Датчики присутствия.Датчик присутствия – электронный прибор, регистрирующий бесконтактными методами объекты определенного класса на территории своего контроля.
В зависимости от результатов регистрации он может коммутировать электрические импульсы, по сигналам которых другие устройства выполняют различного рода действия.
Автоматическое включение электросушилки при поднесении рук, срабатывание некоторых типов автомобильных сигнализаций, остановка конвейеров в случае заполнения бункеров на промышленных предприятиях – примеры функционирования датчиков присутствия.
Типы и виды, плюсы и минусы датчиков присутствия.По принципу действия:
- ультразвуковые: барьерные, диффузионные;
- фотоэлектрические: барьерные (тип Б), рефлекторные (тип Р), диффузионные (тип Д);
- емкостные;
- акустические;
- инфракрасные;
- датчики нагрузки;
- комбинированные.
По количеству блоков датчика:
- однопозиционные;
- двухпозиционные;
- многопозиционные.
По способу монтажа: накладные и встраиваемые.
По методу получения входящего сигнала: активные и пассивные.
По способу передачи исходящего сигнала: проводные и беспроводные.
Рассмотрим подробно каждый из видов, определим области их применения, оценим достоинства и недостатки.
Ультразвуковые датчики присутствия.Испускают и принимают волны, не улавливаемые человеческим ухом (частотой порядка 200 кГц).
Возможны два режима работы:
Барьерный: между датчиками, расположенными друг напротив друга, проходит ультразвуковая волна. Она не попадет в приемник, если в зоне действия появится посторонний предмет (барьер).
Диффузионный: с использованием датчика, который испускает волну, а затем улавливает её, отраженную от объекта, оказавшегося на пути луча.
В обоих случаях при появлении постороннего предмета коммутируется сигнал, передающийся на исполняющие устройства.
Преимущества ультразвуковых датчиков в сравнении с оптическими, выполняющими сходные задачи:
- обнаружение прозрачных объектов;
- невосприимчивость к световым вспышкам и бликам;
- работоспособность в сложных условиях (туман, пыль, пар).
Недостатки:
- низкая дальность (верхний порог) фиксации;
- ненадежность регистрации объектов из мягких материалов (ткань, пористая резина);
- наличие “слепой зоны” (нижнего порога обнаружения).
Примеры использования ультразвуковых датчиков: парковочные системы современных автомобилей, подсчет количества единиц готовой продукции на конвейере.
Фотоэлектрические датчики присутствия.Фотоэлектрические датчики Б и Д типа работают по схожей с ультразвуковыми схеме. Отличие заключается в использовании оптического излучения вместо ультразвукового. Это дает следующие
преимущества:
- высокий порог фиксации (до 150 метров у барьерных датчиков);
- быстродействие;
- отсутствие слепой зоны.
Недостатки:
- невозможность регистрации прозрачных объектов;
- сбои в условиях тумана, пыли, при проявлении световых вспышек и бликов.
У датчиков типа Р приемник и излучатель смонтированы в одном корпусе. Выпущенный луч отражается от рефлектора (катафота, отражателя), находящегося на расстоянии до 8 метров, и возвращается назад. Прибор подает сигнал, если световой поток прерывается объектом контроля.
В сравнении с типом Б, тип Р теряет в дальности действия, но его достоинства – компактность и простота монтажа.Фотоэлектрические датчики используются для контроля за упаковочными и производственными линиями, проверки уровня наполнения прозрачной тары, предотвращения несанкционированного доступа на закрытые территории, остановки промышленного оборудования при попадании человека в опасные зоны.
Емкостные.Конструктивно представляют собой цилиндрические или плоскопараллельные конденсаторы.
При появлении объекта в зоне действия изменяется их диэлектрическая проницаемость, а значит и емкость, что вызывает срабатывание.
Приборы применяются для контроля за заполнением резервуаров жидкостями и сыпучими материалами, как счетчики единиц готовой продукции и элементы противоугонных систем автомобилей.
Преимущества емкостных датчиков – низкая инерционность и высокий порог чувствительности. Недостаток – вероятность сбоев в работе под влиянием внешних электромагнитных полей.Акустические датчики присутствия.В них посредством пьезоэлектрических материалов происходит преобразование звуковой волны в электрический сигнал.
Представляют собой микрофоны, работающие в диапазоне частот 20-20000 Гц:
- низкоомные (катушки индуктивности с подвижными магнитами);
- высокоомные (эквивалентные переменные конденсаторы).
Используются как звуковые датчики света, работающие совместно с с реле времени и экономящие электроэнергию. При превышении порога шума в комнате происходит автоматическое включение света. Если наступает тишина, через 20-25 секунд лампы выключаются.
Достоинства прибора:
- простота конструкции;
- надежность.
Недостатки:
- необходимость использования усилителей;
- вероятность ложных срабатываний в результате внешних и внутренних шумов (резкие звуки с улицы, включение радио, телефонные звонки).
Инфракрасные датчики присутствия.Принцип действия приборов основан на фиксации изменений потока инфракрасных (ИК) лучей в результате перемещений человека. Его пребывание распознается по большей интенсивности (в сравнении с предметами интерьера) излучения, которое напрямую зависит от температуры тела.
Основные детали датчика – фотоэлементы и мультилинза, состоящая из большого числа сегментов – маленьких линз. Каждая из них направляет попадающие в неё лучи на фотоэлемент.
Двигаясь, человек оказывается в зонах контроля разных сегментов. Свет на фотоэлементе то исчезает, то появляется, генерируя электрический сигнал.
В строгом понимании по принципу действия такое устройство – датчик движения, а не присутствия. К последней категории относят особо точные приборы с большим числом участков контроля. Они способны улавливать наличие человека, находящегося в состоянии почти полного покоя. Фиксируются мельчайшие жесты: покачивания головой, нажатие пальцами клавиатуры и т. п.
Радиус обнаружения (R) – основная характеристика устройства. Его монтаж должен производиться так, чтобы расстояние до самых дальних углов комнаты не превышало R. В помещениях большой площади требуется установка нескольких датчиков.
Необходимо, чтобы на пути ИК луча не было перегородок, даже стеклянных, которые для него непрозрачны.
Недопустимо попадание на прибор прямого света ламп, он должен находиться на максимальном расстоянии от вентиляторов, кондиционеров и обогревателей.
Инфракрасные датчики используют как средства охранной сигнализации, в качестве дополнительного оборудования для видеонаблюдения и для автоматизации электроснабжения, приводящей к экономии средств.Их достоинства:
- точность регулировки;
- полная безопасность для здоровья ввиду отсутствия любых видов излучения;
- реакция только на объекты, температура которых превышает пороговую.
Недостатки:
- неточность функционирования на открытых пространствах (влияние осадков, солнечного света);
- вероятность ложных включений под воздействием теплых потоков воздуха;
- помехи от объектов, не пропускающих ИК излучение;
- низкий диапазон рабочих температур.
----- добавлено 22 Сентября 2020 года, 09:40 -----Датчики нагрузки.Это конвертеры, преобразовывающие механическое усилие в электрический ток.
Конструктивно датчик представляет собой тензорезистор в виде тонкой проволоки, зигзагообразно, как обогреватель автомобильного стекла, закрепленный на эластичной подложке. Как упругий элемент используется ткань, резина, полимерная пленка.
Под действием силы проводник деформируется, сопротивление его меняется, что генерирует электрический сигнал, подающийся после усиления на исполнительные устройства.
Использование приборов:Как датчиков присутствия пассажира. Штатных – в целях безопасности (индикация пристегнутого ремня и данные для срабатывания подушек безопасности). Устанавливаемых индивидуально – для контроля за работой такси (фиксирование состояния машины – “свободен/занят”).
В качестве элементов стационарных и беспроводных систем видеонаблюдения и безопасности, сигнализирующих о несанкционированном доступе в помещение.
Преимущество тензорезисторных датчиков нагрузки – малая толщина, обеспечивающая скрытую установку (маскировка под коврик у дверей), и легкость монтажа на пассажирские сидения.Недостатки:
- необходимость использования усилителя сигнала;
- подверженность многократно повторяющимся механическим нагрузкам, что приводит к выходу из строя;
- снижение чувствительности при перепадах температур.
Комбинированные датчики присутствия.Иногда для достижения поставленных целей устройства одного типа недостаточно. В таких случаях их можно задействовать несколько с разными принципами работы.
На примере рассмотрим эксплуатацию инфракрасного датчика присутствия в комбинации с датчиком освещенности.
Первый подает сигнал на включение ламп при обнаружении им человека в комнате.
Второй – в случае показателей освещенности ниже установленного порогового значения.
Работая совместно, они в автоматическом режиме зажгут светильники только в случае присутствия людей в помещении в темное время суток.
Такой подход создает комфортные условия жизнедеятельности и приводит к 30-40 % экономии электроэнергии.
При охране объектов датчики с различным принципом действия объединяют в системы. Это повышает надежность и уменьшает количество ложных срабатываний.Устройство датчиков присутствия.Датчики представляют собой приборы, состоящие из одного (однопозиционные), двух (двухпозиционные) или нескольких (многопозиционные) блоков. Каждый – устройство в пластиковом корпусе с микросхемой для отправки, приема и обработки сигналов.
Их конструктивная особенность – отсутствие перемещающихся, испытывающих механические нагрузки деталей. Исключение – эластичные подложки с тензорезисторами в датчиках нагрузки.
Как следствие, возможные неисправности ограничиваются выходом из строя деталей микросхем и самостоятельному устранению не подлежат.
Варианты монтажа датчиков. В зависимости от конструктивных особенностей датчики устанавливаются в монтажные коробки либо непосредственно на стены или потолок (накладные модели).
Преимуществ в эксплуатации ни один из способов не дает, на выбор могут повлиять только дизайнерские решения.Способы получения сигнала. По способу получения сигнала датчики присутствия бывают двух видов:
- активные – излучают энергию в окружающую среду и получают данные на основе отклика (ультразвуковые, фотоэлектрические);
- пассивные – фиксируют объекты по их свойствам, предварительно не посылая сигналы (инфракрасные, акустические, емкостные, датчики нагрузки).
Передача сигнала датчиками присутствия. Получив и обработав информацию, датчик присутствия отправляет сигнал на исполнительные устройства:
- посредством электрических проводов;
- по защищенному радиоканалу.
Во втором варианте расстояние между датчиком и принимающим блоком достигает 200 м. Использование усилителей увеличивает этот показатель, а препятствия на пути – снижают.
При беспроводной передаче сигнала для связи с конкретным исполнительным устройством датчику задается его код. Это осуществляется путем установки джамперов (перемычек).
Если использовать приборы с кодом обучения, то нужды в установке перемычек нет: для коммутации достаточного одновременного нажатия специальных кнопок на датчике и принимающем блоке.
Преимущества беспроводной передачи сигнала – простота монтажа оборудования и снижение затрат на электрические провода.
