Czujniki piroelektryczne IR. Dane referencyjne

Encyklopedia radioelektroniki i elektrotechniki / Materiały referencyjne

 Komentarze do artykułu

Dziś mało kogo dziwią drzwi instytucji czy sklepu, które otwierają się automatycznie na oczach gościa. W większości takich przypadków zbliżanie się człowieka jest „wyczuwane” przez zawieszone nad drzwiami urządzenie wyposażone w piroelektryczny czujnik (odbiornik) promieniowania IR. Takie czujniki są bardzo czułe, trwałe, łatwe w użyciu. Znajdują szerokie zastosowanie m.in. w systemach bezpieczeństwa i przeciwpożarowych, zdalnych miernikach temperatury.

Efekt piroelektryczny (po grecku pyros – ogień) – powstawanie ładunków elektrycznych w kryształach pod wpływem ciepła – znany jest od bardzo dawna, badał go już w XIX wieku znany niemiecki fizyk Wilhelm Roentgen. Efekt jest zbliżony do piezoelektrycznego, ponadto piroelektryki z reguły mają również właściwości piezoelektryczne. W kryształach pochodzenia naturalnego (kwarc, turmalin) efekt piroelektryczny jest raczej słabo wyrażony, ale możliwość istnienia substancji o dowolnie dużym współczynniku piroelektrycznym - stosunek przyrostu ładunku elektrycznego do przyrostu temperatury, który go spowodował, ma teoretycznie pokazano. Stosunkowo niedawno zsyntetyzowano takie substancje należące do klasy ferroelektryków i na ich bazie stworzono czułe sensory.

Typowy obwód czujnika pokazano na ryc. 1. Element czuły B1 to rodzaj kondensatora - płyta piroelektryczna z metalowymi płytkami. Jedna z płytek pokryta jest warstwą substancji zdolnej do pochłaniania promieniowania elektromagnetycznego (termicznego). W wyniku pochłaniania energii temperatura okładki kondensatora wzrasta i pomiędzy okładkami pojawia się napięcie o ściśle określonej biegunowości. Przyłożony do sekcji bramka-źródło wbudowanego tranzystora polowego VT1 powoduje zmianę rezystancji jego kanału. Sygnał wyjściowy jest pobierany z zewnętrznego rezystora obciążenia podłączonego do obwodu drenu tranzystora.

Po pewnym czasie, niezależnie od tego, czy promieniowanie cieplne nadal będzie oddziaływać na czujnik, czy nie, kondensator rozładuje się przez rezystancję upływu R1 - sygnał wyjściowy spadnie do zera. Często czujniki są wyposażone w kilka elementów czujnikowych połączonych szeregowo ze zmienną polaryzacją. Zapewnia to niewrażliwość urządzenia na równomierne promieniowanie tła oraz uzyskanie zmiennego napięcia wyjściowego podczas przesuwania zogniskowanego obrazu obiektu wzdłuż czułej powierzchni czujnika.

Czułość czujnika piroelektrycznego jest zwykle mierzona przy użyciu konfiguracji pokazanej schematycznie na ryc. 2. Jako źródło promieniowania cieplnego wykorzystano symulator ciała doskonale czarnego. Przepływ okresowo, z częstotliwością 1 Hz, jest blokowany przez przepustnicę-wyłącznik, napędzaną silnikiem elektrycznym. Impulsy podczerwieni docierają do czułego elementu czujnika i powodują pojawienie się impulsów napięcia na zewnętrznym rezystorze obciążenia R1. Łatwo zauważyć, że tranzystor polowy czujnika jest tutaj włączany przez wtórnik źródła.

Z pomiarów wynika, że ​​czułość czujnika maleje niemal proporcjonalnie do wzrostu częstotliwości odbieranych przez niego impulsów promieniowania. Powodem tego jest znaczna bezwładność cieplna elementu czujnikowego.

Czujniki przeznaczone do pracy przy dużych różnicach temperatur otoczenia wyposażone są w dwa elementy czułe połączone szeregowo - roboczy i kompensacyjny. Element kompensacyjny może być zamknięty od zewnętrznego strumienia promieniowania, ale znajduje się w takich samych warunkach temperaturowych jak element roboczy.

Charakterystyka czułości widmowej czujnika jest określona zdolnością pochłaniania materiału powłoki piroelektrycznej w określonym zakresie częstotliwości promieniowania elektromagnetycznego. Na koniec jest tworzony za pomocą filtrów optycznych zainstalowanych przed elementem czułym. Typowe charakterystyki czułości widmowej różnych wersji czujników piroelektrycznych przedstawiono na rys. 3.

Czujniki o charakterystyce 1 przeznaczone są do wykrywania płomieni, 2 i 3 najlepiej nadają się do wykrywania ruchu człowieka. Charakterystyka 4 jest optymalna do stosowania w zdalnych miernikach temperatury.

Czujniki piroelektryczne do różnych celów są produkowane przez kilka firm. Poniżej zostaną szczegółowo opisane produkty jednego z nich - Murata Manufacturing Co (Japonia).

Czujniki są umieszczone w cylindrycznej metalowej obudowie z trzema (lub czterema) sztywnymi przewodami z ocynowanego drutu (rys. 4). Na płaskim końcu obudowy, naprzeciw zacisków, umieszczono kwadratowe, prostokątne lub okrągłe okienko, zamykane filtrem przepuszczającym promienie podczerwone. Ten sam rysunek przedstawia układ pinów urządzeń.

Główne parametry techniczne czujników piroelektrycznych serii IRA firmy Murata przedstawiono w tabeli.

Czujniki IRA-E710ST0, IRA-E910ST1, IRA-E420S1 i IRA-E420QW1 mają wbudowane kondensatory blokujące między zaciskami bramki i źródła, a także zaciskami bramki i drenu FET. Korpus przyrządu IRA-E940ST1 zawiera dwa czujniki, każdy z dwoma czułymi elementami. Urządzenie posiada jedno wspólne wyjście oraz połączone wyjście drenażowe, wyjścia źródła tranzystorów są oddzielne.

Typowy schemat zastosowania czujnika piroelektrycznego w urządzeniu alarmowym przedstawia rys. 5. Kondensatory C1 i C2 służą do tłumienia pobudzeń o wysokiej częstotliwości na wyjściach czujnika B1 i powinny być instalowane w jego pobliżu. Kondensatory te nie są potrzebne, jeśli zastosowany czujnik ma już wbudowane.

(kliknij, aby powiększyć)

Wewnętrzny tranzystor polowy czujnika B1 jest podłączony zgodnie z obwodem wtórnika źródła. Jego obciążeniem jest rezystor R1. Wahania napięcia, które występują na nim, gdy nagrzany obiekt porusza się w wrażliwym obszarze, wzmacniają dwa wzmacniacze operacyjne - DA1.1 i DA1.2. Ich całkowite wzmocnienie osiąga szczyt przy 7500 przy 2 Hz, spadając o 3 dB w punktach częstotliwości 0,5 i 5,5 Hz. Jednak bezwładność samego czujnika przesuwa całkowitą szerokość pasma układu czujnik-wzmacniacz znacznie niżej - do 0,06...1,2 Hz.

Gdy tylko amplituda sygnału na wyjściu wzmacniacza operacyjnego DA1.2 przekroczy 0,8 V, komparator DA2.1 jest wyzwalany, jeśli skok napięcia jest dodatni, lub DA2.2, jeśli jest ujemny, w stosunku do pewnego wartość zbliżona do połowy napięcia zasilania (określają to wartości rezystorów R10 i R12). Wyjścia komparatorów (z otwartym kolektorem) są połączone równolegle, więc po wyzwoleniu któregokolwiek z nich zmienia się poziom logiczny na wejściu mikrokontrolera. W wyniku przetworzenia odebranej sekwencji impulsów (mierząc ich czas trwania, zliczając ich liczbę przez określony czas) mikrokontroler generuje sygnał sterujący, który uruchamia element wykonawczy lub jednostkę alarmową.

Aby zwiększyć strefę czułości przestrzennej czujnika, zwykle przed jego okienkiem optycznym instaluje się soczewkę, która skupia promienie podczerwone na płytce piroelektrycznej. Aby uzyskać wachlarzowaty kształt czułego pola widzenia, podobny do przedstawionego w uproszczeniu na rys. 6a, zastosowano strefową soczewkę Fresnela. Składa się z wielu oddzielnych obszarów ogniskowania, z których każdy tworzy własną czułą wiązkę pochodzącą z określonego kierunku. W rezultacie podczas przemieszczania poruszającego się obiektu z jednej wiązki na drugą czujnik generuje napięcie przemienne.

Podobne wachlarzowanie promieni powstaje również w płaszczyźnie pionowej (ryc. 6b). Przy użyciu soczewek Fresnela o specjalnej budowie możliwe jest różnicowanie kształtu płatków w celu uzyskania jak najlepszych warunków do wykrycia obiektu w zadanym polu widzenia.

Oprócz czujników serii IRA Murata produkuje moduły piroelektryczne IMD-B101-01 oraz IMD-B102-01. Wraz z samym czujnikiem moduł taki zawiera wzmacniacz oraz układ kształtowania impulsów odpowiedni do zasilania standardowych elementów logicznych na wejścia (węzeł A3). Schemat blokowy modułu przedstawiono na rys. 7, a rysunek ciała - na ryc. 8.

Pinout modułów różni się niewiele. Oba mają pin 1 - wspólny, ujemny pin zasilania; wyjście 3 - dodatnia moc wyjściowa; pin 4 - wyjście cyfrowe. Ale dla modułu IMD-B101-01 pin 2 jest wyjściem analogowym wzmacniacza sygnału czujnika, a dla IMD-B102-01 jest to wejście sygnału strobującego przełącznika.

Główne cechy modułów:

• Napięcie zasilania, V......2,6...5,5
• Własny pobór prądu, µA......120
• Prąd wyjściowy, mA......1
• Czas trwania impulsów wyjściowych, s......1...3
• Czas regeneracji po uruchomieniu, s, nie więcej......3
• Zasięg wykrywania obiektu, m, bez soczewki......1
• z soczewką Fresnela......5
• Kąt widzenia, stopnie......119x38
• Zakres temperatur pracy, °С......-10...+50

W systemach, które automatycznie włączają światło po wykryciu ruchu w pomieszczeniu, wejście stroboskopowe modułu IMD-B102-01 jest zwykle zasilane sygnałem z fotorezystora reagującego na ogólne oświetlenie. Uniemożliwia to działanie systemu w ciągu dnia.

Autor: A. Sergeev, Moskwa na podstawie materiałów z serwisu murata.com.

Zobacz inne artykuły Sekcja Materiały referencyjne.

Czytaj i pisz przydatne komentarze do tego artykułu.

<< Wstecz

Najnowsze wiadomości o nauce i technologii, nowa elektronika:

Sztuczna skóra do emulacji dotyku 15.04.2024

W świecie nowoczesnych technologii, w którym dystans staje się coraz bardziej powszechny, ważne jest utrzymywanie kontaktu i poczucia bliskości. Niedawne odkrycia w dziedzinie sztucznej skóry dokonane przez niemieckich naukowców z Uniwersytetu Saary wyznaczają nową erę wirtualnych interakcji. Niemieccy naukowcy z Uniwersytetu Saary opracowali ultracienkie folie, które mogą przenosić wrażenie dotyku na odległość. Ta najnowocześniejsza technologia zapewnia nowe możliwości wirtualnej komunikacji, szczególnie tym, którzy znajdują się daleko od swoich bliskich. Ultracienkie folie opracowane przez naukowców, o grubości zaledwie 50 mikrometrów, można wkomponować w tekstylia i nosić jak drugą skórę. Folie te działają jak czujniki rozpoznające sygnały dotykowe od mamy lub taty oraz jako elementy uruchamiające, które przekazują te ruchy dziecku. Dotyk rodziców do tkaniny aktywuje czujniki, które reagują na nacisk i odkształcają ultracienką warstwę. Ten ... >>

Żwirek dla kota Petgugu Global 15.04.2024

Opieka nad zwierzętami często może być wyzwaniem, szczególnie jeśli chodzi o utrzymanie domu w czystości. Zaprezentowano nowe, ciekawe rozwiązanie od startupu Petgugu Global, które ułatwi życie właścicielom kotów i pomoże im utrzymać w domu idealną czystość i porządek. Startup Petgugu Global zaprezentował wyjątkową toaletę dla kotów, która automatycznie spłukuje odchody, utrzymując Twój dom w czystości i świeżości. To innowacyjne urządzenie jest wyposażone w różne inteligentne czujniki, które monitorują aktywność Twojego zwierzaka w toalecie i aktywują automatyczne czyszczenie po użyciu. Urządzenie podłącza się do sieci kanalizacyjnej i zapewnia sprawne usuwanie nieczystości bez konieczności ingerencji właściciela. Dodatkowo toaleta ma dużą pojemność do spłukiwania, co czyni ją idealną dla gospodarstw domowych, w których mieszka więcej kotów. Miska na kuwetę Petgugu jest przeznaczona do stosowania z żwirkami rozpuszczalnymi w wodzie i oferuje szereg dodatkowych funkcji ... >>

Atrakcyjność troskliwych mężczyzn 14.04.2024

Od dawna panuje stereotyp, że kobiety wolą „złych chłopców”. Jednak najnowsze badania przeprowadzone przez brytyjskich naukowców z Monash University oferują nowe spojrzenie na tę kwestię. Przyjrzeli się, jak kobiety reagowały na emocjonalną odpowiedzialność mężczyzn i chęć pomagania innym. Wyniki badania mogą zmienić nasze rozumienie tego, co sprawia, że ​​mężczyźni są atrakcyjni dla kobiet. Badanie przeprowadzone przez naukowców z Monash University prowadzi do nowych odkryć na temat atrakcyjności mężczyzn w oczach kobiet. W eksperymencie kobietom pokazywano zdjęcia mężczyzn z krótkimi historiami dotyczącymi ich zachowania w różnych sytuacjach, w tym reakcji na spotkanie z bezdomnym. Część mężczyzn ignorowała bezdomnego, inni natomiast pomagali mu, kupując mu jedzenie. Badanie wykazało, że mężczyźni, którzy okazali empatię i życzliwość, byli bardziej atrakcyjni dla kobiet w porównaniu z mężczyznami, którzy okazali empatię i życzliwość. ... >>

Przypadkowe wiadomości z Archiwum Archaeopteryx to nie ptak 15.04.2010 Do takiego wniosku doszła międzynarodowa grupa paleontologów, badając pod mikroskopem jeden z dziesięciu okazów tej skamieniałości znanych do naszych czasów. Do tej pory Archaeopteryx, który żył około 150 milionów lat temu, był uważany za pierwszego prymitywnego ptaka. Jednak mikroskopijna struktura kości pokazuje, że są one podobne do kości dinozaurów, a nie ptaków. Ponadto pod względem tempa wzrostu Archaeopteryx jest również bliższy dinozaurom: sądząc po pierścieniowych warstwach kości, osobnik wielkości wrony wyrósł po wykluciu z jaja w 970 dni, podczas gdy ptak osiąga ten rozmiar w dwa miesiące . Archaeopteryx to kolejny przykład małego upierzonego dinozaura. Ptaki pojawiły się miliony lat później.

Inne ciekawe wiadomości:

▪ Rekordowa gęstość chipów DDR5 24 Gb/s

▪ Wojskowe gogle noktowizyjne ENVG-B

▪ System pozycjonowania bez satelitów

▪ Nowe okna regulują temperaturę i światło

▪ Spis ludności w oceanie

Wiadomości o nauce i technologii, nowa elektronika

Ciekawe materiały z bezpłatnej biblioteki technicznej:

▪ sekcja serwisu Jednostki Sprzętu Krótkofalowego. Wybór artykułów

▪ artykuł Samuela Johnsona. Słynne aforyzmy

▪ artykuł W jakim popularnym sporcie kobiety mogą rywalizować z mężczyznami? Szczegółowa odpowiedź

▪ artykuł Filmowiec. Opis pracy

▪ artykuł Elektroniczny flasher. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki

▪ artykuł Szerokopasmowa antena spiralna. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki

Zostaw swój komentarz do tego artykułu:

Wszystkie języki tej strony

Arabic	Hebrew	Polish
Bengali	Hindi	Portuguese
Chinese	Italian	Spanish
English	Japanese	Turkish
French	Korean	Ukrainian
German	Malay	Vietnamese

Strona główna | biblioteka | Artykuły | Mapa stony | Recenzje witryn

www.diagram.com.ua
2000-2024