Google+

Czujniki PIR (ang. Passive Infra Red) stanowią elektroniczne detektory przeznaczone do wykrywania ruchu. Są one nieodzownym elementem systemów alarmowych, a także instalacji automatycznego załączania oświetlenia, wentylacji itp.

Fot. 1. Jako główne elementy czujnika PIR należy wymienić pyroelement (detektor
podczerwieni) na bazie azotku galu (GaN) lub azotanu cezu (CsNO3) i
soczewkę Fresnela lub lustro. Fot.: BoschFot. 1. Jako główne elementy czujnika PIR należy wymienić pyroelement (detektor podczerwieni) na bazie azotku galu (GaN) lub azotanu cezu (CsNO3) i soczewkę Fresnela lub lustro. Fot.: Bosch

Wykrywanie ruchu w urządzeniach tego typu bazuje na zmianie promieniowania podczerwonego, które emitowane jest przez obiekty o temperaturze wyższej od otoczenia. W efekcie czujnik podczerwieni w pierwszej kolejności mierzy promieniowanie podczerwone (IR), które jest emitowane przez obiekty w polu widzenia bez obecności ludzi. Następnie wykrywany jest ruch gdy w polu widzenia znajdzie się źródło podczerwieni o innej temperaturze (np. człowiek).
Jako główne elementy czujnika PIR należy wymienić pyroelement (detektor podczerwieni) na bazie azotku galu (GaN) lub azotanu cezu (CsNO3) i soczewkę Fresnela lub lustro. Dla wyeliminowania tzw. fałszywych alarmów zastosowanie znajdują specjalne algorytmy. Istotne jest, że czujniki PIR nie są wrażliwe na przedmioty nie emitujące ciepła lub emitujące go zbyt mało, np. w efekcie zastosowania izolacji termicznej.

Cechy i parametry

Jako istotną cechę detektorów ruchu i obecności PIR należy wymienić przede wszystkim bardzo dobrą skuteczność wykrywania na określonym obszarze. W niektórych modelach przewidziano funkcję odporności na zwierzęta domowe (20kg), która może być załączona i wyłączona w zależności od obecności zwierząt domowych w otoczeniu. Kluczową rolę odgrywa dynamiczna kompensacja temperaturowa zapewniająca wysoki poziom skuteczności wykrywania niemal w dowolnych warunkach. Przydatne rozwiązanie stanowi wbudowana poziomica pęcherzykowa ułatwiająca montaż czujnika.
W typowym czujniku PIR pobór prądu wynosi około 10 mA przy napięciu 12 VDC. Napięcie robocze to 9-15 VDC. Z kolei temperatura pracy mieści się pomiędzy -30 a 55°C, natomiast materiał wykonania obudowy najczęściej stanowi ABS lub poliwęglan. Dla zapewniania najwyższego poziomu odporności na zakłócenia alarmy i ustawienia przekazywane są na bezpiecznych częstotliwościach w zakresie od 150 kHz do 2 GHz przy natężeniu pola poniżej 30 V/m. Na wyjściu czujnika najczęściej uwzględniany jest przekaźnik.
Kluczową rolę odgrywa możliwość montażu na słupie i na ścianie bez konieczności stosowania dodatkowych adapterów. Nowoczesne czujniki są przystosowane do ewentualnej rozbudowy i poszerzenia funkcji. Wykrywanie prób sabotażu obejmuje nie tylko czujnik ale również uchwyt kablowy. Ważna jest możliwość instalacji oraz konfigurowania przez jedną osobę przy zastosowaniu specjalnego narzędzia z możliwością bezprzewodowego parametryzowania za pomocą aplikacji zainstalowanej na tablecie lub smartfonie. Warto zwrócić uwagę na zintegrowane zarządzanie okablowaniem a więc nie ma widocznych kabli.
Istotne jest załączanie w punkcie sinusoidy prądu przez co zyskuje się minimalne obciążenia startowe styków oraz ochronę źródeł światła. W niektórych modelach czujników prostokątne pola detekcji pozwalają na łatwiejszy dobór do kontrolowanych pomieszczeń. Istotny jest przy tym pomiar światła mieszanego dla czujników obecności umożliwiający realizację stałego natężenia oświetlenia w pomieszczeniach z uwzględnieniem światła naturalnego (Constant Ligth Control). Trzeba podkreślić szereg inteligentnych funkcji chociażby w postaci automatycznego uczenia się czasu opóźniania na podstawie charakteru rejestrowanych ruchów. Kluczowe miejsce zajmuje przy tym możliwość zapisania bieżącej wartości Luxów jako progowej dla załączania czujnika. Niektóre modele czujników wyposażono w piloty zdalnego programowania i przełączania. Niejednokrotnie zastosowanie znajdują wersje czujników przeznaczone do montażu na znacznych wysokościach (do 10m) i na długich korytarzach.

Czujniki wolumetryczne i kurtynowe

W zakresie czujników PIR wyróżnić można urządzenia wolumetryczne i kurtynowe. Dzięki czujnikom wolumetrycznym jest możliwe zapewnienie ochrony większych powierzchni. Ich istotą jest detekcja na mniejszych odległościach jednak przy większej szerokości pola detekcji. W efekcie urządzenia tego typu są nieodzownym elementem systemów ochrony rozległych terenów takich jak chociażby place wokół fabryk i magazynów czy też parkingi. Istotną rolę odgrywa dodatkowy czujnik, dzięki któremu wykrywane są osoby znajdujące się w martwej strefie. Wykrywany obiekt może znajdować się do ośmiu metrów przed czujnikiem lub 1 metr za nim.
Z kolei maksymalny zasięg działania czujników kurtynowych wynosi do 220 m. Ważne jest, że obszar detekcji przy długich zasięgach cechuje się stosunkowo niewielką szerokością wynoszącą zaledwie 2-3 metry. W efekcie nie ma potrzeby wytyczania bardzo szerokiej strefy w przypadku ochrony obwodowej.

Ochrona przed fałszywymi alarmami i sabotażem

W nowoczesnych czujnikach stawia się na techniki cyfrowego przetwarzania sygnałów (DSP) oraz adaptację progu wyzwalania co zapewnia bardzo niski wskaźnik niechcianych alarmów. Dzięki trójwymiarowej ochronie przed manipulacją, uwzględniającą również wbudowany żyroskop, wykrywane jest powolne obracanie. Oprócz tego w nowoczesnych czujnikach zastosowanie znajduje detektor maskowania. Z kolei dzięki znacznej wysokości montażowej, niejednokrotnie wynoszącej 4 m, ryzyko wystąpienia wandalizmu jest zmniejszone. Na uwagę zasługuje dyskryminacja kierunkowa (alarmy na ruchu z prawej do lewej strony lub odwrotnie) przez co zredukowano ilość fałszywych alarmów. Możliwość stabilnej pracy w szerokim zakresie temperatur mieszących się pomiędzy -40° a 60° C uzyskano dzięki grzałce oraz odpornej płytce krzemowej na froncie czujki.
Kluczowe miejsce zajmuje wykrywanie czołgania, chodzenia lub biegania w zakresie prędkości od 0,2 do 5 m/s.

Czujniki z układem sterowania

Specjalne czujniki ruchu projektowane są z myślą o sterowaniu obwodami elektrycznymi np. oświetlenia czy też wentylacji. Jako najważniejsze parametry urządzeń tego typu należy wymienić rodzaj zasilania, maksymalne obciążenie wynoszące z reguły 2000 W, kąt widzenia (70°, 180°, 270°, 360°), maksymalny zasięg wykrywania ruchu oraz czas świecenia z zakresem regulacji. Nie mniej ważny jest stopień ochrony i zakres temperatury pracy. Urządzenie pracując w trybie automatycznym załączy się jeżeli w zasięgu działania zostanie wykryty ruch. Ze względu na funkcję omijania światła dziennego czujnik nie załącza się podczas dnia. W niektórych modelach jest możliwe ustawienie czasu świecenia. Istotną rolę odgrywa również ustawienie światła dziennego, czyli przy jakim natężeniu urządzenie przestaje wykrywać ruch pozostając w trybie oczekiwania. Tym sposobem zyskuje się zabezpieczenie przed niepożądanym załączaniem światła podczas dnia.
Na etapie montażu czujnika PIR sterującego urządzeniem elektrycznym należy wziąć pod uwagę kąt zasięgu czujnika. Ważne jest aby detektora nie kierować na miejsca gdzie może być wykryty ruch zwierząt. Czujnika nie należy kierować na oświetlane inne obiekty lub będące źródłem ciepła. Trzeba upewnić się czy przewody zasilające mają odpowiednie zabezpieczenie prądowe za pomocą odpowiednich bezpieczników. Zanieczyszczenie optyki powoduje, że zmniejsza się zasięg i czułość wykrywania ruchu. W przypadku gdy różnica temperatur pomiędzy obiektem poruszającym się a otoczeniem jest niewielka np. latem czujnik może reagować później i zmniejszy jego zasięg wykrywania ruchu.

Czujniki dualne

Na rynku oferowane są czujniki dualne bazujące na torze PIR i mikrofalowym. Niektóre produkty tego typu spełniają wymagania normy EN50131 Grade 2. Istotną rolę odgrywa cyfrowy algorytm detekcji oraz precyzyjna soczewka. Ważny jest zdalnie uruchamiany tryb testowy oraz wbudowane rezystory parametryczne. W niektórych urządzeniach zastosowanie znajduje funkcja antymaskingu realizowana przez tor mikrofalowy. Polega ona na wykrywaniu zamaskowanego intruza. Zatem intruz poruszający się po pomieszczeniu emituje promieniowanie z zakresu podczerwieni odbierane przez tor podczerwieni czujnika z wykorzystaniem przestrzennego układu wiązek optycznych. Jednocześnie ruch ten jest wykrywany przez tor mikrofalowy dzięki wykorzystaniu efektu Dopplera. Sygnał z pyroelementu zamieniającego energię promieniowania na sygnał elektryczny jak również sygnał z toru mikrofalowego trafia do procesora sygnałowego, który odpowiada za inicjowanie sygnału alarmu.

Akcesoria

Zaawansowane czujniki PIR można wyposażyć w szereg akcesoriów. Chodzi np. o aplikacje przeznaczone do zdalnego dostosowywania przechyłu czujki lub do zdalnego konfigurowania, uruchamiania, analizy i programowania czujnika. Niejednokrotnie zastosowanie znajdują bezprzewodowe testery ruchu oraz teleskopy, które ułatwiają wypoziomowanie czujki.

Wybór czujnika

Na etapie wyboru czujnika w pierwszej kolejności należy określić czy będzie pracował on na zewnątrz lub wnętrzu budynku. Ważne jest zdefiniowanie wykrywania ruchu lub obecności w połączeniu z rodzajem nadzorowanego pomieszczenia. Istotna pozostaje lokalizacja fizyczna – korytarz, narożniki, sufit. Kluczowe miejsce zajmuje rozmiar nadzorowanego obszaru oraz określenie kąta detekcji i ilości czujników. Warto zwrócić uwagę na rodzaj użytkowania bowiem np. w szkołach zaleca się instalowanie czujników na większych wysokościach.
Warto sprawdzić czy na etapie wykonywania instalacji uwzględniono odpowiednią ilość żył w kablu. Nie bez znaczenia jest zakres nastaw czasowych oraz moc obciążenia (W). W przypadku czujników, które będą sterowały oświetleniem przyda się przycisk przeznaczony do ręcznego załączania oświetlenia. Przydatne rozwiązanie stanowi dodatkowe wyjście przeznaczone do sterowania dodatkowym urządzeniem elektrycznym.

Damian Żabicki