Oko ludzkie pomimo swej doskonałości nie pozbawione jest wad. Widzi najlepiej światło białe będące składowymi innych barw. Widzi również wszystkie kolory tęczy, od fioletowego do czerwonego – jest to tzw. zakres widzialności oka ludzkiego. Niestety niczego poza tę paletą nie dostrzega. W zabezpieczeniach technicznych rolę oka ludzkiego przejmują przetworniki kamer czy pyroelementy w czujnikach. Jednak w przeciwieństwie do natury, elektronika ma tu wielką przewagę. W zabezpieczeniach technicznych stosowane są elementy, które reagują zarówno na światło ultrafioletowe – zwane nadfioletem oraz światło infraczerwone – podczerwień. W tym artykule skupię się na drugim z nich z racji częstszego zastosowania w elektronice i automatyce.
Dlaczego podczerwień
Każda materia posiadająca temperaturę wyższą od zera bezwzględnego emituje ciepło na skutek ruchu elektronów. Niestety oko ludzkie nie rozpoznaje zmian temperatury w zakresie do ok. 520 °C. Powyżej tej wartości oko ludzkie zaczyna dostrzegać temperaturę zróżnicowanymi barwami. Roztopiona stal, żarzący się węgiel czy paląca się świeca, wszystkie emitują różne barwy, które wskazują na różnice temperatur. Dla elementów detekcyjnych pracujących w urządzeniach elektronicznych informacja o zmianie barw oznacza to samo – zmianę temperatury. Z tą różnicą, że elektronika rejestruje je praktycznie w całym paśmie promieniowania elektromagnetycznego, a szczególnie pasmo podczerwieni. Wynika to z faktu, że pasmo te jest szerokie (2 mm do 670 nm) oraz, że można obserwować już znikome zmiany energii − czyli ciepła.
Pyroelementy
Pasywna czujka ruchu nazywana popularnie czujką PIR zawiera w swoje budowie element detekcyjny reagujący na zmianę temperatury nazywany pyroelemntem. Wykonany jest najczęściej z azotku galu (GaN) lub azotanu cezu (CsNO3). Dla zwiększenia niezawodności działania, czyli tym samym zmniejszenia fałszywych alarmów stosuje się połączenia w grupy po dwa lub cztery pyroelementy. Dlatego też można w opisie czujki PIR spotkać się z informacją, że czujka posiada „poczwórny pyroelement”. Wywołanie alarmu z takiej czujki następuję na skutek naruszenia dwóch sąsiednich pól detekcyjnych. Naruszenie jednego pola nie skutkuje wywołaniem alarmu.
Czujnik taki reaguje na zmianę temperatury skupionej na jego powierzchni za pośrednictwem soczewki (najczęściej Fresnela) lub lustra skupiającego. Na skutek zmian temperatury zachodzi zjawisko układania się kryształków związku chemicznego, z którego wykonany jest pyroelement, co skutkuje zmianą wartości przepływającego prądu. Zmiany te następnie przesyłane są do procesora, który poddaje je analizie. Jeżeli uzna to za alarm, następuje wysterowanie wyjścia i uruchomienie elementu wykonawczego, którym najczęściej jest przekaźnik. Pyroelementy jako pasywne elementy detekcyjne nie emitują żadnego promieniowania, jedynie odbierają emitowane przez otoczenie. W związku z tym należy przestrzegać kilku zasad przy montażu urządzeń zawierających pyroelementy.
- czujniki nie mogą być skierowane na źródła ciepła (słońce, grzejniki itp.),
- czujnik nie mogą być skierowane na źródła znacznego przepływu powietrza (wentylatory, klimatyzatory, kratki wentylacyjne itp.),
- należy unikać instalowania czujników skierowanych na okna, nawet od północnej strony.
Rys. 1. Przykład detekcji czujnika z poczwórnym pyroelementem (przebiegające zwierze nie powoduje naruszenia czujnika)
Rys. 2. Przykładowe dane techniczne podwójnego pyroelementu – PIR325
Rys. 3. Zdjęcie przykładowego pyroelementu (obok dioda LED)
(...)
mgr inż. Sebastian Hładun – absolwent Inżynierii Systemów Bezpieczeństwa na Wydziale Elektroniki WAT, nauczyciel ZSM-E w Ełku i pasjonat elektroniki, projektant i wykonawca elektronicznych systemów bezpieczeństwa – SEBMED ELEKTRONIK, Elektroniczne Systemy Bezpieczeństwa.
Kontakt: Ten adres pocztowy jest chroniony przed spamowaniem. Aby go zobaczyć, konieczne jest włączenie w przeglądarce obsługi JavaScript.
