Infrarot-Sicherheitsdetektoren. Aktive und passive IR-Sensoren: Unterschiede und Merkmale

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1.3.1. Passive optoelektronische Infrarot (IR)-Bewegungssensoren

Um das System zu erstellen, habe ich mich entschieden, Module auszuwählen, die für die Erstellung des Systems und die Überwachung des Perimeters geeignet sind.

Ich habe mich für folgende Komponenten entschieden:

passiver Infrarot-Bewegungssensor;
GSM-Modul;
Sirene.

Schauen wir sie uns genauer an.

Im 21. Jahrhundert kennt es jeder IR-Sensoren– Sie öffnen Türen an Flughäfen und in Geschäften, wenn Sie sich der Tür nähern. Sie erkennen auch Bewegungen und schlagen Alarm. Einbrecheralarm.

Derzeit nehmen passive elektrooptische Infrarot-Detektoren (IR) eine führende Position ein, wenn es darum geht, Räumlichkeiten in Sicherheitseinrichtungen vor unbefugtem Eindringen zu schützen. Ästhetisches Erscheinungsbild, einfache Installation, Konfiguration und Wartung geben ihnen oft Vorrang vor anderen Erkennungsmitteln.

Passive optoelektronische Infrarot (IR)-Detektoren(sie werden oft genannt Bewegungssensoren oder PIR-Sensoren) Erkennen Sie das Eindringen von Menschen in den geschützten (kontrollierten) Teil des Raums, erzeugen Sie ein Alarmsignal und übertragen Sie durch Öffnen der Kontakte des Führungsrelais (Relais der Überwachungsstation) das Signal „ Angst» zu Warnmitteln.

Als Warnmittel können Endgeräte (TD) von Meldeübertragungssystemen (TPS) oder eine Brandmelderzentrale (PPKOP) eingesetzt werden. Die oben genannten Geräte (CU oder Control Panel) wiederum übermitteln die empfangene Alarmmeldung über verschiedene Datenübertragungskanäle an die zentrale Überwachungsstation (CMS) oder lokale Sicherheitskonsole.

Funktionsprinzip passiver optisch-elektronischer IR-Detektoren basierend auf der Wahrnehmung von Niveauänderungen Infrarotstrahlung Temperaturhintergrund, dessen Quellen der Körper eines Menschen oder kleiner Tiere sowie alle Arten von Gegenständen in ihrem Sichtfeld sind.

Sensor Es ist empfindlich gegenüber Infrarotstrahlung im Bereich von 5 bis 15 Mikrometern und erkennt die Wärmestrahlung des menschlichen Körpers. In diesem Bereich liegt die maximale Strahlung von Körpern bei einer Temperatur von 20–40 Grad Celsius.

Je heißer ein Objekt ist, desto mehr strahlt es aus.
Infrarot-Beleuchtungsstrahler für Videokameras, Strahldetektoren (Zweipositionen) Balkenkreuzungen„und TV-Fernbedienungen arbeiten im Wellenlängenbereich von weniger als 1 Mikrometer, für den Menschen sichtbar der Spektralbereich liegt im Bereich von 0,45–0,65 µm.

Passive Sensoren Sie werden als dieser Typ bezeichnet, weil sie selbst nichts aussenden, sondern nur die Wärmestrahlung des menschlichen Körpers wahrnehmen.

Das Problem besteht darin, dass jedes Objekt mit einer Temperatur von sogar 0 °C ziemlich viel im IR-Bereich emittiert. Schlimmer noch, der Detektor selbst emittiert – sein Körper und sogar das Material des empfindlichen Elements.

Daher funktionierten die ersten Detektoren dieser Art, wenn nur der Detektor selbst gekühlt wurde, beispielsweise auf flüssigen Stickstoff (-196 °C). Solche Detektoren sind nicht sehr praktisch Alltagsleben.

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

Der Detektor funktioniert am zuverlässigsten, wenn das Bild einer Person zuerst auf einen Ort trifft, das Signal von dort größer wird als von dem zweiten und sich die Person dann bewegt, so dass ihr Bild nun auf den zweiten Ort trifft und das Signal von dem zweiten zunimmt. und von Anfang an nimmt ab.

Solche relativ schnellen Änderungen der Signaldifferenz können selbst vor dem Hintergrund eines großen und variablen Signals, das von allen anderen umgebenden Objekten (und insbesondere Sonnenlicht) verursacht wird, leicht erkannt werden.

Reis. 1.

IN passive optisch-elektronische IR-Detektoren 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.

Passive IR-Detektoren empfangen Infrarotenergieströme von Objekten und werden von einem pyroelektrischen Empfänger in ein elektrisches Signal umgewandelt, das über einen Verstärker und eine Signalverarbeitungsschaltung dem Eingang des Alarmbenachrichtigungsgenerators zugeführt wird ( Reis. 1).

Damit ein Eindringling von einem passiven IR-Sensor erkannt wird, müssen folgende Bedingungen erfüllt sein:

der Eindringling muss den Strahl der Sensorempfindlichkeitszone in Querrichtung überqueren;
die Bewegung des Täters muss innerhalb eines bestimmten Geschwindigkeitsbereichs erfolgen;
Die Empfindlichkeit des Sensors muss ausreichend sein, um den Temperaturunterschied zwischen der Körperoberfläche des Eindringlings (unter Berücksichtigung des Einflusses 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 Pyro-Empfänger, der die menschliche Wärmestrahlung registriert;
Signalverarbeitungseinheit des Pyroempfängers, die die von einer sich bewegenden Person verursachten Signale vom Hintergrund natürlicher und künstlicher Störungen trennt.

Reis. 2.

Abhängig von der Version Fresnellinsen Passive optisch-elektronische IR-Detektoren haben unterschiedliche geometrische Abmessungen des kontrollierten Raums und können entweder mit einer volumetrischen Erfassungszone oder mit einer Oberflächen- oder linearen Erfassungszone ausgestattet sein.

Die Reichweite solcher Detektoren liegt zwischen 5 und 20 m. Aussehen Diese Detektoren werden vorgestellt Reis. 2.

– Sie öffnen Türen an Flughäfen und in Geschäften, wenn Sie sich der Tür nähern. Außerdem erkennen sie Bewegungen und lösen einen Alarm im Sicherheitsalarmsystem aus. Wie sie funktionieren: Der Sensor, der auf Infrarotstrahlung im Bereich von 5–15 Mikrometern empfindlich ist, erkennt die Wärmestrahlung des menschlichen Körpers. Falls jemand die Physik vergessen hat, möchte ich Sie daran erinnern: In diesem Bereich liegt die maximale Strahlung von Körpern bei einer Temperatur von 20–40 Grad Celsius. Je heißer ein Objekt ist, desto mehr strahlt es ab. Zum Vergleich: Infrarot-Beleuchtungsstrahler für Videokameras, Strahldetektoren (Zweipositionen) „Cross-Beam“ und TV-Bedienfelder arbeiten im Wellenlängenbereich von weniger als 1 Mikrometer; der für den Menschen sichtbare Bereich des Spektrums liegt im Bereich von 0,45 –0,65 Mikrometer.
Sensoren dieser Art werden als passiv bezeichnet, da sie selbst nichts aussenden, sondern nur die Wärmestrahlung des menschlichen Körpers wahrnehmen. Das Problem besteht darin, dass jedes Objekt mit einer Temperatur von sogar 0 °C ziemlich viel im IR-Bereich emittiert. Schlimmer noch: Der Detektor selbst sendet Strahlung aus – sein Körper und sogar das Material des empfindlichen Elements. Daher funktionierten die ersten Detektoren dieser Art, wenn nur der Detektor selbst gekühlt wurde, beispielsweise auf flüssigen Stickstoff (-196 °C). Solche Detektoren sind im Alltag nicht sehr praktisch. Moderne Massendetektoren arbeiten alle nach dem Differenzialprinzip – sie sind nicht in der Lage, die tatsächliche Menge des Infrarotstrahlungsflusses einer sich bewegenden Person genau zu messen (vor dem Hintergrund parasitärer Flüsse von viel näheren Objekten), sondern (tatsächlich auch auf der (Grenzwert der Empfindlichkeit) sind in der Lage, eine ÄNDERUNG der UNTERSCHIEDE der IR-Strahlungsflüsse zu erkennen, die auf zwei benachbarte Standorte einfallen. Das heißt, es ist wichtig, dass die Strahlung einer Person nur auf einen der Bereiche fokussiert wird und sich darüber hinaus verändert. Der Detektor funktioniert am zuverlässigsten, wenn das Bild einer Person zuerst auf einen Ort trifft, das Signal von dort größer wird als von dem zweiten und sich die Person dann bewegt, so dass ihr Bild nun auf den zweiten Ort trifft und das Signal von dem zweiten zunimmt. und von Anfang an nimmt ab. Solche relativ schnellen Änderungen der Signaldifferenz können selbst vor dem Hintergrund eines großen und variablen Signals, das von allen anderen umgebenden Objekten (und insbesondere Sonnenlicht) verursacht wird, leicht erkannt werden.

So täuschen Sie einen IR-Detektor
Der anfängliche Nachteil der passiven IR-Bewegungserkennungsmethode besteht darin, dass sich die Temperatur der Person deutlich von den umgebenden Objekten unterscheiden muss. Bei einer Raumtemperatur von 36,6 °C kann kein Melder eine Person von Wänden und Möbeln unterscheiden. Noch schlimmer: Je näher die Raumtemperatur bei 36,6 °C liegt, desto schlechter ist die Empfindlichkeit des Melders. Mehrheitlich moderne Geräte Kompensieren Sie diesen Effekt teilweise, indem Sie die Verstärkung bei Temperaturen von 30 °C auf 45 °C erhöhen (ja, die Melder funktionieren auch erfolgreich bei der entgegengesetzten Temperaturdifferenz – wenn der Raum +60 °C hat, erkennt der Melder eine Person leicht; dank des Thermoregulierungssystems erkennt der Melder problemlos eine Person. Der menschliche Körper hält eine Temperatur von etwa 37 °C aufrecht. Wenn die Außentemperatur also etwa 36 °C beträgt (was häufig der Fall ist). südliche Länder) Melder öffnen Türen sehr schlecht oder reagieren umgekehrt aufgrund der extrem hohen Empfindlichkeit auf den geringsten Windhauch.
Darüber hinaus kann der IR-Detektor leicht durch jedes Objekt blockiert werden Zimmertemperatur(Blatt Pappe) oder tragen Sie einen dicken Pelzmantel und eine Mütze, damit Ihre Arme und Ihr Gesicht nicht hervorstehen, und wenn Sie langsam genug gehen, bemerkt der IR-Detektor solche kleinen und langsamen Störungen nicht.
Es gibt auch exotischere Empfehlungen im Internet, wie zum Beispiel eine leistungsstarke IR-Lampe, die bei langsamem Einschalten (mit einem normalen Dimmer) den IR-Detektor aus der Skala treibt, sodass man auch ohne davor davor gehen kann Pelzmantel. Hierbei ist jedoch zu beachten, dass gute IR-Melder in diesem Fall eine Störungsmeldung auslösen.
Schließlich ist das bekannteste Problem bei IR-Detektoren die Maskierung. Wenn das System deaktiviert ist, kommen Sie als Besucher tagsüber während der Geschäftszeiten in den gewünschten Raum (z. B. ein Geschäft) und blockieren den IR-Detektor mit einem Stück, um den Moment zu nutzen, während niemand hinschaut Papier, bedecken Sie es mit einer undurchsichtigen Selbstklebefolie oder füllen Sie es mit Sprühfarbe. Dies ist besonders praktisch für eine Person, die selbst dort arbeitet. Der Ladenbesitzer blockierte tagsüber sorgfältig den Melder, kletterte nachts durch das Fenster, holte alles heraus, entfernte dann alles und rief die Polizei – Horror, sie haben ausgeraubt, aber der Alarm funktionierte nicht.
Zum Schutz vor einer solchen Maskierung gibt es folgende technische Techniken.
1. Bei kombinierten Sensoren (IR + Mikrowelle) ist es möglich, ein Fehlersignal auszugeben, wenn der Mikrowellensensor ein großes reflektiertes Funksignal erkennt (jemand ist dem Detektor sehr nahe gekommen oder hat direkt nach ihm gegriffen) und der IR-Sensor keine Signale mehr erzeugt . In den meisten Fällen in wahres Leben Damit ist nicht die böse Absicht des Kriminellen gemeint, sondern die Fahrlässigkeit des Personals – beispielsweise blockierte ein hoher Kistenstapel den Melder. Unabhängig von einer böswilligen Absicht handelt es sich jedoch bei einer Blockierung des Melders um eine Störung, und ein solches „Fehlfunktions“-Signal ist sehr angemessen.
2. Einige Zentralen verfügen über einen Steueralgorithmus, wenn der Melder nach der Deaktivierung eine Bewegung erkennt. Das heißt, das Ausbleiben eines Signals gilt als Fehlfunktion, bis jemand vor dem Sensor vorbeigeht und dieser ein normales „Es gibt Bewegung“-Signal ausgibt. Diese Funktion ist nicht sehr praktisch, da häufig alle Räumlichkeiten unscharf geschaltet werden, auch solche, die heute niemand betreten wird. Es stellt sich jedoch heraus, dass Sie abends alle Räumlichkeiten betreten müssen, um die Räumlichkeiten wieder scharf zu machen B. Räume, in denen tagsüber niemand anwesend war, und winken Sie mit den Händen vor den Sensoren – das Bedienfeld stellt sicher, dass die Sensoren betriebsbereit sind, und ermöglicht Ihnen freundlicherweise, das System scharfzuschalten.
3. Schließlich gibt es noch eine Funktion namens „Near Zone“, die einst in den Anforderungen des russischen GOST enthalten war und oft fälschlicherweise als „Antimasking“ bezeichnet wird. Der Kern der Idee: Der Detektor muss haben zusätzlicher Sensor, direkt nach unten schauen, unter den Detektor oder einen separaten Spiegel oder eine spezielle, knifflige Linse im Allgemeinen, so dass es unten keine tote Zone gibt. (Die meisten Detektoren haben einen begrenzten Betrachtungswinkel und sind im Allgemeinen nach vorne und 60 Grad nach unten gerichtet, sodass sich direkt unter dem Detektor, auf Bodenhöhe, etwa einen Meter von der Wand entfernt, eine kleine tote Zone befindet.) Es wird angenommen, dass ein gerissener Feind irgendwie sein wird in der Lage, in diese tote Zone zu gelangen und von dort aus die Linse des IR-Sensors zu blockieren (maskieren) und dann dreist durch den gesamten Raum zu laufen. In der Realität wird der Melder meist so installiert, dass es keine Möglichkeit gibt, in diesen toten Bereich zu gelangen, ohne die Empfindlichkeitsbereiche des Sensors zu umgehen. Na ja, vielleicht durch die Wand, aber zusätzliche Linsen helfen nicht gegen Kriminelle, die durch die Wand eindringen.

Funkstörungen und andere Störungen
Wie gesagt, der IR-Sensor arbeitet nahe seiner Empfindlichkeitsgrenze, insbesondere bei Raumtemperaturen um die 35 °C. Natürlich ist er auch sehr störanfällig. Die meisten IR-Detektoren können einen Fehlalarm auslösen, wenn sie in der Nähe platziert werden. Handy und ruf es an. Beim Verbindungsaufbau sendet das Telefon starke periodische Signale mit einer Periode nahe 1 Hz aus (in diesem Bereich liegen typische Signale einer Person, die vor dem IR-Sensor geht). Einige Watt Radiostrahlung sind durchaus vergleichbar mit Mikrowatt menschlicher Wärmestrahlung.
Neben Funkemissionen kann es auch zu optischen Störungen kommen, wobei die Linse des IR-Sensors im sichtbaren Bereich meist undurchsichtig ist, leistungsstarke Lampen oder 100-W-Autoscheinwerfer im benachbarten Spektralbereich jedoch durchaus wieder ein mit Mikrowatt vergleichbares Signal erzeugen können von einer Person im gewünschten Bereich. Die Haupthoffnung besteht darin, dass optische Fremdstörungen in der Regel schlecht fokussiert sind und daher beide empfindlichen Elemente des IR-Sensors gleichermaßen beeinflussen, sodass der Detektor die Störungen erkennen kann und keinen Fehlalarm auslöst.

Möglichkeiten zur Verbesserung von IR-Sensoren
Seit nunmehr zehn Jahren verfügen fast alle IR-Sicherheitsmelder über einen recht leistungsstarken Mikroprozessor und sind daher weniger anfällig für zufällige Störungen. Detektoren können die Wiederholbarkeit analysieren und charakteristische Parameter Signal, Langzeitstabilität des Hintergrundsignalpegels, was die Störfestigkeit deutlich erhöht.
IR-Sensoren sind grundsätzlich schutzlos gegen Kriminelle hinter undurchsichtigen Bildschirmen, unterliegen jedoch dem Einfluss von Wärmeströmen aus Klimaanlagen und Fremdbeleuchtung (durch ein Fenster). Mikrowellen-(Funk-)Bewegungssensoren hingegen sind in der Lage, falsche Signale zu erzeugen und Bewegungen hinter funktransparenten Wänden außerhalb des geschützten Raums zu erkennen. Außerdem sind sie anfälliger für Funkstörungen. Kombinierte IR + Mikrowellenmelder können sowohl nach dem „AND“-Schema eingesetzt werden, was die Wahrscheinlichkeit von Fehlalarmen deutlich reduziert, als auch nach dem „OR“-Schema für besonders kritische Räumlichkeiten, wodurch die Möglichkeit ihrer Überwindung praktisch ausgeschlossen wird.
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-Bereichssensoren und speziellen Linsen deutlich reduziert wird. Signal von großer Mann und in diesem Fall kann er mit einiger Wahrscheinlichkeit von einem niedrigen Hund unterschieden werden. Sie müssen gut verstehen, dass Sie einen geduckten Teenager absolut von einem stehenden unterscheiden können. Hinterbeine Rottweiler ist grundsätzlich unmöglich. Dennoch kann die Wahrscheinlichkeit eines Fehlalarms deutlich reduziert werden.
Vor einigen Jahren erschienen noch komplexere Sensoren – mit 64 sensiblen Bereichen. Tatsächlich handelt es sich um eine einfache Wärmebildkamera mit einer 8 x 8-Elemente-Matrix. Ausgestattet mit einem leistungsstarken Prozessor sind solche IR-Sensoren (die Bezeichnung „Detektor“ ist für mich zu viel) in der Lage, die Größe und Entfernung zu einem sich bewegenden warmen Ziel sowie die Geschwindigkeit und Richtung seiner Bewegung zu bestimmen – vor 10 Jahren waren es solche Sensoren gelten als der Gipfel der Technologie für zielsuchende Raketen, doch heute werden sie zum Schutz vor gewöhnlichen Dieben eingesetzt. Anscheinend werden wir uns bald daran gewöhnen, kleine Roboter, die Sie nachts wecken, mit den Worten „IR-Sensor“ zu rufen, mit den Worten: „Tut mir leid, mein Herr, aber Diebe, mein Herr, sie wollen Tee.“ Soll ich ihnen jetzt Tee servieren oder sie bitten, zu warten, während du dich wäschst und deinen Revolver nimmst?“

Passive optisch-elektronische Infrarot-Detektoren (IR) (oft auch Bewegungssensoren genannt) erkennen das Eindringen von Menschen in den geschützten (kontrollierten) Teil des Raums, erzeugen ein Alarmsignal und öffnen die Kontakte des Exekutivrelais (Überwachung). Stationsrelais), übermitteln ein „Alarm“-Signal an die Warneinrichtung. Als Warnmittel können Endgeräte (TD) von Meldeübertragungssystemen (TPS) oder eine Brandmelderzentrale (PPKOP) eingesetzt werden. Die oben genannten Geräte (CU oder Control Panel) wiederum übermitteln die empfangene Alarmmeldung über verschiedene Datenübertragungskanäle an die zentrale Überwachungsstation (CMS) oder lokale Sicherheitskonsole.

Das Funktionsprinzip passiver optisch-elektronischer IR-Detektoren basiert auf der Wahrnehmung von Änderungen des Niveaus der Infrarotstrahlung des Temperaturhintergrunds, deren Quellen der menschliche Körper oder kleine Tiere sowie alle Arten von Objekten in ihrem Bereich sind der Vision.

Infrarotstrahlung ist Wärme, die von allen erhitzten Körpern abgegeben wird. Bei passiven optisch-elektronischen IR-Detektoren trifft Infrarotstrahlung auf eine Fresnel-Linse und wird anschließend auf ein empfindliches pyroelektrisches Element fokussiert, das sich auf der optischen Achse der Linse befindet (Abb. 1).

Passive IR-Detektoren empfangen Infrarotenergieströme von Objekten und werden von einem pyroelektrischen Empfänger in ein elektrisches Signal umgewandelt, das über einen Verstärker und eine Signalverarbeitungsschaltung an den Eingang des Alarmtreibers gesendet wird (Abb. 1)1.

Damit ein Eindringling von einem passiven IR-Sensor erkannt wird, müssen folgende Bedingungen erfüllt sein:

Passive IR-Sensoren bestehen aus drei Hauptelementen:

Abhängig vom Design der Fresnel-Linse haben passive optisch-elektronische IR-Detektoren unterschiedliche geometrische Abmessungen des kontrollierten Raums und können entweder mit einer volumetrischen Erfassungszone oder mit einer Oberflächen- oder linearen Erfassungszone ausgestattet sein. Der Wirkungsbereich solcher Melder liegt im Bereich von 5 bis 20 m. Das Aussehen dieser Melder ist in Abb. dargestellt. 2.

Optisches System

Moderne IR-Sensoren zeichnen sich durch eine große Vielfalt an möglichen Strahlungsmustern aus. Die Empfindlichkeitszone von IR-Sensoren besteht aus einer Reihe von Strahlen unterschiedlicher Konfiguration, die vom Sensor in radialer Richtung in einer oder mehreren Ebenen divergieren. Da IR-Detektoren zwei pyroelektrische Empfänger verwenden, wird jeder Strahl in der horizontalen Ebene in zwei Teile geteilt:

Die Empfindlichkeitszone des Melders kann wie folgt aussehen:

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

kleine Zimmer

Sonderform

Es empfiehlt sich, näher auf die Anforderung einer einheitlichen Empfindlichkeit einzugehen. Das Signal am Ausgang des pyroelektrischen Detektors ist unter sonst gleichen Bedingungen umso größer, je größer der Grad der Überlappung des Eindringlings im Empfindlichkeitsbereich des Detektors ist und je kleiner die Strahlbreite und der Abstand zum Detektor sind. 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 , was maximale Empfindlichkeit gewährleistet. Bei kürzeren Entfernungen nimmt die Empfindlichkeit des Detektors in diesem Strahl deutlich zu, was beispielsweise bei Kleintieren zu Fehlalarmen 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 Körpergröße installiert wird. Dadurch wird die Gesamtlänge der Empfindlichkeitszone in mehrere Zonen unterteilt und die dem Detektor „nächsten“ Strahlen werden üblicherweise breiter gemacht, um die Empfindlichkeit zu verringern. Dies gewährleistet eine nahezu konstante Empfindlichkeit über die Entfernung, was einerseits dazu beiträgt, Fehlalarme zu reduzieren, und andererseits die Erkennungsfähigkeit erhöht, indem tote Zonen in der Nähe des Melders eliminiert werden.

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

niedriger Preis

Typischerweise bildet jedes Segment der Fresnel-Linse seinen eigenen Strahl des Strahlungsmusters. Verwendung moderne Technologien Die Linsenherstellung ermöglicht es, durch die Auswahl und Optimierung der Parameter jedes Linsensegments eine nahezu konstante Empfindlichkeit des Detektors für alle Strahlen sicherzustellen: Segmentfläche, Neigungswinkel und Abstand zum Pyroempfänger, Transparenz, Reflexionsvermögen, Grad der Defokussierung . IN In letzter Zeit Die Technologie zur Herstellung von Fresnel-Linsen mit komplexer präziser Geometrie wurde beherrscht, was zu einer Steigerung der gesammelten Energie um 30 % im Vergleich zu Standardlinsen und dementsprechend zu einer Erhöhung des Nutzsignalpegels einer Person auf große Entfernungen führt. Das Material, aus dem moderne Linsen gefertigt sind, schützt den pyroelektrischen Empfänger weißes Licht. Die folgenden Effekte können dazu führen, dass der IR-Sensor nicht zufriedenstellend funktioniert: Wärmeströme, resultierend aus der Erwärmung der elektrischen Komponenten des Sensors, dem Fall von Insekten auf empfindliche Scheiterhaufenempfänger und möglichen Rückreflexionen der Infrarotstrahlung Innenteile Detektor. Um diese Effekte zu eliminieren, verwenden IR-Sensoren der neuesten Generation eine spezielle versiegelte Kammer zwischen der Linse und dem Pyroempfänger (versiegelte Optik), beispielsweise bei den neuen IR-Sensoren von PYRONIX und C&K. Laut Experten stehen moderne Hightech-Fresnel-Linsen in ihren optischen Eigenschaften Spiegeloptiken praktisch nicht nach.

Spiegeloptiken als einziges Element eines optischen Systems werden eher selten verwendet. IR-Sensoren mit Spiegeloptik werden beispielsweise von SENTROL und ARITECH hergestellt. Die Vorteile der Spiegeloptik liegen in der Fähigkeit, genauer zu fokussieren und dadurch die Empfindlichkeit zu erhöhen, wodurch Sie einen Eindringling auf große Entfernungen erkennen können. Durch die Verwendung mehrerer speziell geformter Spiegel, darunter auch Mehrsegmentspiegel, ist eine nahezu konstante Entfernungsempfindlichkeit möglich, wobei diese Empfindlichkeit auf große Entfernungen etwa 60 % höher ist als bei einfachen Fresnel-Linsen. Durch den Einsatz von Spiegeloptiken lässt sich der Nahbereich direkt unter dem Einbauort des Sensors (sog. Anti-Sabotage-Zone) einfacher schützen. Analog zu austauschbaren Fresnel-Linsen sind IR-Sensoren mit Spiegeloptik mit austauschbaren, abnehmbaren Spiegelmasken ausgestattet, mit deren Verwendung Sie die gewünschte Form der Empfindlichkeitszone auswählen und den Sensor an verschiedene Konfigurationen des geschützten Raums anpassen können .

Moderne hochwertige IR-Detektoren nutzen eine Kombination aus Fresnel-Linsen und Spiegeloptik. In diesem Fall werden Fresnel-Linsen verwendet, um eine Empfindlichkeitszone bei mittleren Entfernungen zu bilden, und Spiegeloptiken werden verwendet, um eine Manipulationsschutzzone unter dem Sensor zu bilden und eine sehr große Erkennungsreichweite zu ermöglichen.

Pyro-Empfänger:

Das optische System fokussiert die IR-Strahlung auf einen pyroelektrischen Empfänger, der bei IR-Sensoren einen hochempfindlichen pyroelektrischen Halbleiterwandler verwendet, der einen Unterschied von mehreren Zehntel Grad zwischen der Körpertemperatur einer Person und dem Hintergrund erfassen kann. Die Temperaturänderung wird in ein elektrisches Signal umgewandelt, das nach entsprechender Verarbeitung einen Alarm auslöst. IR-Sensoren verwenden normalerweise duale (differentielle, DUAL) Pyroelemente. Dies liegt daran, dass ein einzelnes Pyroelement auf jede Temperaturänderung gleich reagiert, unabhängig davon, durch was sie verursacht wird – den menschlichen Körper oder beispielsweise die Erwärmung eines Raumes, was zu einer Erhöhung der Falschhäufigkeit führt Alarm. IN Differentialschaltung Das Signal eines Pyroelements wird von einem anderen subtrahiert, wodurch Störungen im Zusammenhang mit Änderungen der Hintergrundtemperatur deutlich unterdrückt und der Einfluss von Licht und elektromagnetischen Störungen deutlich reduziert werden können. Das Signal einer sich bewegenden Person erscheint am Ausgang des doppelten pyroelektrischen Elements nur dann, wenn die Person den Strahl der Empfindlichkeitszone kreuzt, und ist ein nahezu symmetrisches bipolares Signal, das in seiner Form der Periode einer Sinuskurve ähnelt. Aus diesem Grund wird der Strahl selbst bei einem doppelten pyroelektrischen Element in der horizontalen Ebene zweigeteilt. Um die Häufigkeit von Fehlalarmen weiter zu reduzieren, werden in den neuesten Modellen von IR-Sensoren vierfache Pyroelemente (QUAD oder DOUBLE DUAL) verwendet – dabei handelt es sich um zwei duale pyroelektrische Sensoren, die in einem Sensor untergebracht sind (normalerweise übereinander platziert). Die Beobachtungsradien dieser Pyroempfänger sind unterschiedlich gestaltet, sodass eine lokale thermische Quelle von Fehlalarmen nicht gleichzeitig in beiden Pyroempfängern beobachtet werden kann. In diesem Fall wird die Geometrie der Platzierung der Pyro-Empfänger und deren Anschlussschaltung so gewählt, dass Signale von einer Person entgegengesetzte Polarität haben und elektromagnetische Störungen Signale in zwei Kanälen gleicher Polarität verursachen, was zur Unterdrückung führt dieser Art von Störungen. Bei Vierfach-Pyroelementen wird jeder Strahl in vier Teile aufgeteilt (siehe Abb. 2), und daher halbiert sich der maximale Erfassungsabstand bei Verwendung derselben Optik etwa, da eine Person mit ihrer Körpergröße beide Strahlen von zwei Pyroelektrika blockieren muss, um eine zuverlässige Erfassung zu gewährleisten Detektoren. Der Erkennungsabstand für Vierfach-Pyroelemente kann durch den Einsatz von Präzisionsoptiken erhöht werden, die einen schmaleren Strahl erzeugen. Eine weitere Möglichkeit, diese Situation in gewissem Maße zu korrigieren, ist der Einsatz von Pyroelementen mit komplexer ineinander verschlungener Geometrie, die das Unternehmen PARADOX in seinen Sensoren verwendet.

Signalverarbeitungsblock

Die Signalverarbeitungseinheit des Pyroempfängers muss eine sichere Erkennung eines Nutzsignals einer sich bewegenden Person vor einem Störhintergrund gewährleisten. Bei IR-Sensoren sind die Hauptarten und Störquellen, die Fehlalarme verursachen können:

Die Identifizierung eines Nutzsignals vor einem Störhintergrund durch die Verarbeitungseinheit basiert auf einer Analyse der Signalparameter am Ausgang des pyroelektrischen Detektors. Diese Parameter sind die Signalgröße, ihre Form und Dauer. Das Signal einer Person, die den Strahl der Empfindlichkeitszone des IR-Sensors kreuzt, ist ein nahezu symmetrisches bipolares Signal, dessen Dauer von der Bewegungsgeschwindigkeit des Eindringlings, der Entfernung zum Sensor und der Breite des Strahls abhängt ca. 0,02...10 s mit einem aufgezeichneten Bewegungsgeschwindigkeitsbereich von 0,1...7 m/s. Störsignale sind meist asymmetrisch oder haben eine andere Dauer als die Nutzsignale (siehe Abb. 3). Die in der Abbildung dargestellten Signale sind sehr ungefähre Werte, in Wirklichkeit ist alles viel komplizierter.

Der von allen Sensoren analysierte Hauptparameter ist die Signalgröße. Bei den einfachsten Sensoren ist dieser aufgezeichnete Parameter der einzige und seine Analyse erfolgt durch Vergleich des Signals mit einem bestimmten Schwellenwert, der die Empfindlichkeit des Sensors bestimmt und die Häufigkeit von Fehlalarmen beeinflusst. Um die Widerstandsfähigkeit gegen Fehlalarme zu erhöhen einfache Sensoren Mit der Impulszählmethode wird gezählt, wie oft das Signal den Schwellenwert überschritten hat (d. h. im Wesentlichen, wie oft der Eindringling den Strahl überquert hat bzw. wie viele Strahlen er überquert hat). In diesem Fall erfolgt keine Alarmierung beim ersten Überschreiten des Schwellenwerts, sondern erst dann, wenn innerhalb einer bestimmten Zeit die Anzahl der Überschreitungen einen vorgegebenen Wert (in der Regel 2...4) überschreitet. Der Nachteil des Impulszählverfahrens ist die Verschlechterung der Empfindlichkeit, die sich insbesondere bei Sensoren mit einer Empfindlichkeitszone wie einem einzelnen Vorhang und dergleichen bemerkbar macht, wenn ein Eindringling nur einen Strahl durchqueren kann. Andererseits sind beim Zählen von Impulsen Fehlalarme durch wiederholte Störungen (z. B. elektromagnetische Störungen oder Vibrationen) möglich.

Bei komplexeren Sensoren analysiert die Verarbeitungseinheit die Bipolarität und Symmetrie der Signalform vom Ausgang des pyroelektrischen Differenzempfängers. Die konkrete Umsetzung einer solchen Verarbeitung und die dafür verwendete Terminologie1 können von Hersteller zu Hersteller unterschiedlich sein. Der Kern der Verarbeitung besteht darin, ein Signal mit zwei Schwellenwerten (positiv und negativ) zu vergleichen und in einigen Fällen die Stärke und Dauer von Signalen unterschiedlicher Polarität zu vergleichen. Auch eine Kombination dieser Methode mit getrennter Zählung von Überschreitungen positiver und negativer Schwellenwerte ist möglich.

Die Analyse der Dauer von Signalen kann entweder durch eine direkte Methode zur Messung der Zeit, in der das Signal einen bestimmten Schwellenwert überschreitet, oder im Frequenzbereich durch Filterung des Signals vom Ausgang des Pyroempfängers, einschließlich der Verwendung eines „Floating“, erfolgen ”Schwelle, abhängig vom Bereich der Frequenzanalyse.

Eine weitere Art der Verarbeitung zur Verbesserung der Leistung von IR-Sensoren ist die automatische Wärmekompensation. Temperaturbereich Umfeld Bei 25°C…35°C nimmt die Empfindlichkeit des Pyro-Empfängers aufgrund einer Abnahme des thermischen Kontrasts zwischen dem menschlichen Körper und dem Hintergrund ab; bei einem weiteren Temperaturanstieg steigt die Empfindlichkeit wieder an, jedoch „mit umgekehrtem Vorzeichen“. Bei sogenannten „herkömmlichen“ thermischen Kompensationsschaltungen wird die Temperatur gemessen und bei einem Anstieg automatisch die Verstärkung erhöht. Die „echte“ oder „zweiseitige“ Kompensation berücksichtigt die Zunahme des thermischen Kontrasts bei Temperaturen über 25 °C...35 °C. Der Einsatz einer automatischen Temperaturkompensation gewährleistet eine nahezu konstante Empfindlichkeit des IR-Sensors über einen weiten Temperaturbereich.

Die aufgeführten Verarbeitungsarten können auf analogem, digitalem oder kombiniertem Wege erfolgen. Moderne IR-Sensoren nutzen zunehmend digitale Verarbeitungsmethoden mit speziellen Mikrocontrollern mit ADCs und Signalprozessoren, die eine detaillierte Verarbeitung der Feinstruktur des Signals ermöglichen, um es besser vom Hintergrundrauschen zu unterscheiden. In letzter Zeit gab es Berichte über die Entwicklung vollständig digitaler IR-Sensoren, die vollständig auf analoge Elemente verzichten.
Aufgrund der zufälligen Natur von Nutz- und Störsignalen sind bekanntlich die besten Verarbeitungsalgorithmen diejenigen, die auf der Theorie statistischer Lösungen basieren.

Weitere Schutzelemente für IR-Detektoren

IR-Sensoren für den professionellen Einsatz nutzen sogenannte Anti-Masking-Schaltungen. Der Kern des Problems besteht darin herkömmlicher IR-Sensor kann von einem Eindringling deaktiviert werden, indem er zunächst (bei nicht scharfgeschaltetem System) das Sensoreingangsfenster abklebt oder übermalt. Um dieser Methode der Umgehung von IR-Sensoren entgegenzuwirken, werden Anti-Masking-Systeme eingesetzt. Die Methode basiert auf der Verwendung eines speziellen IR-Strahlungskanals, der ausgelöst wird, wenn eine Maske oder ein reflektierendes Hindernis in geringer Entfernung vom Sensor (von 3 bis 30 cm) erscheint. Die Antimaskierungsschaltung arbeitet kontinuierlich, während das System unscharf ist. Wenn ein spezieller Detektor die Tatsache einer Maskierung erkennt, wird ein entsprechendes Signal vom Sensor an die Zentrale gesendet, die jedoch erst dann einen Alarm auslöst, wenn die Zeit zum Scharfschalten des Systems gekommen ist. Zu diesem Zeitpunkt erhält der Bediener Informationen zur Maskierung. Wenn diese Maskierung außerdem zufällig erfolgte (ein großes Insekt, das Erscheinen eines großen Objekts für einige Zeit in der Nähe des Sensors usw.) und es zum Zeitpunkt der Alarmauslösung bereits wieder verschwunden war, wird kein Alarmsignal ausgegeben.

Ein weiteres Sicherheitselement, mit dem fast alle modernen IR-Melder ausgestattet sind, ist ein Kontakt-Sabotagesensor, der einen Versuch, das Sensorgehäuse zu öffnen oder einzubrechen, signalisiert. Die Sabotage- und Maskierungssensorrelais sind an eine separate Sicherheitsschleife angeschlossen.

Um die Auslösung von IR-Sensoren durch Kleintiere zu verhindern, werden entweder spezielle Linsen mit einer Totzone (Pet Alley) vom Boden bis zu einer Höhe von etwa 1 m verwendet, oder spezielle Methoden Signalverarbeitung. Das sollte berücksichtigt werden spezielle Verarbeitung Mit Signalen können Sie Tiere nur dann ignorieren, wenn sie vorhanden sind Gesamtgewicht 7...15 kg nicht überschreitet und sie sich dem Sensor nicht näher als 2 m nähern können. Wenn sich also eine springende Katze in einem geschützten Raum befindet, hilft ein solcher Schutz nicht.

Zum Schutz vor elektromagnetischen und Funkstörungen werden dichte Oberflächenmontage und Metallabschirmung eingesetzt.

Installation von Detektoren

Passive optisch-elektronische IR-Detektoren haben gegenüber anderen Arten von Detektionsgeräten einen bemerkenswerten Vorteil. Es ist einfach zu installieren, zu konfigurieren und Wartung. Detektoren dieses Typs können entweder auf installiert werden ebene Fläche tragende Wand, und in der Ecke des Raumes. Es gibt Detektoren, die an der Decke angebracht sind.

Kompetente Auswahl und taktisch korrekter Einsatz solcher Detektoren sind der Schlüssel dazu zuverlässiger Betrieb Geräte und das gesamte Sicherheitssystem als Ganzes!

Bei der Auswahl der Art und Anzahl der Sensoren zur Gewährleistung des Schutzes eines bestimmten Objekts sollte dies berücksichtigt werden mögliche Wege und Methoden zum Eindringen des Eindringlings, das erforderliche Maß an Erkennungssicherheit; Kosten für Anschaffung, Installation und Betrieb von Sensoren; Merkmale des Objekts; Leistungsmerkmale Sensoren Ein Merkmal passiver IR-Sensoren ist ihre Vielseitigkeit – mit ihrem Einsatz ist es möglich, die Annäherung und den Eintritt unterschiedlichster Räume, Strukturen und Objekte zu blockieren: Fenster, Vitrinen, Theken, Türen, Wände, Decken, Trennwände, Tresore und einzelne Objekte , Flure, Raumvolumina. In einigen Fällen ist dies jedoch nicht erforderlich große Menge Sensoren zum Schutz jeder Struktur – es kann ausreichend sein, einen oder mehrere Sensoren mit der gewünschten Emzu verwenden. Werfen wir einen Blick auf einige Funktionen der Verwendung von IR-Sensoren.

Allgemeines Prinzip Verwendung von IR-Sensoren – die Strahlen der Empfindlichkeitszone müssen senkrecht zur beabsichtigten Bewegungsrichtung des Eindringlings sein. Der Installationsort des Sensors sollte so gewählt werden, dass Totzonen minimiert werden, die durch das Vorhandensein großer Objekte im geschützten Bereich verursacht werden, die die Strahlen blockieren (z. B. Möbel, Zimmerpflanzen). Wenn Türen in einem Raum nach innen öffnen, sollte die Möglichkeit in Betracht gezogen werden, einen Eindringling zu maskieren offene Türen. Wenn tote Stellen nicht beseitigt werden können, 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 geschützten Objekte blockieren.

Der in der Dokumentation angegebene Bereich ist einzuhalten zulässige Höhen Aussetzung (mindestens und maximale Höhe). Dies gilt insbesondere für Abstrahlcharakteristiken mit geneigten Strahlen: Überschreitet die Aufhängungshöhe die maximal zulässige Höhe, führt dies zu einer Abnahme des Signals aus der Fernzone und einer Vergrößerung der Totzone vor dem Sensor, jedoch zu einer Vergrößerung der Aufhängungshöhe Unterschreitet der minimal zulässige Wert, 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 der Ecke des Raumes in einer Höhe von 2,2-2,5 m installiert. In diesem Fall decken sie das Volumen des Raumes gleichmäßig ab geschützter Raum.

2. Die Anbringung von Meldern an der Decke ist in Räumen mit... vorzuziehen Hohe Decken von 2,4 bis 3,6 m. Diese Melder haben einen dichteren Erfassungsbereich (Abb. 3, c) und ihre Funktion wird durch vorhandene Möbelstücke weniger beeinträchtigt.

3. Melder mit einer Oberflächenerkennungszone (Abb. 4) dienen zum Schutz des Perimeters, beispielsweise von nicht permanenten Wänden, Tür- oder Fensteröffnungen, und können auch zur Einschränkung des Zugangs zu Wertgegenständen eingesetzt werden. 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 Absicherung langer und schmaler Flure eingesetzt.

Störungen und Fehlalarme

Bei der Verwendung von passiven optisch-elektronischen IR-Detektoren muss die Möglichkeit von Fehlalarmen aufgrund verschiedener Arten von Störungen berücksichtigt werden.

Störungen thermischer, Licht-, elektromagnetischer oder Vibrationsart können zu Fehlalarmen von IR-Sensoren führen. Obwohl moderne IR-Sensoren dies haben hochgradig Um sich vor diesen Einflüssen zu schützen, ist es dennoch ratsam, die folgenden Empfehlungen einzuhalten:

Luftstrom

Fenster öffnen

Thermische Störungen – verursacht durch Erwärmung des Temperaturhintergrunds bei Sonneneinstrahlung, konvektive Luftströme beim Betrieb von Heizkörpern, Klimaanlagen und Zugluft.
Elektromagnetische Störungen – verursacht durch Störungen von elektrischen und Funkemissionsquellen an einzelnen Elementen des elektronischen Teils des Detektors.
Fremdeinwirkung – verbunden mit der Bewegung kleiner Tiere (Hunde, Katzen, Vögel) im Erfassungsbereich des Melders. Lassen Sie uns alle Faktoren genauer betrachten, die den normalen Betrieb passiver optisch-elektronischer IR-Detektoren beeinflussen.

Thermische Interferenz

Dies ist der gefährlichste Faktor, der durch Änderungen des Umgebungstemperaturhintergrunds gekennzeichnet ist. Durch die Sonneneinstrahlung kommt es lokal zu einer Temperaturerhöhung einzelner Abschnitte der Raumwände.

Konvektive Störungen entstehen durch den Einfluss bewegter Luftströmungen, zum Beispiel durch Zugluft bei geöffnetem Fenster, Risse in Fensteröffnungen, sowie während des Haushaltsbetriebs Heizgeräte- Heizkörper und Klimaanlagen.

Elektromagnetische Interferenz

Sie treten auf, wenn elektrische und Funkstrahlungsquellen eingeschaltet werden, beispielsweise Mess- und Haushaltsgeräte, Beleuchtung, Elektromotoren und Funkübertragungsgeräte. Auch Blitzeinschläge können starke Störungen hervorrufen.

Fremdeingriff

Kleine Insekten wie Kakerlaken, Fliegen und Wespen können eine einzigartige Störquelle für passive optisch-elektronische IR-Detektoren sein. Wenn sie sich direkt entlang der Fresnel-Linse bewegen, kann es bei diesem Detektortyp zu einem Fehlalarm kommen. Eine Gefahr stellen auch die sogenannten Hausameisen dar, die in das Innere des Melders gelangen und direkt auf dem pyroelektrischen Element herumkriechen können.

Installationsfehler

Einen besonderen Platz bei der fehlerhaften bzw. fehlerhaften Bedienung passiver optisch-elektronischer IR-Melder nehmen Installationsfehler bei Arbeiten zur Installation derartiger Geräte ein. Achten wir auf markante Beispiele falscher Platzierung von IR-Detektoren, um dies in der Praxis zu vermeiden.

In Abb. 6 a; 7 a und 8 a zeigen die korrekte, korrekte Installation von Detektoren. Sie müssen sie nur auf diese Weise installieren und nicht anders!

In den Abbildungen 6 b, c; In Abb. 7 b, c und 8 b, c werden Möglichkeiten zur fehlerhaften Installation passiver optisch-elektronischer IR-Detektoren dargestellt. Mit dieser Installation können tatsächliche Eingriffe in geschützte Räumlichkeiten übersehen werden, ohne dass ein „Alarm“-Signal ausgegeben wird.

Installieren Sie passive optisch-elektronische Melder nicht so, dass sie direkter oder reflektierter Sonneneinstrahlung sowie den Scheinwerfern vorbeifahrender Fahrzeuge ausgesetzt sind.
Richten Sie den Erfassungsbereich des Detektors nicht auf Heizelemente Heizungs- und Klimaanlagen, an Gardinen und Gardinen, die durch Zugluft schwanken können.
Platzieren Sie passive optisch-elektronische Detektoren nicht in der Nähe von Quellen elektromagnetischer Strahlung.
Verschließen Sie alle Löcher des passiven optisch-elektronischen IR-Detektors mit dem mitgelieferten Dichtmittel.
Vernichten Sie Insekten, die sich im Schutzgebiet befinden.

Derzeit gibt es eine große Vielfalt an Detektionstools, die sich in Funktionsprinzip, Umfang, Design und Leistungsmerkmalen unterscheiden.

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

Beim Verfassen dieses Artikels wurden unter anderem Materialien aus der Zeitschrift „Security Systems“ Nr. 4, 2013 verwendet

Diese Sicherheitsmelder werden zur Erkennung von Bewegungen innerhalb eines geschützten Gebäudes sowie zur zusätzlichen Blockierung von Oberflächen, Durchgängen, offenen Bereichen und Außenumgrenzungen verwendet. Ansonsten werden sie auch genannt Bewegungssensor. Beginnen wir mit der Klassifizierung. Die hier besprochenen Detektoren werden klassifiziert nach:

Art der Erkennungszone – volumetrisch, oberflächennah, linear
Funktionsprinzip - Infrarot (IR), Radiowelle, Ultraschall.
Ausführung - Wand, Decke, für Außen-, Innenmontage

Jeder spezifische Detektor wird gleichzeitig durch jede dieser Kategorien charakterisiert.

INFRAROT (IR) VOLUMETRISCHER DETEKTOR, PASSIV

Der Erfassungsbereich ist volumetrisch, siehe Abb. 1. Es ist zu beachten, dass ein solcher volumetrischer Erfassungsbereich einem Wandmelder inhärent ist. Oben ist eine Seitenansicht (vertikale Ebene), unten ist eine Draufsicht (horizontale Ebene).

Ein Alarmsignal wird generiert, wenn ein Objekt mit einer von der Raumtemperatur abweichenden Temperatur Sektoren durchquert, die die Konfiguration und Größe des Erfassungsbereichs bestimmen. Daher geben die Eigenschaften volumetrisches Infrarot (d. h. thermisch) an. Und solche Detektoren werden als passiv bezeichnet, weil sie nur „empfangen“ funktionieren, ohne etwas auszusenden. Dementsprechend ist das Design einteilig. Im Allgemeinen ist jeder volumetrische Infrarotdetektor passiv.

INFRAROT (IR) OBERFLÄCHENDETEKTOR, LINEAR

IR-Sicherheitsmelder können neben volumetrischen auch über eine Oberflächenerkennungszone – „Vorhang“ und eine lineare – „Strahl“ verfügen. Der Oberflächensicherheits-Infrarotsensor verfügt über einen in Abbildung 2 gezeigten Erkennungsbereich (alle ähnlich wie in Abbildung 1). Für die lineare Zone des Diagramms gebe ich keinen Strahl an; es handelt sich um einen Strahl, entweder von oben oder von der Seite – ungefähr wie unten in Abbildung 2.

Funktionsprinzip der Oberfläche, linear Infrarotsensorenähnlich wie volumetrische IR-Detektoren. Darüber hinaus gibt es eine Reihe linearer Detektoren Wirkprinzip Aktionen, d.h. bestehen aus zwei Sicherheitseinheiten – einem Sender und einem Empfänger. Der Empfänger erzeugt ein Alarmsignal, wenn ein Fremdkörper den vom Sender erzeugten IR-Strahl kreuzt.

Um das Gesagte über Infrarot-Sicherheitsmelder zusammenzufassen, stellen wir fest, dass sie folgende Merkmale aufweisen, die als Nachteile eingestuft werden können:

Der Sicherheitsinfrarotsensor ist für die Steifigkeit von entscheidender Bedeutung tragende Struktur. Wenn es Vibrationen ausgesetzt ist, kann es zu Fehlalarmen kommen. Sicherheits-Infrarot-Sensoren (IR) sollten an dauerhaften Bauwerken installiert werden.
Befinden sich Konvektions(wärme)ströme oder Lichtquellen unterschiedlicher Intensität im Erfassungsbereich eines Infrarotsensors, ist auch eine spontane Auslösung möglich. Bei der Installation von Infrarot-Volumensensoren sollten Sie die Position von Heizungen und Fenstern berücksichtigen.
Alle Objekte, die sich im Erfassungsbereich des IR-Volumendetektors befinden, bilden hinter sich (auf der dem Detektor gegenüberliegenden Seite) eine „Schattenzone“, in der die Erkennung eines sich bewegenden Objekts unmöglich ist. Dies führt beispielsweise dazu, dass sich durch das Umstellen von Möbeln die Konfiguration des Erfassungsbereichs ändert. Die Lösung besteht darin, IR-Volumenmelder in Deckenausführung (je nach Installationsmethode) zu verwenden.
Kann Tiere im Erkennungsbereich verfolgen. Es gibt jedoch volumetrische Sensoren, die vor diesem Faktor geschützt sind
Kann auf Verschlucken reagieren kleine Insekten. Die Lösung besteht darin, alle Eingänge zum Sensor abzudichten und die Räumlichkeiten regelmäßig angemessen zu desinfizieren.

Bei der Auswahl des Infrarot-Sicherheitsmeldertyps sollten Sie den Öffnungswinkel des Erfassungsbereichs (gemessen in Grad) und die Reichweite des Infrarotmelders berücksichtigen. Bitte beachten Sie, dass die Reichweite des Infrarot-Volumensensors entlang der Hauptachse angegeben wird, während sie entlang der Seitenachsen kürzer ist. Auch wenn Sie den Infrarotdetektor verwenden möchten unbeheizter Raum, wählen Sie den passenden Betriebstemperaturbereich.

SICHERHEIT FUNKWELLEN, ULTRASCHALLDETEKTOREN

Der Erfassungsbereich ist dreidimensional, eine Art massive dreidimensionale Spindel. Das Funktionsprinzip von volumetrischen Radiowellen- und volumetrischen Ultraschallsensoren ist das gleiche und basiert auf dem Doppler-Effekt, nämlich dass ein Schall oder eine Radiowelle, wenn sie von einem sich bewegenden Objekt reflektiert wird, ihre Frequenz (oder, wenn Sie es vorziehen, ihre Länge) ändert. Somit sind diese volumetrischen Sicherheitsmelder auch für die Erkennung von Bewegungen innerhalb der geschützten Räumlichkeiten konzipiert. Ich möchte darauf hinweisen, dass alle hier besprochenen Sicherheitsmelder (Infrarot, Funkwelle, Ultraschall, volumetrisch, linear) bei entsprechender klimatischer Auslegung im Freien installiert werden können.

Wie der Name schon sagt, sendet und empfängt ein Funkwellen-Sicherheitssensor Funkwellen, während ein volumetrischer Ultraschalldetektor Ultraschall erzeugt. Im Gegensatz zu IR-Sicherheitsmeldern sind diese gegenüber Licht, Hitze und Zugluft gleichgültig, haben aber auch Nachteile:

Zunächst sendet ein volumetrischer Radiowellendetektor Radiowellen mit einer ausreichend hohen Frequenz (ca. 1 GHz) aus, für die Wände, Fenster und Türen transparent sind. Bei falsche Entscheidung Abhängig von der Größe des Erfassungsbereichs des Funkwellen-Volumensensors reagiert dieser auf das, was außerhalb des geschützten Bereichs geschieht. (Ultraschall – nein).
Zweitens (in Bezug auf Funkwellen) mögliche Interferenzen mit anderen radioelektronischen Geräten
Drittens: Wenn sich mehrere volumetrische Funkwellendetektoren in der Nähe befinden, kann es zu gegenseitigen Störungen kommen. Die Lösung besteht darin, Geräte mit unterschiedlichen Frequenzbuchstaben zu verwenden. Aber es gibt nur wenige Buchstaben und es ist unmöglich, eine große Anzahl von Funkwellendetektoren in der Nähe zu platzieren.
Viertens ist es nicht sehr nützlich, sich mit funktionierenden Detektoren dieser Art im selben Raum aufzuhalten, obwohl dies nicht tödlich ist. Die Lösung besteht darin, die Stromversorgung der Sensoren auszuschalten, wenn Sie sich ständig in der Nähe von Menschen aufhalten.
Fünftens wird keine Oberflächenerkennungszone gebildet.

Unter den zahlreichen Sicherheitsmeldern ist der Infrarot-Bewegungsmelder das am weitesten verbreitete Gerät. Bezahlbarer Preis und Effizienz sind die Eigenschaften, die sie beliebt gemacht haben. Und das alles dank der Tatsache, dass Infrarotstrahlung zu Beginn des 19. Jahrhunderts entdeckt wurde.

Sie liegt jenseits der Grenze des sichtbaren roten Lichts im Bereich von 0,74–2000 Mikrometer. Die optischen Eigenschaften von Stoffen variieren stark und hängen von der Art der Bestrahlung ab. Eine kleine Wasserschicht ist für IR-Strahlung undurchlässig. Die Infrarotstrahlung der Sonne macht 50 Prozent der gesamten emittierten Energie aus.

Anwendungsgebiet

Infrarot-Bewegungssensoren werden seit langem zur Sicherheit eingesetzt. Sie zeichneten die Bewegungen warmer Gegenstände in den Räumlichkeiten auf und übermittelten ein Alarmsignal an die Zentrale. Sie begannen, mit Videokameras und Kameras kombiniert zu werden. Bei einem Verstoß wurde der Vorfall protokolliert. Dann erweiterte sich der Anwendungsbereich. Zoologen begannen, Kamerafallen einzusetzen, um die untersuchten Tiere zu kontrollieren.

Im System kommen vor allem IR-Sensoren zum Einsatz Intelligentes Haus, wo sie die Rolle eines Anwesenheitssensors spielen. Wenn ein warmblütiges Objekt in die Reichweite des Geräts gelangt, schaltet es die Beleuchtung im Innen- oder Außenbereich ein. Es spart Strom und erleichtert den Menschen das Leben.

In Zutrittskontrollsystemen steuern Bewegungsmelder das Öffnen und Schließen von Türen in öffentlichen Gebäuden. Experten zufolge wird der Markt für IR-Sensoren in den nächsten drei bis fünf Jahren jährlich um 20 % wachsen.

Funktionsprinzip des IR-Bewegungssensors

Die Aufgabe des IR-Detektors besteht darin, die Infrarotstrahlung eines bestimmten Bereichs zu überwachen, sie mit dem Hintergrundpegel zu vergleichen und auf der Grundlage der Analyseergebnisse eine Meldung auszugeben.

IR-Bewegungssensoren für die Sicherheit verwenden aktive und passive Sensortypen. Erstere verwenden zur Steuerung einen eigenen Sender, der alles im Empfangsbereich des Geräts bestrahlt. Der Empfänger empfängt den reflektierten Teil der IR-Strahlung und stellt anhand seiner Eigenschaften fest, ob eine Verletzung der Sicherheitszone vorliegt oder nicht. Es gibt aktive Sensoren kombinierter Typ Wenn die Empfangs- und Sendeblöcke getrennt sind, handelt es sich um Detektoren, die den Umfang des Objekts überwachen. Sie haben im Vergleich zu passiven Geräten eine größere Reichweite.

Ein Passiv-Infrarot-Bewegungsmelder verfügt über keinen Sender; er reagiert auf Veränderungen der umgebenden IR-Strahlung. Im Allgemeinen verfügt der Detektor über zwei empfindliche Elemente, die Infrarotstrahlung erfassen können. Vor den Sensoren ist eine Fresnel-Linse installiert, die den Raum in mehrere Dutzend Zonen unterteilt.

Eine kleine Linse sammelt Strahlung aus einem bestimmten Raumbereich und sendet sie dorthin Sensorelement. Eine benachbarte Linse, die den angrenzenden Bereich kontrolliert, sendet einen Strahlungsfluss an den zweiten Sensor. Die Strahlung benachbarter Gebiete ist ungefähr gleich. Wenn das Gleichgewicht gestört ist oder ein bestimmter Schwellenwert überschritten wird, meldet das Gerät der Zentrale, dass die Sicherheitszone verletzt wurde.

IR-Sensorschaltung

Jeder Hersteller hat ein Unikat schematische Darstellung IR-Detektor, aber funktionell sind sie ungefähr gleich.

Der IR-Sensor verfügt über ein optisches System, ein pyrosensitives Element und eine Signalverarbeitungseinheit.

Optisches System

Der Arbeitsbereich moderner Bewegungssensoren ist sehr vielfältig verschiedene Formen optisches System. Strahlen divergieren vom Gerät in radialer Richtung in verschiedenen Ebenen.

Da der Detektor über einen Doppelsensor verfügt, sind alle Strahlen gegabelt.

Das optische System ist so ausgerichtet, dass es nur eine Ebene oder mehrere Ebenen auf verschiedenen Ebenen überwacht. Kann den Raum kreisförmig oder strahlenförmig steuern.

Beim Aufbau der Optik von IR-Sensoren werden häufig Fresnel-Linsen verwendet, die viele prismatische Facetten auf einem konvexen Kunststoffbecher darstellen. Jede Linse sammelt den IR-Fluss aus ihrem Raumbereich und sendet ihn an das PIR-Element.

Das optische System ist so ausgelegt, dass die Selektivität über alle Linsen hinweg gleich ist. Um Insekten vor ihrer eigenen Hitze durch Witterungseinflüsse zu schützen, ist im Gerät eine versiegelte Kammer eingebaut. Spiegeloptiken werden selten verwendet. Dadurch erhöht sich die Reichweite des Gerätes und der Preis des Gerätes deutlich.

Pyroempfindliches Element

Die Rolle des Sensors übernimmt beim IR-Sensor ein pyroelektrischer Wandler auf Basis empfindlicher Halbleiterelemente. Es besteht aus zwei Sensoren. Jeder von ihnen erhält einen Strahlungsfluss von zwei benachbarten Strahlen. Bei gleichem gleichmäßigem Hintergrund ist der Sensor geräuschlos. Tritt ein Ungleichgewicht auf, erscheint in einer Zone eine zusätzliche Wärmequelle, in der anderen jedoch nicht, wird der Sensor ausgelöst.

Um die Zuverlässigkeit zu erhöhen und Fehlalarme zu reduzieren, werden seit Kurzem vierfache PIR-Elemente eingesetzt. Dies erhöhte die Empfindlichkeit und Störfestigkeit des Geräts. Aber es verringerte die Distanz zur sicheren Erkennung des Eindringlings. Um dieses Problem zu lösen, muss man Präzisionsoptiken verwenden.

Signalverarbeitungsblock

Die Hauptaufgabe des Blocks besteht darin, eine Person vor dem Hintergrund von Störungen zuverlässig zu erkennen.

Es gibt sie in einer großen Vielfalt:

Sonnenstrahlung;
künstliche IR-Quellen;
Klimaanlagen und Kühlschränke;
Tiere;
Luftkonvektion;
Elektromagnetische Interferenz;
Vibration.

Die Verarbeitungseinheit nutzt zur Analyse die Amplitude, Form und Dauer des Ausgangssignals des pyroelektrischen Wandlers. Der Aufprall des Eindringlings verursacht ein symmetrisches bipolares Signal. Interferenz erzeugt asymmetrische Werte für das Verarbeitungsmodul. In der einfachsten Variante wird die Signalamplitude mit einem Schwellwert verglichen.

Wird der Schwellenwert überschritten, meldet der Melder dies, indem er ein bestimmtes Signal an die Zentrale sendet. Bei komplexeren Sensoren wird die Dauer der Schwellenüberschreitung und die Anzahl dieser Überschreitungen gemessen. Um die Störfestigkeit des Geräts zu erhöhen, wird eine automatische thermische Kompensation verwendet. Es bietet eine konstante Empfindlichkeit über den gesamten Temperaturbereich.

Die Signalverarbeitung erfolgt durch analoge und digitale Geräte. Die neuesten Geräte verwenden mittlerweile digitale Signalverarbeitungsalgorithmen, was die Selektivität des Geräts verbessert hat.

Die Wirksamkeit des Einsatzes eines IR-Detektors bei Sicherheitsalarmen

Seine Wirksamkeit hängt weitgehend von der richtigen Wahl des Sensortyps und der richtigen Position am Sicherheitsstandort ab. Passive IR-Bewegungssensoren für Straße und interne Benutzung reagieren bei bestimmten Bewegungsgeschwindigkeiten auf die Bewegungen von Objekten, die im Vergleich zum Hintergrund warm sind. Bei niedrigen Geschwindigkeiten sind Änderungen der Infrarotstrahlungsflüsse in benachbarten Sektoren so unbedeutend, dass sie als Hintergrunddrift wahrgenommen werden und nicht auf eine Verletzung der Sicherheitszone reagieren.

Wenn der Eindringling einen Schutzanzug mit hervorragender Wärmeisolierung anzieht, reagiert der IR-Bewegungssensor nicht und es kommt zu keiner Störung des Strahlungsgleichgewichts in benachbarten Bereichen. Die Person verschmilzt mit der Hintergrundstrahlung.

Der Eindringling bewegt sich mit geringer Geschwindigkeit entlang der Strahlen des Bewegungsmelders, wobei er oft schweigt.

Durchflussänderungen reichen nicht aus, um das Gerät auszulösen. Dies gilt insbesondere für Melder mit Tierschutzfunktionen. Sie reduzieren die Empfindlichkeit, um Reaktionen auf das Aussehen von Haustieren zu vermeiden.

Es ist wichtig, den Infrarotsensor richtig zu installieren. Je nach Konfiguration des Gebäudes ist es erforderlich, eine Vorrichtung vom Typ „Vorhang“ zu verwenden, und dies sollte auch erfolgen. Der Hersteller empfiehlt, das Gerät in einer bestimmten Höhe zu installieren, diese muss ebenfalls beachtet werden.

Um die Effizienz von Infrarotsensoren zu steigern, werden sie in Verbindung mit Sensoren verwendet, die nach anderen Prinzipien arbeiten.

In der Regel zusätzlich angegeben Radiowellendetektor mit hoher Empfindlichkeit, was den Prozentsatz an Fehlalarmen reduziert und die Zuverlässigkeit des Sicherheitsalarms erhöht. Beim Einbruchschutz von Fenstern wird zusätzlich ein Ultraschallmelder eingebaut, der auf Glasbruch reagiert.

Abschluss

Allmählich werden IR-Sensoren komplexer, ihre Empfindlichkeit steigt und die Selektivität verbessert sich. Sensoren werden häufig in Smart Home-, Videoüberwachungs- und Zugangskontrollsystemen eingesetzt. Teilen mit verschiedene Geräte verbesserte die Verbrauchereigenschaften von Sensoren. Sie sind für ein langes Leben bestimmt.

Video: Bewegungssensor, Funktionsprinzip

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