سنسور مادون قرمز پسیو ( PIR )
۱۳۹۳/۰۷/۲۱ ۸:۰۴:۰۰ بعد از ظهر بدون نظر مقالات آموزشی الکترونیک

“سنسورهای مادون قرمز پسیو” وسایل الکترونیکی هستند که تشعشعات اینفرارد از اجسام و اهداف را در میدان دیدش اندازه گیری می کند. به این سنسورها “سنسورهای PIR” گفته می شود که از مخفف Passive InfraRed sensors گرفته شده است.

در سیستم‌های اعلام سرقت به طور وسیع از سنسورهای حرکتی که در بازار با نام رادار یا چشمی از آن‌ها نام برده می‌شود کاربرد دارند. این سنسورها امروزه با تنوع وسیعی و کیفیت گوناگون در بازار یافت می‌شوند.

هر جسمی که دمای آن بالاتر از صفر مطلق یعنی ۲۷۳ درجه زیر صفر باشد از خودش انرژی از جنسامواج نوری ساطع می‌کند. میزان این انرژی که از جسم منتشر می‌شود وابسته است به:

  • اختلاف دمای سطح جسم با دمای محیط
  • میزان دمای خود جسم
  • میزان انعکاس نور از جسم
  • ابعاد فیزیکی جسم
  • میزان تولید انرژی داخلی (فعالیت و متابولیسم) و طول موج این نور وابسته به دمای جسم می‌باشد.

بخش زیادی از این انرژی که از جسمی تابش می‌کند از نوع مادون قرمز است که مربوط به بخش نامریی طیف امواج الکترومغناطیس می‌باشد. در یک دفتر اداری معمولی سطح تمام اجسام، دیوارها، کف، چراغ‌ها و ….. نور مادون قرمز از خود انتشار می‌دهند از آنجا که دمای سطح اجسام اطراف با دمای محیط به هم نزدیک می‌باشد هر دو تقریباً در یک طول موج انتشار دارند. هنگامی که کسی در اتاق حضور ندارد و یا فردی در آن حرکت نمی‌کند الگوی انتشار این انرژی از جهت قدرت و جهت ثابت است. حال اگر فردی به اتاق وارد شود این الگو به دو شکل به هم می‌ریزد. بدن فرد بین انعکاس و انتشار امواج توسط محیط مانع ایجاد می‌کند. بدن فرد انرژی مادون قرمز خود را می‌تابد که باعث افزایش میزان این انرژی در اتاق می‌شود. در صورتی که او حرکت کند به میزان قابل توجهی روی برخی از اجسام سایه ایجاد می‌کند و روی برخی دیگر از اجسام اثر تقویت کننده دارد. همچنین در منطقه‌ای که انرژی مادون قرمز افزایش یافته است دما نیز بالاتر می‌رود سنسورهای مادون قرمز تغییراتی که به واسطه حضور فرد در میزان انرژی در محیط ایجاد می‌شود را تشخیص می‌دهند. و شامل بخش‌های زیر می‌باشند. یک سنسور که نسبت به نور مادون قرمز دریافتی عکس‌العمل‌ نشان می‌دهد و آن را به میکرو ولت تبدیل می‌کند. یک لنز که اطمینان می‌دهد نور مادون قرمز از مناطق مجزایی که از هم فاصله دارند و از بین آن‌ها نوری دریافت نمی‌شود گرفته می‌شود.

یک مدار الکترونیکی که تغییرات ولتاژ ناشی از انرژی مادون قرمز که به دلیل حرکت جسم در مقابل زون‌ها می‌باشد را در یک زمان معین اندازه می‌گیرد و نسبت به آن عکس‌العمل نشان می‌دهد. سنسور مادون قرمز فقط به دمای ناشی از بدن انسان یا حیوان خونگرم که در محدوده ۸-۱۴mm است عکس‌العمل نشان می‌دهد و طول موج‌های دیگر انرژی مادون قرمز مربوط به چراغ‌ها، نور خورشید، تجهیزات گرم کننده و غیره را به منظور کاهش نویز جهت تشخیص حضور یک فرد در محدوده خود مشخص می‌کند.

سنسور اصلی یک PIR، یک قطعه فوق‌العاده حساس نسبت به نور مادون قرمز است که داخل یک کپسول کاملاً بسته قرار گرفته است. هر نور مادون قرمزی که به سطح سنسور بتابد در مشخصات الکتریکی سنسور تغییر ایجاد می‌کند. این تغییر توسط یک مدار الکترونیکی آشکار گردیده، تقویت شده و می‌تواند منجر به بروز یک آلارم در خروجی PIR شود. بالا رفتن تکنولوژی PIR منجر به اضافه کردن مزایا یا جبران‌سازی در بخش‌های زیر گردیده است.

مشخصات پس‌زمینه:

• دمای سطوح غیر مهم

• شدت تغییرات لازم برای فعال شدن آلارم

• طول زمان لازم برای تغییرات

• یکسان کردن اثر تغییرات در تمام زاویه دید

 

مشخصات هدف:

• طول موج مادون قرمز تولید شده توسط تجهیزات معمولی درون اتاق در دمای ۱۲Cبرابر ۱mm، نور خورشید ۲٫۷mm و یک انسان ۱۰-۱۴mm یا بیشتر است.

• ابعاد واقعی جهت تحریک آلارم و حذف اثر پرسپکتیو ( یک حیوان کوچک در نزدیکی PIR اثر یک انسان در فاصله دورتر را دارد.)

• اختلاف دمای بین انسان و سطوح گرمازای دیگر

• سرعت جابجا شدن در مقابل PIR تمام سنسورهای PIR

برای تشخیص حرکت از یک مفهوم اختلاف بین حضور و عدم حضور استفاده می‌کنند که سبب می‌شود بین حضور یک انسان با امواج RFI و EMIمنتشره از منابع دیگر تفکیک قائل شود. برای رسیدن به این نتیجه صفحه سفید رنگ مقابل سنسور دارای الگویی است که تحت زاویای خاصی امواج مادون قرمز از فرد مقابل دستگاه به سنسور نمی‌رسد اما تحت زوایای دیگر این نور مستقیماً به سنسور می‌رسد. برای واضح‌تر شدن مسئله شما فرض کنید که یک ورقه کاغذ که در آن سوراخ‌هایی با فواصل معینی تعبیه شده است مقابل چشم خود قرار داده‌اید در این حالت اگر فردی از مقابل شما عبور کند در بعضی از محل‌ها یا زوایا او را نمی‌بینید اما در برخی دیگر از زوایا او را می‌توانید مشاهده کنید. زوایایی که در آن‌ها فرد را نمی‌بینید زون مرده و زوایای دیگر را زون می‌نامیم. به عبارت دیگر وقتی فرد در یک زون مرده قرار می‌گیرد نور تابشی از بدن او به سنسور نمی‌رسد ولی وقتی در مقابل یک زون قرار می‌گیرد گرمای تابشی بدن او توسط لنز محسوس می‌باشد. زون‌ها دارای انواع گوناگونی از ساده تا پیچیده جهت کاربردهای یا حساسیت بالا می‌باشند.

۱- زون تک واحدی

۲- زون دوقلو

۳- زون دو لبه

۴- زون چهار لبه

۵- زون هشت لبه

انواع یک و دو امروزه غیر متداول بوده و ممکن است در ارزان‌ترین نوع سنسورها جهت مناطقی که از درجه امنیتی بسیار پایینی برخوردارند مناسب می باشد. زیرا برای ایجاد آلارم فرد می‌بایست حداقل از مقابل یک زون مرده و دو زون معمولی در زمان معینی عبور نماید. در زون نوع دو وجهی هر زون فعال به دو بخش به صورت عمودی تقسیم می‌شود. که یکی بخش یا لبه مثبت و دیگری بخش یا لبه منفی نامیده می‌شود.

برای تحریک کافی است فرد در زمان معینی در یک زون از لبه مثبت به لبه منفی برود و یا بر عکس این وضعیت منجر به بالا رفتن حساسیت سنسور می‌شود. بعضی PIRها از الگوی معینی برای تحریک شدن پیروی می‌کنند که مزایای زیر را دارد:

• کاهش آلارم‌های خطا ناشی از اثرات محیطی که ثابت می‌باشند اما انرژی گرمایی شبیه بدن انسان تولید می‌کنند مثل آتش و غیره

• کاهش آلارم‌های خطا ناشی از اشیاء متحرکی که خصوصیات حرکت انسان را ندارد. (مثل تغییر نور خورشید ناشی از سایه و روشن شدن، حرکت سطوح داغ و غیره

خیلی از سیستم‌ها امکان ثبت تمام رخدادها را دارند حتی آن‌هایی که منجر به بروز آلارم نشده‌اند. این امکان به مهندس نگهدار سیستم اجازه تصمیم‌گیری در مورد علل رخداد مشکلات پیش ‌آمده را می‌دهد.

زون‌های چهار لبه و هشت لبه:

در این زون‌ها هر زون به چهار یا هشت بخش تقسیم می‌شود. اما در آن‌ها مفهوم عبور از یک خط به مفهوم حضور در بخش تغییر می‌یابد. در یک زون چهار لبه زون به چهار بخش مستطیلی دو تا در بالا و دو تا در پایین تقسیم می‌شود. دو بخش بالایی را A و دو بخش پایینی را Bنامگذاری می‌کنند. A به دو بخش A- و A+ و Bبه دو بخش B- وB+متناظربا هر بخش تقسیم می‌شود. در حالت عددی یک پروسسور نور مادون قرمز جذب شده در هر بخش را که با دو شرط بالاتر بودن از یک میزان حداقل و در یک بازه زمانی معینی صورت می‌گیرد را آشکار می‌کند و از معادله زیر استفاده می‌کند.

½A+B½-½A-B½=۰

اگر نتیجه صفر باشد هیچ آلارمی رخ نداده است خطوط افقی به معنی قدر مطلق است و حاصل A+B یا A-B را همیشه بدون علامت (مثبت) در نظر می‌گیرد. فرض کنید یک موش کوچک در زون شماره یک ظاهر می‌شود و انرژی گرمایی مادون قرمزی به میزان ۲mJ (دو میکرو ژول) در +B1 ایجاد می‌کند. موقعیت حضور بدن موش در کجای زون هیچ اهمیتی ندارد فقط مهم این است که وارد این بخش گردیده است. هیچ یک از بخش‌های دیگر حضور موش را تشخیص نداده‌اند. پردازشگر معادله را به صورت زیر محاسبه می‌کند.

½۰+۲½-½۰-۲½=½+۲½-½-۲½=۲-۲=۰

بنابراین هیچ آلارمی ایجاد نمی‌شود. فردی را در نظر بگیرید که بدن خود را پوشانده است. برای جلوگیری از تحریک شدن سنسور روی زمین می‌خزد اما مطابق معادله زیر آلارم ایجاد می‌شود. زیرا:

½۱+۳½-½۱-۳½=½۴½-½۲½=۴-۲=۲=alarm

بنابراین یک پردازشگر معادله مذکور را یه صورت دائم محاسبه می‌کند و تعیین می‌کند:

• در کدامیک از بخش‌های چهارگانه حضور شیء تشخیص داده می‌شود.

• مقدار معادله در مورد آن قابل توجه است یا خیر.

• آیا ثابت ایستاده یا به زون بعدی تغییر مکان داده است.

حال یک سئوال مطرح می‌شود: ‌اگر موش آنقدر به سنسور نزدیک باشد به طوری که تمام بخش‌های یک زون را بپوشاند آیا آلارم رخ می‌دهد. مثلاً فرض کنید که این موش دقیقاً روی سنسور برود در این حالت:

½۲+۲½-½۲-۲½=½۴½-½۰½=۴-۰=۴=alarm

پاسخ به این سوال این است بلی و نه اگر آشکارساز حرکت دارای قابلیت تشخیص پوشیده شدن سطح سنسور را داشته باشد سیگنال آلارم ایجاد می شود و این وضعیت را به عنوان تلاش برای از کار انداختن عملکرد سنسور در نظر می‌گیرد .

در زون‌های هشت‌گانه هر زون به هشت بخش یا چهار زوج تقسیم می‌شود که هر زوج یک محدوده ورودی در مقابل فرد را می‌پوشاند. این وضعیت اجازه پوشش ۳۶۰ درجه بدون پردازش‌ها یپیچیده‌تر را می‌دهد. به طور خلاصه مزایای سنسورهای چهارلبه به قرار زیر است:

• آلارم خطای بسیار پایین در مقابل حضور افراد با درجه متفاوت

• قدرت تشخیص منابع تولیدکننده انرژی که موجودیت غیر انسانی دارند.

قابلیت تشخیص پس زمینه و هدف حتی اگر در یک طول موج انتشار داشته باشند. که باعث می‌شود سعی در ایجاد شیلد توسط فرد جهت فریب سنسور را کاهش دهد. معادله مذکور قدرت تقویت مقادیر را دارد برای مثال:

½۰٫۵+۰٫۵½-½۰٫۵-۰٫۵½=½۱½-½۰½=۱

قدرت پردازش بیشتر امکان بررسی چندباره و بالا رفتن دقت بدون از دست دادن زمان را می دهد. سنسور PIR اغلب به عنوان قسمتی از مدارات مجتمع ساخته می شود و ممکن است شامل یک، دو، سه یا چهار “پیکسل”، شامل مساحتهای مساوی از مواد گرما برقی باشد. ممکن است سنسورها را به صورت جفتهائی به ورودیهای مخالف تقویت کننده های تفاضلی متصل کنند. در چنین ترکیبی اندازه گیریهای PIR ها یکدیگر را خنثی کرده و در نتیجه اندازه متوسط دمای میدان دید از سیگنال الکتریکی برداشته می شود. این به سنسور اجازه می دهد تا در مقابل آشکارسازی خطا که ناشی از تشعشعات نوری یا روشنائی های بزرگ است، مقاومت کند. نورهای روشن پیوسته می تواند این سنسور را اشباع کرده و باعث می شود تا سنسور نتواند اطلاعات بیشتری را ثبت کند. در عین حال این ترکیب تفاضلی، تداخل مد مشترک را مینیمم می کند که مانع از راه اندازی ناشی از میدانهای الکتریکی نزدیک به وسیله می شود. به هر حال این ترکیب نمی تواند دما را اندازه گیری کند و مختص آشکارسازی اشیاء متحرک است.

 

برچسب ها

Leave a Reply

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *