Датчик движения – устройство, получившее довольно широкое бытовое распространение в последние годы, перестав быть уделом промышленных отраслей. Главным образом заслуга в распространении лежит на PIR-датчиках (Passive infrared sensor), ввиду простоты их конструкции и, соответственно, низкой стоимости.
Принцип работы датчика движения аналогичен эхолоту (он же гидролокатор или сона́р), а в случае ультразвукового датчика не просто аналогичен, а практически идентичен. Сенсор регистрирует попадающие в него во́лны и по изменению их характера делает заключение о форме рельефа вокруг себя, а также о наличии либо отсутствии движения в контролируемом участке. Таким же методом ориентируется в темноте летучая мышь или дельфин: испуская ультразвук на частотах 14-100 кГц и 150 Гц-150 кГц соответственно, они по отражению волны от окружающих поверхностей могут ориентировать в полной темноте и следить за перемещением окружающих их объектов.
Работа датчика движения по типу действия подразделяется на две группы: пассивные и активные. Пассивные устройства только регистрируют внешние возмущения контролируемой среды, а активные сами испускают сигнал и контролируют наличие изменений при его возвращении после отражения. Кроме того активные аппараты могут быть разделёнными (комбинированными) – когда излучатель и приёмник физически разделены по разным корпусам.
В зависимости от принципа действия сенсора датчики движения реагируют на разные типы раздражителей:
• инфракрасные
• ультразвуковые
• фотоэлектрические
• радиоволновые
• микроволновые (СВЧ-волна)
• комбинированные – объединяют в себе несколько указанных выше типов
Тем не менее, несмотря на обилие типов сенсоров, работа датчика движения не всегда идеальна даже в рекомендуемых условиях эксплуатации – довольно часто существует риск несработки как в условиях передвижения чего-либо по контролируемому периметру, так и ложной сработки в условиях отсутствия регламентированных оснований. Для того, чтобы понять, как работает датчик движения, следует рассмотреть принципы действия наиболее распространённых типов устройств.
Инфракрасный датчик – это аппарат, реагирующий на попадающие в него тепловые лучи и относящийся к пассивным устройствам. Работа основана на анализе эффекта Доплера. В роли фокусирующего элемента выступают сегментные параболические линзы или линзы Френеля, а сами тепловые лучи регистрируются пироэлекртическими сенсорами. Реже используются болометры и термопары. В результате фокусировки сенсор принимает и обрабатывает волны требуемого спектра, после чего строится диаграмма их направленностей, состояние которой меняется в зависимости от изменения углов отражения при перемещении чего-либо в контролируемой зоне. В зависимости от угла преломления происходит регистрация разного количества энергии инфракрасной волны и, в зависимости от интенсивности этого изменения, срабатывает исполнительный механизм устройства. Преимущественная сфера применения – безопасность, автоматизация систем освещения.
Радиоволновые датчики – занимают примерно ту же нишу, но обладают рядом особенностей, по отношению к вышеуказанным устройствам. Основными элементами являются передающая и приёмная антенны (микрополосковая или планарная "бабочка"), СВЧ-конвертер и диод Ганна. Из положительных моментов можно отметить отсутствие ложных сработок при засветах и отсутствие реакции на конвекционные потоки. Из отрицательных – невозможность работы в зонах мощного электромагнитного излучения. В свою очередь свойство сенсора контролировать движение через физические препятствия может носить как положительный, так и отрицательный характер – в зависимости от конкретной ситуации.
Ультразвуковой датчик – наиболее распространенный из активных устройств. В основе принципа его работы лежит обратный пьезоэффект и эффект деформации ферромагнитов. В аппарате устанавливаются преобразователи магнитострикционного вида – излучатели ультразвуковых колебаний и мембраны-приёмники. И тот, и другой элемент являются пьезоэлектриками. Такие датчики бывают с одной и двумя головками, последние – имеют значительно меньшую слепую зону. Преимущественная сфера применения – контроль расхода и уровня веществ в системах КИПиАСУТП, пожарная безопасность, медицина, робототехника.
Принципиальная схема работы датчика движения имеет следующий вид:
где BL1 – сенсорный блок
K1 – исполнительное реле
К1.1 – контактная группа исполнительного реле
1, 2, 3, 4 – клеммы в клеммной коробке устройства.
Питание устройства осуществляется от клемм "1" и "2". На сенсор BL1 воздействует контролируемый сигнал. При этом срабатывает зависимая от него катушка реле К1 и изменяет положение перкидной контактной группы К1.1. При воздействии сигнала на клемме "3" появляется напряжение. В некоторых устройствах также имеется клемма "4", на которой присутсвует напряжения в состоянии покоя, а при обнаружении движения – оно пропадает. С помощью конакта "4" можно собрать схему из нескольких устройств, соединяя эти клеммы по магистральной (шлейфом), а не радиальной схеме, что существенно поможет сэкономить проводник. При срабатывании любого из устройств сработает исполнительное устройство. Например, десять датчиков движения, подключенные к одной сирене: при сработке любого из датчиков сирена зазвучит.