalt, is het eigen geluid van de ontvanger. Daarom maakt het optimaliseren van de versterkerbandbreedte, afhankelijk van het signaalspectrum en de aard van de ontvangerruis, het mogelijk om de maximale mogelijkheden van het ontvangstsysteem te realiseren.

Optische spectrale filtering. De essentie van de optische spectrale filtermethode is dezelfde als bij optimale frequentiefiltering. Met spectrale filtering wordt interferentie onderdrukt als gevolg van verschillen in de optische spectra van signalen en interferentie. Deze verschillen zijn vrijwel afwezig voor convectieve interferentie en voor de zonne-interferentiecomponent die ontstaat als gevolg van veranderingen in de achtergrondtemperatuur onder invloed van zonnestraling, maar het spectrum van de door de achtergrond gereflecteerde zonne-interferentiecomponent verschilt aanzienlijk van het signaalspectrum. De spectrale dichtheid van de energiehelderheid van een absoluut zwart lichaam wordt bepaald door de formule van Planck:

waar is de golflengte; k - Boltzmann-constante; T - lichaamstemperatuur; h - de constante van Planck; c is de snelheid van het licht.

Een grafische weergave van de functie, genormaliseerd door de contraststraling van het object en de zonnestraling, wordt weergegeven in Fig. 4.15.

Volgens de klassieke theorie van lineaire optimale filtering moet, om de maximale signaal-ruisverhouding te garanderen, de spectrale doorlaatband van het optische filter worden aangepast aan het spectrum van de contraststraling van het object en de vorm hebben die wordt getoond in figuur 1. 4.15.

Zuurstofvrij glas IKS-33 voldoet het meest aan deze voorwaarde onder commercieel geproduceerde materialen.

De mate van onderdrukking van zonne-interferentie door de gespecificeerde filters voor verschillende achtergronden wordt weergegeven in de tabel. 4.1. Uit de tabel blijkt dat de grootste onderdrukking van zonne-interferentie wordt bereikt door het IKS-33-filter. Zwarte polyethyleenfilm is enigszins inferieur aan IKS-33.

Dus zelfs bij gebruik van het IKS-33-filter wordt zonne-interferentie slechts 3,3 keer onderdrukt, wat niet kan leiden tot een radicale verbetering van de ruisimmuniteit van een passief optisch detectieapparaat.

Optimale ruimtelijke frequentiefiltering. Het is bekend dat detectiekarakteristieken onder omstandigheden van optimale lineaire filtering op unieke wijze verband houden met de signaal-ruisverhouding. Om ze te evalueren en te vergelijken, is het handig om de hoeveelheid te gebruiken

waarbij U de signaalamplitude is; de spectrale signaalvermogendichtheid;

Tafel 1. De mate van onderdrukking van zonne-interferentie door verschillende filters voor verschillende achtergronden

In de fysieke betekenis is de hoeveelheid de verhouding tussen de signaalenergie en de spectrale vermogensdichtheid van de interferentie. Het is duidelijk dat wanneer de ruimtehoek van de elementaire gevoeligheidszone verandert, de intensiteit van de interferentie die door de achtergrond wordt uitgezonden en het ontvangende kanaal binnenkomt, verandert. Tegelijkertijd hangt de signaalamplitude af van de geometrische vorm van de elementaire gevoeligheidszone. Laten we eens kijken bij welke configuratie van de elementaire gevoeligheidszone de waarde μ zijn maximale waarde bereikt, waarvoor we het eenvoudigste detectiemodel beschouwen. Laat de IRSO-gevoeligheidszone stationair zijn ten opzichte van de achtergrond, en het gedetecteerde object beweegt met hoeksnelheid Vo6 ten opzichte van het observatiepunt. De gevoeligheidszone en het object in het vlak loodrecht op de optische as zijn rechthoekig, en de hoekafmetingen van het object en het gezichtsveld zijn zo klein dat we met voldoende nauwkeurigheid kunnen overwegen

waar is de ruimtehoek waaronder het object zichtbaar is;

respectievelijk in de horizontale en verticale vlakken; hoekgrootte van de gevoeligheidszone in respectievelijk het horizontale en verticale vlak;

De energiehelderheid van object B is over het gehele oppervlak hetzelfde, en de spectrale dichtheid van de energiehelderheid van de achtergrondruis is over het gehele oppervlak hetzelfde. Het signaal en de achtergrondruis zijn additief. Het voorwerp beweegt gelijkmatig in het vlak van hoek a„. De energieontvanger is traagheidsvrij, kwadratisch. Het signaal van de ontvanger wordt naar een afstembaar optimaal filter gevoerd. Vervolgens wordt de spectrale vermogensdichtheid van de achtergrondruis aan de uitgang van de ontvanger bepaald door de uitdrukking:

Waar Copt- transmissiecoëfficiënt van het optische systeem; NAAR T- transmissiecoëfficiënt van het signaalvoortplantingspad; NAAR P- Ontvangergevoeligheid.

Wanneer een object het gezichtsveld passeert, wordt aan de uitgang van de ontvanger een signaalpuls gegenereerd, waarvan de vorm en het eventuele spectrum worden bepaald door de uitdrukkingen:

waarbij U0 een signaalpuls is met eenheidsamplitude; - spectrum van een signaalpuls met eenheidsamplitude.

Voor een achtergrondemitterende interferentie waarvan de spectrale vermogensdichtheid de vorm heeft, wordt de uitgangswaarde van de traagheidsvrije ontvanger in overeenstemming met de uitdrukking bepaald als

De aard van de afhankelijkheid van de hoeveelheid heeft de vorm getoond in Fig. 4.16. Uit het bovenstaande volgt dat om de maximale signaal/achtergrondruisverhouding te garanderen, de vorm van de gevoeligheidszone moet worden aangepast aan de vorm van het object.

In het geval van fluctuatie van achtergrondruis wordt de maximale waarde van de signaal/achtergrondruisverhouding bereikt wanneer de geometrische vorm van de elementaire gevoeligheidszone samenvalt met de vorm van het object. Deze conclusie geldt ook voor het geval van gepulseerde zonne-interferentie. Dit wordt bevestigd door het voor de hand liggende feit dat wanneer de ruimtehoek van de gevoeligheidszone toeneemt vanaf een waarde gelijk aan de ruimtehoek waaronder het object zichtbaar is, de signaalamplitude niet verandert en de amplitude van de zonne-interferentie toeneemt in verhouding tot de ruimtehoek waarin het object zichtbaar is. ruimtehoek van de gevoeligheidszone. Dat wil zeggen dat de methode van optimale ruimtelijke frequentiefiltering het mogelijk maakt om de ruisimmuniteit van een passief optisch detectieapparaat voor zowel convectieve als zonne-interferentie te vergroten.

Dual-bandmethode voor het ontvangen van IR-straling. De essentie van deze methode is om een ​​tweede kanaal in de ICS te introduceren, dat zorgt voor de ontvangst van IR-straling in het zichtbare of nabije IR-bereik, om aanvullende informatie te verkrijgen die het signaal van interferentie onderscheidt. Het gebruik van een dergelijk kanaal in combinatie met het hoofdkanaal in één kamer is niet effectief, omdat zowel het signaal als de interferentie bij aanwezigheid van verlichting in beide spectrale bereiken worden gevormd. Het is veel effectiever om een ​​zichtbaar bereikkanaal te gebruiken wanneer het buiten beschermde gebouwen wordt geïnstalleerd, op plaatsen die dit kanaal niet kunnen blokkeren met kunstmatige lichtbronnen. In dit geval genereert het kanaal, wanneer de verlichting van de zon verandert, een signaal dat mogelijke activering van de ICSO onder invloed van zonne-interferentie verbiedt. Met deze organisatie maakt de dual-band-methode het mogelijk om valse alarmen van de ICS, die mogelijk zijn als gevolg van het optreden van zonne-interferentie, volledig te elimineren. De mogelijkheid om het thermische kanaal te blokkeren gedurende de duur van de interferentie ligt voor de hand.

Parametrische methoden voor het vergroten van de ruisimmuniteit van ICS. De basis van parametrische methoden voor het vergroten van de ruisimmuniteit van ICSI is de identificatie van bruikbare signalen door één of een reeks parameters die kenmerkend zijn voor de objecten die deze signalen veroorzaken. Als dergelijke parameters kunnen de bewegingssnelheid van het object, de afmetingen ervan en de afstand tot het object worden gebruikt. In de praktijk zijn specifieke parameterwaarden in de regel niet vooraf bekend. Er is echter enige ruimte voor hun definitie. De snelheid van een persoon die loopt is dus minder dan 7 m/s. De combinatie van dergelijke beperkingen kan de reikwijdte van de definitie van het nuttige signaal aanzienlijk verkleinen en daardoor de kans op valse alarmen verkleinen.

Laten we eens kijken naar enkele manieren om de parameters van een object te bepalen tijdens de passieve optische detectie. Om de bewegingssnelheid van een object, de lineaire grootte ervan in de bewegingsrichting en de afstand ernaartoe te bepalen, is het noodzakelijk om twee parallelle gevoeligheidszones te organiseren, op afstand van elkaar in het bewegingsvlak van het object op een bepaalde basisafstand L. Dan is eenvoudig vast te stellen dat de bewegingssnelheid van het object normaal is voor de gevoeligheidszones

waar is de vertragingstijd tussen signalen in ontvangende kanalen.

Lineaire grootte van een object LOB in het vlak loodrecht op de gevoeligheidszones wordt gedefinieerd als

waar is thio .5 - duur van de signaalpuls op het niveau U=0,5U max.

Onder de voorwaarde wordt de afstand tot het object bepaald door de uitdrukking

waar is de hoekgrootte van de elementaire gevoeligheidszone in radialen;

Ontvangen parameterwaarden Woef, b^, Do6 worden vergeleken met de gebieden van hun definitie, waarna wordt besloten het object te detecteren. In het geval dat de organisatie van twee parallelle gevoeligheidszones onmogelijk is, kunnen de parameters van de signaalpuls dienen als identificerende parameters: stijgtijd, pulsduur, enz. De belangrijkste voorwaarde voor de implementatie van deze methode is de grote bandbreedte van het ontvangstpad, die nodig is om het signaal te ontvangen zonder de vorm ervan te vervormen, d.w.z. in dit geval is het gebruik van de optimale filtermethode uitgesloten. De parameter die niet wordt vervormd tijdens het proces van optimaal filteren is de duur van de vertraging tussen signalen die optreedt in ruimtelijk gescheiden kanalen. Daarom kan identificatie met behulp van deze parameter worden uitgevoerd zonder de bandbreedte van het ontvangstpad uit te breiden. Om een ​​nuttig signaal te identificeren in een ICS met een gevoeligheidszone met meerdere bundels volgens parameter m3, is het noodzakelijk dat het wordt gevormd in het bewegingsvlak van het object met behulp van onafhankelijke ontvangers.

Laten we als voorbeeld de gebieden bekijken voor het bepalen van de parameters van de signaalpuls en de waarde van m 3 voor een ICS met één positie met een gevoeligheidszone met meerdere bundels met reële waarden van de hoekdivergentie van de elementaire gevoeligheidszone a p = 0,015 rad, de grootte van de intreepupil d = 0,05 m en de hoek tussen de gevoeligheidszones a p = 0,3 rad.

De pulsduur op het nulniveau wordt bepaald door de uitdrukking

Definitiebereik pulsduur voor snelheidsbereik V O 6 =0,1,7,0 m/s, is tio =0,036... 4,0 s. Dynamisch bereik

Het bereik voor het bepalen van de pulsduur op het niveau van 0,5U max is al 0,036...2,0 s, en het dynamisch bereik

De duur van het signaalpulsfront wordt bepaald door de uitdrukking

Waar komt de reikwijdte van de definitie vandaan, en de dynamiek

bereik

De duur van de vertraging tussen pulsen die optreden in aangrenzende kanalen kan worden bepaald met de formule:

Het bereik voor het bepalen van de vertragingswaarde bedraagt ​​0...30 s. Voor de geaccepteerde waarde d=0,05 m en bereik Do6 = 1...10 m is het detectiebereik 4,5...14,0 en het dynamisch bereik 3,1.

Bij d=0 dynamisch bereik voor alle bereiken Doe6=0...10 m.

De meest stabiele identificerende parameter is dus de waarde m3/tf.

Vanwege de synchroniciteit van het optreden van zonne-interferentie in ruimtelijk gescheiden kanalen, opgemerkt in Sec. 4.3 is het mogelijk om er volledig van af te sluiten met behulp van de parameter

Het gebruik van onafhankelijke kanalen maakt het mogelijk om de weerstand van het apparaat tegen convectieve interferentie te vergroten, aangezien de uiteindelijke beslissing over detectie alleen wordt genomen als signalen worden gedetecteerd in ten minste twee kanalen gedurende een bepaald tijdsinterval dat wordt bepaald door de maximaal mogelijke vertraging van de signaalpuls tussen de kanalen. In dit geval wordt de waarschijnlijkheid van een vals alarm bepaald door de uitdrukking

waar is radar1. RLSG - kansen op vals alarm in individuele kanalen.

Vergelijkende analyse van methoden om de ruisimmuniteit van ICSO te vergroten. De hierboven besproken methoden voor het vergroten van de ruisimmuniteit van ICSO zijn behoorlijk divers, zowel qua fysieke essentie als qua complexiteit van de implementatie. Elk van hen heeft afzonderlijk zowel bepaalde voor- als nadelen. Voor het gemak van het vergelijken van deze methoden op basis van het geheel van positieve en negatieve eigenschappen, zullen we een morfologische tabel samenstellen. 4.2.

Uit de tabel blijkt dat geen enkele methode alle interferentie volledig kan onderdrukken. Het gelijktijdige gebruik van verschillende methoden kan de ruisimmuniteit van de ICSO echter aanzienlijk vergroten, met een kleine complicatie voor het apparaat als geheel. Gebaseerd op de combinatie van positieve en negatieve eigenschappen is de combinatie met de meeste voorkeur: spectrale filtering + ruimtelijke frequentiefiltering + parametrische methode.

Laten we eens kijken naar de belangrijkste methoden en hulpmiddelen die in de praktijk in de moderne ICSS zijn geïmplementeerd, die het mogelijk maken om een ​​voldoende hoge detectiekans te garanderen met een minimale frequentie van valse alarmen.

Om het ontvangende apparaat te beschermen tegen blootstelling aan straling buiten het spectrale bereik van het signaal, worden de volgende maatregelen genomen:

Het ingangsvenster van de pyromodule is bedekt met een germaniumplaat die geen straling doorlaat met een golflengte van minder dan 2 micron;

Het toegangsvenster van de gehele CO is gemaakt van polyethyleen met hoge dichtheid, dat voldoende stijfheid biedt om geometrische afmetingen te behouden en tegelijkertijd geen straling doorlaat in het golflengtebereik van 1 tot 3 μm;

Tabel 2. Methoden voor het vergroten van de ruisimmuniteit van ICSO

	Positieve eigenschappen	Negatieve eigenschappen
Differentieel		Lage ruisimmuniteit voor niet-gecorreleerde interferentie
Frequentiefiltering	Gedeeltelijke onderdrukking van zonne- en convectieve interferentie	Complexiteit van de implementatie voor meerkanaalssystemen
Spectrale filtering	Gemak van implementatie. Gedeeltelijke onderdrukking van zonne-interferentie.	Convectieve interferentie wordt niet onderdrukt
Dubbele band	Volledige onderdrukking van zonne-interferentie, eenvoudig verwerkingspad	Mogelijkheid om het product te blokkeren door externe lichtbronnen. Convectieve interferentie wordt niet onderdrukt. De behoefte aan een extra optisch kanaal
Optimale ruimtelijke frequentiefiltering	Gedeeltelijke onderdrukking van achtergrond- en zonne-interferentie. Gemak van implementatie	De noodzaak om ontvangers te gebruiken met een speciale vorm van het gevoelige gebied
Parametrische methoden	Gedeeltelijke onderdrukking van achtergrondgeluiden. Aanzienlijke onderdrukking van zonne-interferentie	Complexiteit van verwerkingspaden

Fresnel-lenzen zijn gemaakt in de vorm van concentrische cirkels die op het oppervlak van het toegangsvenster zijn gestempeld, gemaakt van polyethyleen, met een brandpuntsafstand die overeenkomt met het maximale stralingsniveau dat kenmerkend is voor de menselijke lichaamstemperatuur. Stralingen van andere golflengten zullen “wazig” zijn wanneer ze door deze lens gaan en daardoor verzwakt worden.

Deze maatregelen maken het mogelijk om de impact van interferentie van bronnen buiten het spectrale bereik duizenden keren te verminderen en zorgen ervoor dat ICSO kan werken in omstandigheden met sterke zonnestraling, het gebruik van verlichtingslampen, enz.

Een krachtig middel ter bescherming tegen thermische interferentie is het gebruik van een pyro-ontvanger met twee locaties met de vorming van een gevoeligheidszone met twee stralen. Het signaal voor het passeren van mensen treedt opeenvolgend op in elk van de twee bundels, en thermische ruis is grotendeels gecorreleerd en kan worden verzwakt met behulp van een eenvoudig aftrekcircuit. Alle moderne passieve ICSO's gebruiken elementen met twee platen, en de nieuwste modellen gebruiken ook viervoudige pyro-elementen.

Aan het begin van onze beschouwing van signaalverwerkingsalgoritmen moet de volgende opmerking worden gemaakt. Verschillende fabrikanten kunnen verschillende terminologie gebruiken om een ​​algoritme aan te duiden, aangezien de fabrikant vaak een unieke naam geeft aan een bepaald verwerkingsalgoritme en dit onder zijn eigen merk gebruikt, hoewel het in wezen een traditionele signaalanalysemethode kan gebruiken die door andere bedrijven wordt gebruikt.

Algoritme optimale filtratie omvat het gebruik van niet alleen de signaalamplitude, maar al zijn energie, dat wil zeggen het product van amplitude en duur. Een bijkomend informatief kenmerk van het signaal is de aanwezigheid van twee fronten - bij de ingang van de "straal" en bij de uitgang ervan, waardoor u veel interferenties kunt uitschakelen die de vorm hebben van een "stap". In de ICSO Vision-510 analyseert de verwerkingseenheid bijvoorbeeld de bipolariteit en symmetrie van de signaalvorm van de uitvoer van een differentiële pyro-elektrische ontvanger. De essentie van de verwerking is het vergelijken van een signaal met twee drempels en, in sommige gevallen, het vergelijken van de amplitude en duur van signalen met verschillende polariteiten. Een combinatie van deze methode met het afzonderlijk tellen van overschrijdingen van positieve en negatieve drempels is ook mogelijk. Het bedrijf PARADOX gaf dit algoritme de naam Entry/Exit Analysis.

Vanwege het feit dat elektrische interferentie een korte duur of een steile flank heeft, is het, om de ruisimmuniteit te vergroten, het meest effectief om een ​​ontstemmingsalgoritme te gebruiken, waarbij een steile flank wordt geïdentificeerd en het uitvoerapparaat voor de duur van zijn werking wordt geblokkeerd. Op deze manier wordt een stabiele werking van de CO bereikt, zelfs onder omstandigheden van intense elektrische en radio-interferentie in het bereik van honderden kilohertz tot één gigahertz bij veldsterktes tot SE/m. De paspoorten voor moderne ICSO geven weerstand aan tegen elektromagnetische en radiofrequentie-interferentie met veldsterktes tot 20...30 V/m.

De volgende effectieve methode om de immuniteit tegen ruis te vergroten, is het gebruik van een circuit "pulsen tellen" Het gevoeligheidsdiagram voor de meest voorkomende “volume” CO’s heeft een structuur met meerdere bundels. Dit betekent dat een persoon bij het bewegen meerdere stralen achter elkaar kruist. Bovendien is hun aantal recht evenredig met het aantal stralen dat de CO-detectiezone vormt en de afstand die een persoon aflegt. De implementatie van dit algoritme varieert afhankelijk van de wijziging van de SO. Meestal wordt handmatige instelling van de schakelaar gebruikt om een ​​bepaald aantal pulsen te tellen. Het is duidelijk dat in dit opzicht de ruisimmuniteit van de ICSO toeneemt met een toename van het aantal pulsen. Om het apparaat te laten werken, moet een persoon meerdere stralen oversteken, maar dit kan het detectievermogen van het apparaat verminderen vanwege de aanwezigheid van “dode zones”. De PARADOX ICSO maakt gebruik van een gepatenteerd signaalverwerkingsalgoritme voor de APSP-pyro-ontvanger, dat zorgt voor een automatische omschakeling van de pulstelling afhankelijk van het signaalniveau. Voor signalen op hoog niveau genereert de detector onmiddellijk een alarm, dat als drempel werkt, en voor signalen op laag niveau schakelt hij automatisch over naar de pulstelmodus. Dit vermindert de kans op valse alarmen terwijl hetzelfde detectievermogen behouden blijft.

De volgende pulstelalgoritmen worden gebruikt in ICSO Enforcer-QX:

SPP - het tellen van pulsen wordt alleen uitgevoerd voor signalen met wisselende tekens;

SGP3 - alleen groepen pulsen met tegengestelde polariteit worden geteld. Hier treedt een alarmtoestand op wanneer binnen een bepaalde tijd drie van dergelijke groepen verschijnen.

In de nieuwste aanpassingen van ICSO wordt een circuit gebruikt om de ruisimmuniteit te vergroten "aangepast onthaal". Hier bewaakt de responsdrempel automatisch het ruisniveau, en wanneer deze toeneemt, neemt deze ook toe. Deze methode is echter niet vrij van nadelen. Bij een gevoeligheidspatroon met meerdere bundels is het zeer waarschijnlijk dat een of meer bundels op een gebied met intense interferentie worden gericht. Hiermee wordt de minimale gevoeligheid van het hele apparaat ingesteld, inclusief die bundels waarbij de intensiteit van de interferentie onbeduidend is. Dit vermindert de algehele waarschijnlijkheid van detectie van het gehele apparaat. Om dit nadeel te elimineren, wordt voorgesteld om de stralen met het maximale geluidsniveau te "identificeren" voordat u het apparaat inschakelt en ze te verduisteren met behulp van speciale ondoorzichtige schermen. Bij sommige modificaties van apparaten zijn deze inbegrepen in het leveringspakket.

Analyse van de duur van signalen kan zowel worden uitgevoerd door de directe methode van het meten van de tijd gedurende welke het signaal een bepaalde drempel overschrijdt, als in het frequentiedomein door het signaal van de uitgang van de pyro-ontvanger te filteren, inclusief het gebruik van "zwevende" drempel, afhankelijk van het bereik van de frequentieanalyse. De responsdrempel wordt ingesteld op een laag niveau binnen het frequentiebereik van het gewenste signaal en op een hoger niveau buiten dit frequentiebereik. Deze methode is verwerkt in de Enforcer-QX IKSO en is gepatenteerd onder de naam IFT.

Een ander type verwerking dat is ontworpen om de kenmerken van ICSO te verbeteren is automatische temperatuurcompensatie. In het omgevingstemperatuurbereik van 25...35°C neemt de gevoeligheid van de pyro-ontvanger af als gevolg van een afname van het thermische contrast tussen het menselijk lichaam en de achtergrond, en bij een verdere temperatuurstijging neemt de gevoeligheid weer toe, maar “met het tegenovergestelde teken.” In zogenaamde “conventionele” temperatuurcompensatiecircuits wordt de temperatuur gemeten en wanneer deze stijgt, wordt deze automatisch sterker verhoogd. Bij "echt" of "tweerichtingsverkeer" compensatie wordt rekening gehouden met de toename van het thermisch contrast voor temperaturen boven 25...35°C. Het gebruik van automatische temperatuurcompensatie zorgt voor een vrijwel constante IR-gevoeligheid over een breed temperatuurbereik. Dergelijke thermische compensatie wordt gebruikt in ICSO van PARADOX en S&K SYSTEMS.

De genoemde soorten verwerkingen kunnen op analoge, digitale of gecombineerde wijze worden uitgevoerd. In de moderne ICSO worden steeds vaker digitale verwerkingsmethoden gebruikt waarbij gebruik wordt gemaakt van gespecialiseerde microcontrollers met ADC's en signaalprocessors, waardoor gedetailleerde verwerking van de "fijne" structuur van het signaal mogelijk is om het beter te onderscheiden van de achtergrondruis. Recentelijk zijn er berichten verschenen over de ontwikkeling van volledig digitale ICSO, waarbij helemaal geen gebruik wordt gemaakt van analoge elementen. Bij deze ICSO wordt het signaal van de uitgang van de pyro-ontvanger rechtstreeks naar een analoog-digitaalomzetter met een hoog dynamisch bereik gevoerd en wordt alle verwerking in digitale vorm uitgevoerd. Door het gebruik van volledig digitale verwerking kunt u dergelijke “analoge effecten” zoals mogelijke signaalvervormingen, faseverschuivingen en overmatige ruis elimineren. De Digital 404 maakt gebruik van het gepatenteerde signaalverwerkingsalgoritme van SHIELD, dat APSP omvat, en analyseert signaalparameters zoals amplitude, duur, polariteit, energie, stijgtijd, golfvorm, begintijd en volgorde. Elke reeks signalen wordt vergeleken met patronen die overeenkomen met beweging en interferentie, en zelfs het type beweging wordt herkend. Als niet aan de alarmcriteria wordt voldaan, worden de gegevens in het geheugen opgeslagen voor analyse van de volgende reeks, of wordt de hele reeks onderdrukt. Het gecombineerde gebruik van metalen afscherming en softwarematige ruisonderdrukking maakte het mogelijk om de weerstand van de Digital 404 tegen elektromagnetische en radiofrequentie-interferentie te verhogen tot 30...60 V/m in het frequentiebereik van 10 MHz tot 1 GHz.

Het is bekend dat vanwege de willekeurige aard van nuttige en interfererende signalen de beste verwerkingsalgoritmen die zijn die gebaseerd zijn op de theorie van statistische oplossingen. Afgaande op de verklaringen van de ontwikkelaars beginnen deze methoden te worden gebruikt in de nieuwste IKSO-modellen van S&K SYSTEMS.

Over het algemeen is het vrij moeilijk om de kwaliteit van de gebruikte verwerking objectief te beoordelen, alleen op basis van de gegevens van de fabrikant. Indirecte tekenen van een CO met hoge tactische en technische kenmerken kunnen de aanwezigheid zijn van een analoog-digitaalomzetter, een microprocessor en een groot aantal gebruikte verwerkingsprogramma's.

– ze openen deuren op luchthavens en winkels als je de deur nadert. Ze detecteren ook beweging en laten een alarm horen in het beveiligingsalarmsysteem. Hoe ze werken: De sensor, gevoelig voor infraroodstraling in het bereik van 5-15 micron, detecteert thermische straling van het menselijk lichaam. Als iemand de natuurkunde is vergeten, wil ik je eraan herinneren: in dit bereik valt de maximale straling van lichamen bij een temperatuur van 20-40 graden Celsius. Hoe heter een object is, hoe meer het uitstraalt. Ter vergelijking: infraroodverlichtingsspots voor videocamera's, straaldetectoren (met twee standen) en tv-bedieningspanelen werken in het golflengtebereik korter dan 1 micron; het voor mensen zichtbare gebied van het spectrum ligt in de buurt van 0,45 –0,65 micron.
Dit soort sensoren worden passief genoemd omdat ze zelf niets uitzenden, ze nemen alleen thermische straling van het menselijk lichaam waar. Het probleem is dat elk object bij een temperatuur van zelfs 0ºC behoorlijk veel straling uitzendt in het IR-bereik. Erger nog, de detector zelf zendt straling uit – zijn lichaam en zelfs het materiaal van het gevoelige element. Daarom werkten de eerste van dergelijke detectoren als alleen de detector zelf werd gekoeld tot bijvoorbeeld vloeibare stikstof (-196ºC). Dergelijke detectoren zijn niet erg praktisch in het dagelijks leven. Moderne massadetectoren werken allemaal volgens het differentiële principe: ze zijn niet in staat om nauwkeurig de werkelijke hoeveelheid infrarode stralingsflux van een bewegend persoon te meten (tegen de achtergrond van parasitaire fluxen van veel dichterbij gelegen objecten), maar (in feite ook op de grens van gevoeligheid) zijn in staat een VERANDERING te detecteren in het VERSCHIL in de IR-stralingsfluxen die op twee aangrenzende locaties invallen. Dat wil zeggen, het is belangrijk dat de straling van een persoon slechts op één van de locaties is gericht, en bovendien verandert deze. De detector werkt het meest betrouwbaar als het beeld van een persoon eerst de ene locatie raakt, het signaal daarvan groter wordt dan dat van de tweede, en de persoon vervolgens beweegt zodat zijn beeld nu de tweede locatie raakt en het signaal van de tweede toeneemt, en vanaf de eerste dalingen. Dergelijke vrij snelle veranderingen in het signaalverschil kunnen gemakkelijk worden gedetecteerd, zelfs tegen de achtergrond van een enorm en variabel signaal dat wordt veroorzaakt door alle andere omringende objecten (en vooral zonlicht).

Hoe een IR-detector voor de gek te houden
Het initiële nadeel van de passieve bewegingsdetectiemethode met IR is dat de temperatuur van de persoon duidelijk moet verschillen van de omringende objecten. Bij een kamertemperatuur van 36,6ºC zal geen enkele detector een persoon onderscheiden van de muren en meubels. Nog erger: hoe dichter de kamertemperatuur bij 36,6ºC ligt, hoe slechter de gevoeligheid van de detector. De meeste moderne apparaten compenseren dit effect gedeeltelijk door de versterking te vergroten bij temperaturen van 30ºC naar 45ºC (ja, detectoren werken ook met succes bij het tegenovergestelde temperatuurverschil - als de kamer +60ºC is, zal de detector gemakkelijk een persoon detecteren; dankzij de thermoregulatie systeem handhaaft het menselijk lichaam een ​​temperatuur van ongeveer 37ºC). Dus als de buitentemperatuur ongeveer 36 graden is (wat vaak voorkomt in zuidelijke landen), openen de detectoren de deuren zeer slecht, of reageren ze, integendeel, vanwege de extreem hoge gevoeligheid op het minste zuchtje wind.
Bovendien kunt u zich gemakkelijk tegen de IR-detector afschermen met een voorwerp op kamertemperatuur (een vel karton) of een dikke bontjas en hoed dragen zodat uw handen en gezicht niet uitsteken, en als u langzaam genoeg loopt, de IR-detector zal zulke kleine en langzame verstoringen niet opmerken.
Op internet staan ​​ook meer exotische aanbevelingen, zoals een krachtige IR-lamp, die, als hij langzaam aangaat (met een gewone dimmer), de IR-detector buiten bereik brengt, waarna je er zelfs zonder een lamp voor kunt lopen. bontjas. Hierbij moet echter worden opgemerkt dat goede IR-detectoren in dit geval een storingssignaal zullen geven.
Het meest bekende probleem met IR-detectoren tenslotte is maskering. Wanneer het systeem is uitgeschakeld, komt u als bezoeker overdag tijdens kantooruren naar het gewenste pand (bijvoorbeeld een winkel) en blokkeert u, terwijl niemand kijkt, de IR-detector met een stukje papier, bedek het met een ondoorzichtige zelfklevende film of vul het met spuitverf. Dit is vooral handig voor iemand die er zelf werkt. De winkelier blokkeerde de detector overdag zorgvuldig, klom 's nachts door het raam, haalde alles eruit en verwijderde vervolgens alles en belde de politie - horror, ze beroofden, maar het alarm werkte niet.
Ter bescherming tegen dergelijke maskering bestaan ​​de volgende technische technieken.
1. Bij gecombineerde (IR + microgolf) sensoren is het mogelijk een foutsignaal af te geven als de microgolfsensor een groot gereflecteerd radiosignaal detecteert (iemand kwam heel dichtbij of reikte rechtstreeks naar de detector) en de IR-sensor stopte met het produceren van signalen . In de meeste gevallen betekent dit in het echte leven niet de kwade bedoelingen van de crimineel, maar de nalatigheid van het personeel - een hoge stapel dozen blokkeerde bijvoorbeeld de detector. Ongeacht de kwade bedoelingen is het echter een stoornis als de detector wordt geblokkeerd, en een dergelijk “storingssignaal” is zeer toepasselijk.
2. Sommige bedieningspanelen hebben een besturingsalgoritme wanneer deze, na het uitschakelen van de detector, beweging detecteert. Dat wil zeggen dat het ontbreken van een signaal als een storing wordt beschouwd totdat iemand voor de sensor passeert en deze een normaal signaal 'er is beweging' afgeeft. Deze functie is niet erg handig, omdat vaak alle gebouwen zijn uitgeschakeld, zelfs die waar niemand vandaag naar binnen gaat, maar het blijkt dat je 's avonds, om de gebouwen weer in te schakelen, alle gebouwen moet betreden kamers waar overdag niemand was, en zwaai met uw handen voor de sensoren - het bedieningspaneel zorgt ervoor dat de sensoren operationeel zijn en staat u vriendelijk toe het systeem in te schakelen.
3. Ten slotte is er een functie genaamd “nabije zone”, die ooit was opgenomen in de vereisten van de Russische GOST en die vaak ten onrechte “anti-masking” wordt genoemd. De essentie van het idee: de detector moet een extra sensor hebben die recht naar beneden kijkt, onder de detector, of een aparte spiegel, of een speciale lastige lens, in het algemeen, zodat er geen dode zone onder zit. (De meeste detectoren hebben een beperkte kijkhoek en zijn over het algemeen naar voren en 60 graden naar beneden gericht, dus er is een kleine dode zone direct onder de detector, op vloerniveau, ongeveer een meter van de muur.) Er wordt aangenomen dat er op de een of andere manier een sluwe vijand zal zijn in staat om in deze dode zone te komen en van daaruit de lens van de IR-sensor te blokkeren (maskeren), en dan brutaal door de hele kamer te lopen. In werkelijkheid wordt de detector meestal zo geïnstalleerd dat er geen manier is om in deze dode zone te komen zonder de gevoeligheidsgebieden van de sensor te omzeilen. Nou ja, misschien door de muur, maar extra lenzen helpen niet tegen criminelen die door de muur dringen.

Radio-interferentie en andere interferentie
Zoals ik al zei, werkt de IR-sensor dicht bij de gevoeligheidslimiet, vooral bij kamertemperatuur die de 35ºC nadert. Uiteraard is hij ook erg gevoelig voor interferentie. De meeste IR-detectoren kunnen een vals alarm geven als u er een mobiele telefoon in de buurt plaatst en belt. Tijdens het tot stand brengen van de verbinding zendt de telefoon krachtige periodieke signalen uit met een periode van bijna 1 Hz (in dit bereik liggen typische signalen van een persoon die voor de IR-sensor loopt). Een paar watt radiostraling is redelijk vergelijkbaar met microwatt menselijke thermische straling.
Naast radio-emissies kan er ook sprake zijn van optische interferentie, hoewel de lens van de IR-sensor meestal ondoorzichtig is in het zichtbare bereik, maar krachtige lampen of autokoplampen van 100 W in het aangrenzende spectrale bereik kunnen weer een signaal produceren dat vergelijkbaar is met microwatt van een persoon in het gewenste bereik. De belangrijkste hoop is dat externe optische interferentie in de regel slecht gefocust is en daarom beide gevoelige elementen van de IR-sensor in gelijke mate beïnvloedt, zodat de detector de interferentie kan detecteren en geen vals alarm kan afgeven.

Manieren om IR-sensoren te verbeteren
Sinds tien jaar bevatten vrijwel alle IR-beveiligingsdetectoren een vrij krachtige microprocessor en zijn daardoor minder gevoelig geworden voor willekeurige interferentie. Detectoren kunnen de herhaalbaarheid en karakteristieke parameters van het signaal analyseren, de stabiliteit op lange termijn van het achtergrondsignaalniveau, waardoor de immuniteit tegen interferentie aanzienlijk is toegenomen.
IR-sensoren zijn in principe weerloos tegen criminelen achter ondoorzichtige schermen, maar zijn gevoelig voor de invloed van warmtestromen van klimaatbeheersingsapparatuur en externe verlichting (door een raam). Microgolf (radio) bewegingssensoren zijn daarentegen in staat valse signalen te produceren en beweging te detecteren achter radiotransparante muren, buiten de beveiligde ruimte. Ze zijn ook gevoeliger voor radiostoringen. Gecombineerde IR + microgolfdetectoren kunnen zowel volgens het "AND" -schema worden gebruikt, wat de kans op vals alarm aanzienlijk verkleint, als volgens het "OR" -schema voor bijzonder kritieke gebouwen, waardoor de mogelijkheid om ze te overwinnen praktisch wordt geëlimineerd.
IR-sensoren kunnen geen onderscheid maken tussen een klein persoon en een grote hond. Er zijn een aantal sensoren waarbij de gevoeligheid voor de bewegingen van kleine voorwerpen aanzienlijk wordt verminderd door het gebruik van 4-gebiedssensoren en speciale lenzen. In dit geval kan het signaal van een lang persoon en van een korte hond met enige waarschijnlijkheid worden onderscheiden. Je moet goed begrijpen dat het in principe onmogelijk is om een ​​​​gehurkte tiener volledig te onderscheiden van een Rottweiler die op zijn achterpoten staat. Niettemin kan de kans op een vals alarm aanzienlijk worden verminderd.
Een paar jaar geleden verschenen er nog complexere sensoren - met 64 gevoelige gebieden. In feite is dit een eenvoudige warmtebeeldcamera met een matrix van 8 x 8 elementen. Uitgerust met een krachtige processor zijn dergelijke IR-sensoren (ze een “detector” noemen is te veel voor mij) in staat om de grootte en afstand tot een bewegend, warm doelwit, de snelheid en richting van zijn beweging te bepalen - 10 jaar geleden waren dergelijke sensoren dat ook beschouwd als het toppunt van technologie voor het richten van raketten, maar nu worden ze gebruikt voor bescherming tegen gewone dieven. Blijkbaar zullen we er snel aan wennen om kleine robots die je 's nachts wakker maken te bellen met de woorden 'IR-sensor' met de woorden: 'Sorry meneer, maar dieven meneer, ze willen thee. Moet ik ze nu thee schenken of hen vragen te wachten terwijl jij je afwast en je revolver pakt?

Hoe een IR-detector voor de gek te houden
Het initiële nadeel van de passieve bewegingsdetectiemethode met IR is dat de temperatuur van de persoon duidelijk moet verschillen van de omringende objecten. Bij een kamertemperatuur van 36,6ºC zal geen enkele detector een persoon onderscheiden van de muren en meubels. Nog erger: hoe dichter de kamertemperatuur bij 36,6ºC ligt, hoe slechter de gevoeligheid van de detector. De meeste moderne apparaten compenseren dit effect gedeeltelijk door de versterking te vergroten bij temperaturen van 30ºC naar 45ºC (ja, detectoren werken ook met succes bij het tegenovergestelde temperatuurverschil - als de kamer +60ºC is, zal de detector gemakkelijk een persoon detecteren; dankzij de thermoregulatie systeem handhaaft het menselijk lichaam een ​​temperatuur van ongeveer 37ºC). Dus als de buitentemperatuur ongeveer 36 graden is (wat vaak voorkomt in zuidelijke landen), openen de detectoren de deuren zeer slecht, of reageren ze, integendeel, vanwege de extreem hoge gevoeligheid op het minste zuchtje wind.
Bovendien kunt u zich gemakkelijk tegen de IR-detector afschermen met een voorwerp op kamertemperatuur (een vel karton) of een dikke bontjas en hoed dragen zodat uw handen en gezicht niet uitsteken, en als u langzaam genoeg loopt, de IR-detector zal zulke kleine en langzame verstoringen niet opmerken.
Op internet staan ​​ook meer exotische aanbevelingen, zoals een krachtige IR-lamp, die, als hij langzaam aangaat (met een gewone dimmer), de IR-detector buiten bereik brengt, waarna je er zelfs zonder een lamp voor kunt lopen. bontjas. Hierbij moet echter worden opgemerkt dat goede IR-detectoren in dit geval een storingssignaal zullen geven.
Het meest bekende probleem met IR-detectoren tenslotte is maskering. Wanneer het systeem is uitgeschakeld, komt u als bezoeker overdag tijdens kantooruren naar het gewenste pand (bijvoorbeeld een winkel) en blokkeert u, terwijl niemand kijkt, de IR-detector met een stukje papier, bedek het met een ondoorzichtige zelfklevende film of vul het met spuitverf. Dit is vooral handig voor iemand die er zelf werkt. De winkelier blokkeerde de detector overdag zorgvuldig, klom 's nachts door het raam, haalde alles eruit, verwijderde vervolgens alles en belde de politie - horror, ze beroofden, maar het alarm werkte niet.
Ter bescherming tegen dergelijke maskering bestaan ​​de volgende technische technieken.
1. Bij gecombineerde (IR + microgolf) sensoren is het mogelijk een foutsignaal af te geven als de microgolfsensor een groot gereflecteerd radiosignaal detecteert (iemand kwam heel dichtbij of reikte rechtstreeks naar de detector) en de IR-sensor stopte met het produceren van signalen . In de meeste gevallen betekent dit in het echte leven niet de kwade bedoelingen van de crimineel, maar de nalatigheid van het personeel - een hoge stapel dozen blokkeerde bijvoorbeeld de detector. Ongeacht de kwade bedoelingen is het echter een stoornis als de detector wordt geblokkeerd, en een dergelijk “storingssignaal” is zeer toepasselijk.
2. Sommige bedieningspanelen hebben een besturingsalgoritme wanneer deze, na het uitschakelen van de detector, beweging detecteert. Dat wil zeggen dat het ontbreken van een signaal als een storing wordt beschouwd totdat iemand voor de sensor passeert en deze een normaal ‘er is beweging’-signaal afgeeft. Deze functie is niet erg handig, omdat vaak alle gebouwen zijn uitgeschakeld, zelfs die waar niemand vandaag naar binnen gaat, maar het blijkt dat je 's avonds, om de gebouwen weer in te schakelen, alle gebouwen moet betreden kamers waar overdag niemand aanwezig was, en zwaai met uw handen voor de sensoren - het bedieningspaneel zorgt ervoor dat de sensoren operationeel zijn en staat u vriendelijk toe het systeem in te schakelen.
3. Ten slotte is er een functie genaamd “nabije zone”, die ooit was opgenomen in de vereisten van de Russische GOST en die vaak ten onrechte “anti-masking” wordt genoemd. De essentie van het idee: de detector moet een extra sensor hebben die recht naar beneden kijkt, onder de detector, of een aparte spiegel, of een speciale lastige lens, in het algemeen, zodat er geen dode zone onder zit. (De meeste detectoren hebben een beperkte kijkhoek en zijn over het algemeen naar voren en 60 graden naar beneden gericht, dus er is een kleine dode zone direct onder de detector, op vloerniveau, ongeveer een meter van de muur.) Er wordt aangenomen dat er op de een of andere manier een sluwe vijand zal zijn in staat om in deze dode zone te komen en van daaruit de lens van de IR-sensor te blokkeren (maskeren), en dan brutaal door de hele kamer te lopen. In werkelijkheid wordt de detector meestal zo geïnstalleerd dat er geen manier is om in deze dode zone te komen zonder de gevoeligheidsgebieden van de sensor te omzeilen. Nou ja, misschien door de muur, maar extra lenzen helpen niet tegen criminelen die door de muur dringen.

Radio-interferentie en andere interferentie
Zoals ik al zei, werkt de IR-sensor dicht bij de gevoeligheidslimiet, vooral bij kamertemperatuur die de 35ºC nadert. Uiteraard is hij ook erg gevoelig voor interferentie. De meeste IR-detectoren kunnen een vals alarm geven als u er een mobiele telefoon in de buurt plaatst en belt. Tijdens het tot stand brengen van de verbinding zendt de telefoon krachtige periodieke signalen uit met een periode van bijna 1 Hz (in dit bereik liggen typische signalen van een persoon die voor de IR-sensor loopt). Een paar watt radiostraling is redelijk vergelijkbaar met microwatt menselijke thermische straling.
Naast radio-emissies kan er ook sprake zijn van optische interferentie, hoewel de lens van de IR-sensor meestal ondoorzichtig is in het zichtbare bereik, maar krachtige lampen of autokoplampen van 100 W in het aangrenzende spectrale bereik kunnen weer een signaal produceren dat vergelijkbaar is met microwatt van een persoon in het gewenste bereik. De belangrijkste hoop is dat externe optische interferentie in de regel slecht gefocust is en daarom beide gevoelige elementen van de IR-sensor in gelijke mate beïnvloedt, zodat de detector de interferentie kan detecteren en geen vals alarm kan afgeven.

Manieren om IR-sensoren te verbeteren
Sinds tien jaar bevatten vrijwel alle IR-beveiligingsdetectoren een vrij krachtige microprocessor en zijn daardoor minder gevoelig geworden voor willekeurige interferentie. Detectoren kunnen de herhaalbaarheid en karakteristieke parameters van het signaal analyseren, de stabiliteit op lange termijn van het achtergrondsignaalniveau, waardoor de immuniteit tegen interferentie aanzienlijk is toegenomen.
IR-sensoren zijn in principe weerloos tegen criminelen achter ondoorzichtige schermen, maar zijn gevoelig voor de invloed van warmtestromen van klimaatbeheersingsapparatuur en externe verlichting (door een raam). Microgolf (radio) bewegingssensoren zijn daarentegen in staat valse signalen te produceren en beweging te detecteren achter radiotransparante muren, buiten de beveiligde ruimte. Ze zijn ook gevoeliger voor radio-interferentie. Gecombineerde IR + microgolfdetectoren kunnen zowel volgens het "AND"-schema worden gebruikt, wat de kans op vals alarm aanzienlijk verkleint, als volgens het "OR"-schema voor bijzonder kritieke gebouwen, waardoor de mogelijkheid om ze te overwinnen praktisch wordt geëlimineerd.
IR-sensoren kunnen geen onderscheid maken tussen een klein persoon en een grote hond. Er zijn een aantal sensoren waarbij de gevoeligheid voor de bewegingen van kleine voorwerpen aanzienlijk wordt verminderd door het gebruik van 4-gebiedssensoren en speciale lenzen. In dit geval kan het signaal van een lang persoon en van een korte hond met enige waarschijnlijkheid worden onderscheiden. Je moet goed begrijpen dat het in principe onmogelijk is om een ​​​​gehurkte tiener volledig te onderscheiden van een Rottweiler die op zijn achterpoten staat. Niettemin kan de kans op een vals alarm aanzienlijk worden verminderd.
Een paar jaar geleden verschenen er nog complexere sensoren - met 64 gevoelige gebieden. In feite is dit een eenvoudige warmtebeeldcamera met een matrix van 8 x 8 elementen. Uitgerust met een krachtige processor zijn dergelijke sensoren (ze een “detector” noemen zou te veel gezegd zijn) in staat om de grootte en afstand tot een bewegend, warm doelwit, de snelheid en richting van zijn beweging te bepalen - 10 jaar geleden waren dergelijke sensoren dat ook beschouwd als het toppunt van technologie voor het richten van raketten, maar worden nu gebruikt ter verdediging tegen gewone dieven. Blijkbaar zullen we er snel aan wennen om kleine robots die je 's nachts wakker maken te bellen met de woorden 'IR-sensor' met de woorden: 'Sorry meneer, maar dieven meneer, ze willen thee. Moet ik ze nu thee schenken of ze vragen te wachten terwijl jij je afwast en je revolver pakt?

Wat is een elektronische bewegingssensor? Het antwoord ligt voor de hand: een gevoelig apparaat, meestal uit de klasse van beveiligingssysteemapparaten. Toegegeven, er zijn ook ontwerpen die bijvoorbeeld zijn ontworpen om lichtbronnen en andere apparaten te bedienen. De werking van de bewegingssensor is gebaseerd op het principe dat er een signaal wordt gegenereerd als er beweging wordt gedetecteerd binnen de grenzen van het gecontroleerde gebied. De apparaten worden gemaakt op basis van verschillende technologieën. Er wordt steeds meer vraag naar het gebruik van dergelijke gevoelige sensoren, niet alleen op economisch en industrieel gebied, maar ook in de huishoudelijke sfeer. Laten we eens kijken naar welke apparaten worden geproduceerd, evenals voorbeelden van gebruik.

Beschouwd afhankelijk van de methode voor het detecteren van de beweging van een object. Er zijn twee classificaties van apparaten:

1. Actief.
2. Passief.

Actieve detectoren

Actieve detectoren zijn apparaten die werken volgens het principe van een radarcircuit. Dit type apparaat zendt radiogolven (microgolven) uit binnen het gecontroleerde gebied. Microgolven worden gereflecteerd door bestaande objecten en ontvangen door de bewegingssensorsensor.

Vereenvoudigd schematisch diagram van het ontwerp van een actieve sensor: 1 – bron (zender) van microgolfstraling; 2 – ontvanger van het gereflecteerde microgolfsignaal; 3 – gescand object

Als er beweging wordt gedetecteerd in het controlegebied op het moment van verzending door een microstralingssensor, wordt een effect gecreëerd: een Doppler-golfverschuiving (frequentie), die samen met het gereflecteerde signaal wordt waargenomen.

Deze afschuiffactor geeft aan dat de golf is gereflecteerd door een bewegend object. Omdat het een elektronisch apparaat is, kan een bewegingsscansensor dergelijke veranderingen berekenen en een elektrisch signaal verzenden:

• naar het alarmsysteem,
• naar de lichtschakelaar,
• naar andere apparaten,

schematisch verbonden met een bewegingsdetectiesensor.

Actieve microgolfbewegingssensoren worden bijvoorbeeld vooral gebruikt op automatisch bediende deuren van winkelcentra. Maar tegelijkertijd is dit type apparaat zeer geschikt voor huisbeveiligingssystemen of het schakelen van binnenverlichting.

Dit type elektronica is niet geschikt voor het schakelen van buitenverlichting of soortgelijke toepassingen. Dit komt door het grote aantal actieve objecten in straatomstandigheden die voortdurend in beweging zijn.

Zo worden de beweging van boomtakken door de wind, de beweging van kleine dieren, vogels en zelfs grote insecten geregistreerd door een actieve sensor, wat tot een reactiefout leidt.

Passieve infrarooddetectoren (PIR)

Passieve bewegingssensoren zijn precies het tegenovergestelde van actieve sensoren. Passieve systemen sturen niets. infrarood energie.

Ontwerp van de passieve sensor: 1 – Meerdere lenzen; 2 – Optisch filter; 3 – quad-infraroodelement; 4 – metalen behuizing; 5 – infraroodstraling; 6 – gestabiliseerde voeding; 7 – versterker; 8 - vergelijker

Infrarood (thermische) energieniveaus worden gedetecteerd door passieve detectoren die continu het testgebied of object scannen.

Gezien het feit dat infraroodwarmte niet alleen wordt uitgestraald door levende organismen, maar ook door elk object met een temperatuur boven het absolute nulpunt, kunnen conclusies worden getrokken over de geschiktheid van de toepassing.

Deze bewegingsdetectiesensoren zouden niet effectief zijn als ze zouden kunnen worden geactiveerd door een klein dier of insect dat zich binnen het detectiebereik beweegt.

De meeste bestaande passieve sensoren kunnen echter worden geconfigureerd om beweging te detecteren om objecten met een bepaald niveau van uitgestraalde warmte te bewaken. Het apparaat kan bijvoorbeeld alleen worden aangepast aan de perceptie van mensen.

Sensoren van hybride (gecombineerd) ontwerp

Een gecombineerde (hybride) bewegingsscantechnologiesensor is een systeem van combinatie van actieve en passieve circuits. activeert de actie alleen als beweging wordt gedetecteerd door beide circuits.

Gecombineerde systemen lijken nuttig voor gebruik in alarmmodules, omdat ze de kans op valse alarmen verkleinen.

Deze technologie heeft echter zijn nadelen. Een gecombineerd apparaat kan niet hetzelfde veiligheidsniveau bieden als individuele PIR- en microgolfsensoren.

Dit is duidelijk omdat het alarm alleen wordt geactiveerd als er tegelijkertijd beweging wordt gedetecteerd door de actieve en passieve sensoren.

Laten we zeggen dat als een aanvaller op de een of andere manier weet te voorkomen dat een van de sensoren het gecombineerde instrument detecteert, de beweging onopgemerkt zal blijven.

Dienovereenkomstig wordt het alarmsignaal niet naar de microprocessor van het centrale alarmsysteem verzonden. Tegenwoordig wordt het meest populaire type gecombineerde sensoren beschouwd als een ontwerp dat PIR- en microgolfsensorcircuits combineert.

Ontwerp van bewegingssensor

Bewegingsscansensoren die momenteel worden ontwikkeld en geproduceerd, hebben verschillende vormen en algemene afmetingen. Hieronder vindt u enkele voorbeelden van apparaatimplementaties.

Passief infrarood (PIR) ontwerpen - een voorbeeld

Een van de meest gebruikte ontwerpen die worden gebruikt als onderdeel van circuits voor huisbeveiligingssystemen.

Passieve infrarooddetectoren zijn bedoeld voor het monitoren van veranderingen in het niveau van infraroodenergie die worden veroorzaakt door de beweging van objecten (mensen, huisdieren, enz.).

Een gemeenschappelijk ontwerp van een passieve sensor, die een eenvoudig elektronisch circuit heeft en geen problemen veroorzaakt bij het aansluiten. Er worden slechts drie elektrische contacten gebruikt

Passieve scanners zijn onderhevig aan variabiliteit in warmte- en zonlichtbronnen, dus PIR is geschikter voor het detecteren van beweging binnenshuis of in andere besloten omgevingen.

Actieve infraroodsensoren - voorbeeld

Actieve infrarooddetectoren gebruiken een bidirectionele transmissiestructuur. De ene kant is de zender, die wordt gebruikt om een ​​infraroodstraal uit te zenden.

De andere kant is de ontvanger, die wordt gebruikt om het infraroodsignaal te ontvangen. Er treedt een alarm op wanneer er een onderbreking wordt gedetecteerd in de straal die twee punten verbindt.

Een voorbeeld van een actieve bewegingsdetectiedetector met één straal. Ondertussen zijn er ontwerpen van complexere configuraties, waardoor het mogelijk is om verschillende problemen op te lossen

Actieve bewegingssensoren van het type “Infra Red Beam” worden voornamelijk buiten (in straatomstandigheden) geïnstalleerd.

Detectie vindt plaats door het gebruik van zender- en ontvangertheorie. Het is belangrijk dat de infraroodstraal door het scangebied gaat en de ontvanger bereikt.

Ultrasone detector - voorbeeld

Bewegingsscansensoren die gebruik maken van echografie worden geproduceerd in ontwerpen die zowel in actieve als passieve modus kunnen werken. Theoretisch werkt een ultrasone detector volgens het zend-ontvangstprincipe.

Een voorbeeld van een op echografie gebaseerd ontwerp. Universele systemen die functionaliteit ondersteunen in zowel actieve als passieve modus

Er worden hoogfrequente geluidsgolven verzonden, die door objecten worden gereflecteerd en door de scannende ontvanger van het apparaat worden waargenomen. Als de reeks geluidsgolven wordt onderbroken, genereert de actieve ultrasone sensor een alarm.

Toepassing van bewegingsdetectiesensoren

Enkele van de belangrijkste toepassingen van detectoren wanneer beweging moet worden gevolgd, zijn:

• inbraakalarmen
• automatische poortcontrole,
• verlichting schakelen bij de entree,
• noodveiligheidsverlichting,
• toilet handdrogers,
• automatische deuropening, enz.

Ultrasone sensoren worden gebruikt om een ​​beveiligingscamera van een woning aan te sturen of om bijvoorbeeld wilde dieren te fotograferen.

Infraroodsensoren worden gebruikt om de aanwezigheid van producten op transportbanden te bevestigen

Hieronder ziet u een praktijkvoorbeeld van het gebruik van actieve en passieve bewegingsdetectiesensoren.

Vloeistofniveauregelaar met behulp van ultrasone sensoren

Het onderstaande diagram laat zien hoe de controller () het vloeistofniveau regelt met behulp van een ultrasone sensor.

Het systeem zorgt voor nauwkeurige vloeistofniveaus in de tank, regelt de motor en bepaalt vooraf bepaalde vloeistoflimieten.

Een praktisch voorbeeld van het implementeren van een taak op basis van een ultrasoon apparaat en de populaire Arduino-kit, waarbij duidelijk wordt gedemonstreerd wat een ultrasone bewegingssensor is en hoe deze werkt

Wanneer de vloeistof in de tank de onder- en bovengrens bereikt, detecteert de ultrasone sensor deze limieten en stuurt signalen naar de microcontroller.

De microcontroller is geprogrammeerd om het relais te besturen, dat op zijn beurt de pompmotor bestuurt. Als basis worden de signalen uit de op de ultrasone bewegingssensor opgegeven grensvoorwaarden gebruikt.

Automatische deuropening op PIR

Zoals bovenstaand systeem, automatisch deuropeningssysteem met PIR-bewegingssensor. In dit geval wordt de aanwezigheid van personen gedetecteerd en wordt een deurbediening (openen of sluiten) uitgevoerd.

Een ander schema waarbij er al een passief apparaat bij betrokken is. Hier wordt ook de populaire Arduino-constructor gebruikt - een hulpmiddel dat handig is voor experimenten en het bouwen van echte elektronische systemen

De PIR-detector detecteert de aanwezigheid van mensen en stuurt vervolgens een bewegingsdetectiesignaal naar de microcontroller.

Afhankelijk van de signalen van de PIR-sensor bestuurt de microcontroller de deurmotor in voorwaartse en achterwaartse modus met behulp van een IC-driver.