Принцип работы датчика движения

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 сонар), а в случае ультразвукового датчика не просто аналогичен, а практически идентичен. Сенсор регистрирует попадающие в него волны 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.