Линза Френеля и ее роль в датчиках движения
Несмотря на разнообразие инфракрасных датчиков движения, практически все они одинаковы по своей структуре. Основным элементом в них является пироприемник, или пиродетектор, который включает в себя два чувствительных элемента.
Зона обнаружения пироприемника – два узких прямоугольника. Чтобы увеличить зону обнаружения с одного луча прямоугольной формы до максимально возможного значения
и повысить ее чувствительность, используются собирающие линзы.
Собирающая линза по форме выпуклая, она направляет падающие на нее оптические лучи в одну точку F – это главный фокус линзы. Если использовать несколько таких линз, зона обнаружения увеличится.
Использование сферических выпуклых линз утяжеляет и удорожает конструкцию устройства. Поэтому в инфракрасных датчиках движения и присутствия используется линза Френеля.
Линза Френеля. История создания
Французский физик Огюст Френель в 1819 году предложил свою конструкцию линзы для маяка.
Линза Френеля образована от сферической линзы. Последнюю разделили на множество колец, уменьшенных по толщине. Так получилась плоская линза.
Благодаря такой форме, линзы начали изготавливать из тонкой пластиковой пластины, что позволило применять их в осветительных устройствах и датчиках движения и присутствия.
Линзы датчика состоят из множества сегментов, представляющих собой линзы Френеля. Каждый сегмент сканирует определенную область зоны охвата датчика. Формы линз датчиков движения определяют форму зоны обнаружения.
Например, у потолочных устройств форма линз – полусфера, соответственно зона обнаружения 360 градусов. У устройств с цилиндрической формой линз она обычно составляет 110-140 градусов. Есть и квадратные формы зон обнаружения.
Линейка инфракрасных датчиков движения и присутствия компании B.E.G имеет высококачественные линзы Френеля, которые обеспечивают отличные параметры обнаружения.
Линза в датчике движения играет важную роль и без нее устройство не может функционировать правильно.
ИК датчик движения: Принцип срабатывания, чувствительность, оптические элементы, пироприемник и помехи, блок обработки, защита от помех, типичная модель
Детекторы движения это основа системы безопасности, их тип и технические характеристики определяют уровень ее эффективность и сложность несанкционированного проникновения.
Наиболее распространенными детекторами, применяемыми в системах сигнализации, являются пассивные инфракрасные датчики движения.
Их основная функция – объемный контроль охраняемого пространства всего помещения.
Принцип и условия срабатывания
Устройство регистрирует динамику изменения теплового излучения объекта и общего фона. Мониторинг осуществляется за определенный промежуток времени.
Для срабатывания необходимо совмещение определенных условий. Во-первых, изменение положения объекта в пространстве, контролируемом детектором.
Во-вторых, траектория должна проходить перпендикулярно направлению ИК-излучения, генерируемого устройством.
В-третьих, расстояние от источника излучения должно быть достаточным для его уровня восприятия, то есть он должен определить температурную разницу между объектом (с учетом одежды) и окружающим фоном.
Чувствительность
Основной сканирующий элемент устройства — пироприемник, имеет сдвоенную структуру, и поэтому в плоскости излучения происходит парное расщепление каждого луча.
Исходя из особенностей строения различных моделей инфракрасных датчиков движения, зоны чувствительности различных моделей могут иметь разную конфигурацию. Это могут быть точечные лучи, направленные в небольшой угловой сегмент, формирующие отдаленную точку детекции.
Несколько таких лучей расположенных, горизонтальной или вертикальной плоскости формируют «вертикальный барьер» или «сканирующую поверхность», она может быть горизонтальной или иметь наклон.
Одиночный широкий луч, испускаемый в горизонтальной, или вертикальной плоскости формирует «сканирующий занавес».
Мобильное видеонаблюдение может передавать данные через Wi-Fi, GSM, 3G и 4G сети или CDMA. При этом ключевым параметром, влияющим на эффективность работы системы, является скорость доступа к сети интернет.
Сигнал, который передают камеры, кодируется и преобразовывается в один из форматов поддерживаемый устройством. После чего записывается на HDD диск. Подробнее о системе записи видеонаблюдения читайте тут.
Кроме того, интенсивность генерируемого излучения влияет на протяженность сканируемой зоны срабатывания. Обзорный сектор может составлять от 300 до 1800 для настенных детекторов и круговой – 3600 для потолочных моделей. Так же возможна регуляция количества лучей, и угла их наклона, до 900.
Такое разнообразие обусловлено требованиями к эксплуатации в различных условиях и высоком уровне эффективности, который должен обеспечивать равномерную чувствительность детектора по всему охраняемому объему срабатывания.
Оптические элементы
Чувствительность детектора зависит от процента перекрытия площади луча. Соответственно на расстоянии 15-20 м для выявления объекта размером с человека необходим луч шириной не более 100.
Но при приближении к устройству уровень чувствительности будет возрастать, и с расстояния 5 м тревогу может поднять обычная мышь.
Для распределения равномерности чувствительных зон оптические элементы формируют несколько секторов излучения с различной шириной и направлением под разными углами. Само устройство, как правило, крепиться немного выше человеческого роста.
Следовательно, весь объем зоны обнаружения, разбит на несколько секторов, с различной степенью чувствительности лучей, подобранных таким образом, чтобы общая чувствительность устройства не изменялась от удаления или приближения к нему.
 | Линза Френеля — это полимерная пластинка или полусфера, на поверхности которой отштампованы целиком или сегментарно призматические линзы. Этот элемент применяется в большинстве моделей, так как имеет ряд преимуществ, среди которых: Такая система может быть настроена более точно, что дает возможность увеличения ее чувствительности на дальних дистанциях до 60%. Кроме того, сегментная структура позволяет легче настроить защиту ближней «саботажной» зоны. Современные высокоэффективные модели используют комбинацию обеих систем, где линза Френеля контролирует среднюю зону, а устройства зеркальной оптики дальние подходы и саботажную зону. Пироприемник и помехи
В таких датчиках используются пары, а в некоторых моделях две пары пироэлектрических элементов. Это позволяет снизить количество ложных срабатываний, которые вызывает простое повышение температуры в помещении. В парных пироприемниках срабатывание происходит только когда пересекаются один из лучей, обработка происходит по дифференциальному алгоритму, вычитая сигнал одного пироэлемента из сигнала другого. Основные виды помех, которые могут вызвать ложное срабатывание встраиваемых ИК датчиков движения: Блок обработки
Алгоритм обработки основан на анализе формы, длительности и величины сигнала. Сигнал от человеческой фигуры является симметричным и двухполярным, в отличие от шумовых несимметричных сигналов. Величина сигнала – основной параметр, по которому происходит анализ поступающего импульса. В недорогих моделях БО анализируют только его, сравнивая с пороговым показателем и подсчитывая количество срабатываний. После превышения определенного числа за единицу времени включается сигнал тревоги. Такой метод несовершенен и приводит к большому количеству ложных срабатываний от вибраций или электромагнитных помех. В более дорогих датчиках дополнительно анализируется полярность и симметрия формы поступающего сигнала. Методы защиты детекторов движения от помех
Некоторые модели детекторов имеют специальную линзу, с зоной нечувствительности до 1 м от пола, что вполне достаточно для небольших домашних животных. Для защиты от электромагнитных помех используется экранирование. Наиболее эффективные методы защиты от ложных срабатываний заключены в правильной настройке чувствительности и алгоритмах обработки внешних сигналов. Одной из таких функций является термокомпенсация, которая автоматически повышает чувствительность датчика, когда температура окружающей среды находится в диапазоне 25-350С. Дополнительно применяется функция антимаскинга, которая предупреждает о заклеивании поверхности линзы датчика.
Направлением развития новых систем видеонаблюдения является применение технологий позволяющих расширить угол съемки. Подробнее о новых системах видеонаблюдения читайте в этой статье. Так же практически все современные модели оборудованы реле вскрытия, которое сигнализирует о взломе устройства. Типичная бытовая модель со средним функционалом
Оптика – гибридная цилиндро-сферическая линза с сегментами линз Френеля с углом обзора 1020. Диаграмма направленности рассчитана на обеспечение равномерной чувствительности по всему контролируемому объему. Super Creep Zone – функция контроля саботажной зоны. Цифровая блокировка детекции животных до 16 кг. Двухуровневый подсчет импульсов по алгоритму APSP. Автокомпенсация температуры. Автоматическая цифровая регулировка чувствительности 5ти уровней. Защита от вскрытия – твердотельное реле. Датчики такого типа можно использовать не только в системах безопасности или контроля доступа, но и в устройстве автоматического включения освещения, и системы раннего оповещения и т. д. Ремонтируем датчик движения своими руками
Датчики движения (далее — ДД) получили мировое признание в 90-х годах прошлого века. Своим появлением на рынке радиотехники универсальные приборы решили важную проблему экономии электроэнергии и существенного продления «жизни» осветительных приборов. Сегодня бытовые детекторы инфракрасного излучения массово применяются для освещения придомовых территорий, подъездов, лестничных клеток и помещений различного назначения. Однако, устройства в процессе эксплуатации могут поломаться. Многих начинающих домашних мастеров интересует, насколько возможно сделать ремонт датчика движения своими руками. Что нужно знать и уметьПрежде чем начать чинить электроприбор, нужно проверить его на исправность. Для этого надо знать его устройство, расположение узлов деталей и схему подключения. Если датчик был установлен предыдущим хозяином, то следует изучить паспортные данные. В документации даётся подробная инструкция по установке и регулировке, а также схема подключения прибора к электросети и светильнику. В случае отсутствия таковых, всё можно найти в интернете по марке ДД.
Как работает ИК детекторПринцип работы инфракрасного датчика движения построен на фиксации линзой Френеля изменений плотности теплового излучения, контролируемого пространства. Пока инфракрасный фон помещения стабилен, датчик находится в режиме ожидания. Как только в комнату входит человек, уровень теплового излучения меняет баланс в сторону увеличения ИК потока. Это вызовет изменение сопротивления в линзе, что даст сигнал на реле, которое в свою очередь включит свет. Когда перемещения людей в комнате прекратятся, произойдёт обратный процесс, и тогда в помещении гаснет свет. Принцип работы ИК датчика:
Чем может быть вызван сбой в работе ДДНадо выяснить, после чего возникли неполадки. Это может произойти после: Правильная установка угла обзора:
Для выявления причин, почему не работает датчик движения, разберем его. Подключение ДД через колодки:
Визуально-тактильная диагностикаРемонт датчиков движения может ограничиться выявлением повреждённых радиодеталей и их заменой в результате визуально-тактильной диагностики инфракрасного датчика. Прибор разбирают и помещают на рабочий стол под свет настольной лампы, вооружаются лупой: Проверяют целостность радиоэлементов. Не должно быть вздувшихся ёмкостей, потемневших, треснувших и шатающихся элементов. Запах чего-то горелого будет свидетельствовать о наличии сгоревших деталей. На плате они явно видны. Может прогореть дорожка платы. Треснувшие, горевшие и надломанные канавки восстанавливают напайкой перемычек. Анализ происшедшей поломки поможет избежать дальнейших сбоев в работе детектора.
Нужно проверить пайку всех радиоэлементов. При тактильном обследовании выявляют плохо закреплённые элементы на плате, их снова пропаивают. Все подозрительные детали меняют на новые элементы. Распространённые неисправности и как их ликвидировать Не включается светильникЕсли ДД не включает свет, то нужно проверить поступление тока на слаботочную плату. Это легко сделать с помощью тестера. Убедившись в наличии напряжения на входе этой схемы, переходят к настроечным регуляторам. Обычно на корпусе прибора находятся три винта с обозначениями: Винты настроек ИК детектора:
Прибор подключают к сети и к лампе 40-60 Вт. Настроечные винты выводят в крайнее максимальное положение, постепенно уменьшая значения всех трёх регулировок. Этим добиваются оптимального режима работы. Можно корректировать настройки в обратном направлении от минимальных значений. Регулировки на корпусе потолочного детектора:
В случае отсутствия какой-либо реакции прибора, проверяют питание силовых цепей. Тестируют реле, то есть, устанавливают наличие напряжения на его катушке. В целях безопасности проверку проводят при полностью отключённой слаботочной плате. Далее замыкают базу с эмиттером транзистора и убеждаются в его закрытии, при этом реле должно быть выключено. Через резистор базу подключают к постоянному напряжению, при этом транзистор должен открыться и реле сработает. Если никаких вышеуказанных процессов не происходит, то транзистор подлежит замене. Датчик не выключает светВ этом случае сначала обращаются к регулировке настроек. Можно попытаться отремонтировать датчик путём регулировки винтами SENS и TIME. Из-за неправильной настройки этих параметров, освещение вполне может не гаснуть. Дело в том, что если поворотный рычаг выставить в крайнее правое положение, то реле перестанет размыкать цепь питания светильника.
Нарушение режима работы ДД может возникнуть из-за появления остаточной нагрузки. Тогда восстанавливают работоспособность прибора путем его отключения от электросети на 10-15 секунд. Если причина в этом, то датчик заработает в первоначальном режиме. Если детектор по-прежнему не отключает свет — проверяют работу реле. В случае выявления дефекта в этой детали, её заменяют новым устройством. Ложное срабатываниеСо временем инфракрасный датчик может начать «самостоятельную жизнь». Независимо от того, есть ли движение в помещении или нет, он самопроизвольно включает и выключает освещение. Ложные срабатывания могут быть вызваны как прямыми, так и косвенными причинами. Это могут быть мощные тепловые потоки, исходящие от различного обогревательного оборудования, или струи холодного воздуха кондиционеров. Поэтому при установке прибора следует избегать близкого соседства с системами вентиляции и кондиционирования. На мультилинзу не должны попадать прямые солнечные лучи, которые могут сбивать настройки детектора. Принцип работы ИК детектора:
Вызывать непроизвольные выключения или наоборот включения освещения, может чрезмерное загромождение зоны обзора прибора мебелью или другими габаритными предметами. Также повышенная чувствительность ДД будет причиной его срабатывания от перемещения домашних животных и даже летающих попугайчиков. Чтобы этого не происходило, датчик устанавливают в месте максимального доступа ко всему внутреннему пространству помещения и уменьшают уровень чувствительность поворотом винта SENS против часовой стрелки. Неправильная ориентация датчикаВ сопроводительной документации датчика движения, изготовитель обычно указывает ориентацию детектора движения в пространстве помещения. Горизонтальное устройство сделано в виде объёмного тороидального диска, которое крепят к потолку. Обзор ДД составляет 3600. Установка его довольна проста и не вызывает сложностей.
Угловые и настенные модификации требуют правильной ориентировки. Если помещение имеет два дверных проёма в смежных стенах, то устанавливают угловые модели. В остальных случаях устройство вешают на одну из стен, но не напротив окон. Прямые солнечные лучи могут пагубно сказаться на состоянии фотоэлементов. Неправильная установка ДД может создать «мёртвые» зоны, где прибор не будет реагировать на появление человека. Поэтому нужно потратить некоторое время на хождение по комнате во время наклонов и поворотов головки с целью оптимального диапазона обнаружения и дальности действия прибора. Если помещение представляет в плане Г-образную комнату или коридор, то целесообразно устанавливать два датчика. Они должны быть повёрнуты максимально друг к другу, чтобы не оставалось «мёртвых» зон. Также важно, чтобы светильники не попадали в сферу обнаружения. Световой поток не должен попадать на мультилинзы детекторов движения. При покупке датчика движения для освещения, лучше обращать внимание на брендовые устройства и не гнаться за дешевизной. Качественные датчики не станут причиной короткого замыкания и прослужат не один десяток лет. Если отсутствует опыт и знание радиотехники, то лучше не браться за ремонт своими руками, а отдать отремонтировать поломанный прибор профессионалам. Видео по теме
Самодельная Френель как создать большую линзу-заменитель френели#1 |
PhenoMen 
