سنسور مادون قرمز پسیو

سنسور مادون قرمز پسیو

سنسور مادون قرمز پسیو چیست؟ در این بخش از مقاله می خواهیم در مورد سنسور مادون قرمز پسیو  صحبت کنیم. با ایران امن همراه باشید.

سنسور مادون قرمز پسیو

وسایل الکترونیکی که توانایی اندازه گیری تشعشعات اینفرارد از اجسام و اهداف را در میدان دیدشان را دارند، سنسور مادون قرمز پسیو نامیده می شوند، به آنها سنسور مادون قرمز پسیو PIR نیز گفته می شود که از مخفف Passive InfraRed sensors گرفته شده است.
به طور گسترده سنسورهاي حركتي كه در بازار با نام رادار يا چشمي شناخته می شوند در سيستم هاي اعلام سرقت  و دوربین های مدار بسته کاربرد دارند. امروزه اين سنسورها در بازار، با تنوع وسيع و كيفيت های گوناگون يافت مي‌شوند.
اجسامی که در دمای بالاتر از صفر مطلق (يعني ۲۷۳ درجه زير صفر) قرار دارند، انرژي از جنس امواج نوري از خودشان ساطع مي‌كنند. ميزان انرژي انتشار یافته از سوی اجسام، وابسته است به:

– اختلاف دماي سطح جسم با دماي محيط
– ميزان انعكاس نور از جسم
– ميزان دماي خود جسم
– ابعاد فيزيكي جسم
– ميزان توليد انرژي داخلي (فعاليت و متابوليسم) و طول موج اين نور وابسته به دماي جسم مي‌باشد.

بخش عظیمی از انرژي تابیده شده از جسم، از نوع مادون قرمز می باشد که به بخش نامريي طيف امواج الكترومغناطيسی مربوط می شود.
سطح تمام اجسام، ديوارها، كف، چراغ‌ها و … در يك دفتر اداري معمولي، از خود نور مادون قرمز انتشار مي دهند و با توجه به نزدیکی دمای سطح اجسام اطراف با دماي محيط به هم، هر دو حدودا در يك طول موج انتشار می یابند.
الگوي انتشار اين انرژي از جهت قدرت و جهت، زمانی كه كسي در اتاق حضور ندارد و يا فردي در آن حركت نمي‌كند، ثابت است. اين الگو با ورود فردي به اتاق به دو شكل به هم مي ريزد. بین انعكاس و انتشار امواج توسط محيط، بدن فرد مانع ايجاد مي‌كند. انرژي مادون قرمز از طرف بدن فرد نیز تابیده شده و این عمل منجربه افزايش ميزان اين انرژي در اتاق مي‌شود.

به ميزان قابل توجهي سايه روي برخي از اجسام، در صورت حرکت فرد ايجاد می شود و روي برخي ديگر از اجسام نیز اثر تقويت كننده دارد. همچنین دما، در منطقه‌اي كه میزان انرژي مادون قرمز افزايش يافته است، بالاتر مي رود. تغييراتي كه به واسطه حضور فرد در ميزان انرژي محيط ايجاد مي‌شود، توسط سنسورهاي مادون قرمز تشخيص داده شده و شامل بخش‌هاي زير مي‌باشند.
يك سنسور كه از خود عکس العمل نسبت به نور مادون قرمز دريافتي‌ نشان مي‌دهد و آن را به ميكرو ولت تبديل مي‌كند.
يك لنز كه از مناطق مجزايي كه از هم فاصله دارند و از بين آن‌ها نوري دريافت نمي‌شود، گرفتن نور مادون قرمز را میسر می سازد.
يك مدار الكترونيكي كه در يك زمان معين تغييرات ولتاژ ناشي از انرژي مادون قرمز كه به علت حركت جسم در مقابل زون‌ها مي‌باشد را اندازه گیری کرده و نسبت به آن عكس‌العمل نشان مي‌دهد.

سنسور مادون قرمز پسیو

صرفا به دماي ناشي از بدن انسان يا حيوان خونگرم که در محدوده ۸-۱۴mm قرار دارد، عکس العمل از سوی سنسور مادون قرمز نشان داده می شود و به منظور كاهش نويز جهت تشخيص حضور يك فرد در محدوده آن، طول موج‌هاي ديگر انرژي مادون قرمز مربوط به چراغ‌ها، نور خورشيد، تجهيزات گرم كننده و … فیلتر می شود.
سنسور اصلي يك PIR در داخل يك كپسول كاملا بسته قرار گرفته که یک قطعه فوق العاده حساس نسبت به نور مادون قرمز می باشد. در مشخصات الكتريكي سنسور، هر نور مادون قرمز تابیده شده به سطح آن، منجربه ایجاد تغییر می شود. توسط يك مدار الكترونيكي اين تغيير آشكار گرديده، تقويت شده و مي‌تواند به بروز يك آلارم در خروجي PIR منجر شود.
پیشرفت تكنولوژي PIR باعث اضافه شدن مزايا يا جبران‌سازي در بخش‌هاي زير شده است.

مشخصات پس زمينه:

– يكسان كردن اثر تغييرات در تمام زاويه ديد
– شدت تغييرات لازم براي فعال شدن آلارم
– طول زمان لازم براي تغييرات
– دماي سطوح غير مهم

مشخصات هدف:

– سرعت جابجا شدن در مقابل PIR
– اختلاف دماي بين انسان و سطوح گرمازاي ديگر
– طول موج مادون قرمز توليد شده به وسیله تجهيزات معمولي درون اتاق در دماي ۱۲C برابر ۱mm، نور خورشيد ۲٫۷mm و يك انسان ۱۰-mm14 يا بيشتر است.
– ابعاد واقعي به منظور تحريك آلارم و حذف اثر پرسپكتيو ( يك حيوان كوچك در نزديكي PIR اثر يك انسان در فاصله دورتر را دارد.)

سنسور مادون قرمز پسیو

براي تشخيص حركت، تمام سنسورهاي PIR از يك مفهوم اختلاف بين حضور و عدم حضور استفاده مي‌كنند که منجر به تفکیک حضور يك انسان با امواج RFI و EMIمنتشره از منابع ديگر می شود.
برای استنباط این نتیجه، الگوي صفحه سفيد رنگ مقابل سنسور بدین شکل است که امواج مادون قرمز به سنسور، در زاوياي خاصي، از فرد مقابل دستگاه نمي‌رسد، اما تحت زواياي ديگر اين نور مستقيما به سنسور مي‌رسد. به منظور روشن تر شدن این قضیه، فرض کنید در مقابل چشم خود یك برگه كاغذ كه در آن سوراخ‌هايي با فواصل معيني تعبيه شده است، قرار داده‌ايد، اگر فردي از مقابل شما در اين شرایط عبور كند، او را در بعضي از محل ‌ها يا زوايا مشاهده نمی کنید ولی از زوايای دیگر مي توانيد او را ببینید.
زون مرده به زوایایی گفته می شود که در آن‌ها فرد را نمي بينيد و به دیگر زوايا اصطلاح زون اطلاق می گردد.
به بیانی دیگر هنگامی که فرد در يك زون مرده قرار مي گيرد، نور تابشي از بدن او به سنسور نمي رسد اما هنگام قرار گرفتن در مقابل يك زون، گرماي تابشي بدن او توسط لنز دریافت می شود.

زون‌ها شامل انواع مختلفی از ساده تا پيچيده به منظور كاربردهاي با حساسيت بالا هستند.

۱- زون تك واحدي
۲- زون دوقلو
۳- زون دو لبه
۴- زون چهار لبه
۵- زون هشت لبه

امروزه استفاده از انواع يك و دو غير متداول بوده و ممکن است برای مناطقي كه از درجه امنيتي بسيار پاييني برخوردارند در ارزان ترين نوع سنسورها به کار برده شود. چراکه بایستی فرد حداقل از مقابل يك زون مرده و دو زون معمولي در زمان معيني عبور نمايد تا آلارم ایجاد شود.
هر زون فعال در زون نوع دو وجهي به صورت عمودي به دو بخش تقسيم مي‌شود كه يك بخش يا لبه منفی و ديگري بخش يا لبه مثبت خوانده مي‌شود. حرکت فرد در يك زون از لبه مثبت به لبه منفي در زمان معيني یا بر عكس اين وضعيت، برای تحریک و بالا بردن حساسيت سنسور کافی می باشد.

برخی PIRها از الگوي مشخصی جهت تحريك شدن پيروي مي كنند كه مزاياي زير را دارد:

– آلارم‌هاي اشتباه ناشي از حرکت اشيای متحركي كه خصوصيات حركت انسان را ندارد، کاهش پیدا می کند. مانند، تغيير نور خورشيد ناشي از سايه و روشن شدن، حركت سطوح داغ و …
– آلارم‌هاي اشتباه ناشي از اثرات محيطي كه ثابت هستند ولی شبيه بدن انسان انرژي گرمايي توليد مي‌كنند، کاهش پیدا می کند. مانند، آتش و …
امکان ثبت تمامی رخدادها را اغلب سيستم ها دارا هستند، حتي اتفاق هایی که به بروز آلارم منتهی نشده اند. اين قابلیت، اجازه تصميم گيري در مورد علل رخداد مشكلات پيش ‌آمده را، به مهندس نگهدار سيستم مي دهد.

زون‌هاي چهار لبه و هشت لبه:

در اين زون‌ها هر زون به چهار يا هشت بخش تقسيم مي‌شود ولی مفهوم عبور از يك خط به معنی حضور در بخش، در آن‌ها تغيير پیدا می کند. تقسيم در يك زون چهار لبه، به چهار بخش مستطيلي، دو تا در پایین و دو تا در بالا صورت می گیرد، دو بخش بالايي و دو بخش پاييني را به ترتیب A و B نامگذاري مي‌كنند. A، به ۲ بخش A- و A+ و B، به ۲ بخش B- و B+ متناظر با هر بخش تقسيم مي‌شود. يك پروسسور در حالت عددي با ۲ شرط بالاتر بودن از يك ميزان حداقل و در يك بازه زماني معين، نور مادون قرمز جذب شده در هر بخش را آشكار کرده و از معادله زير استفاده مي‌كند.
½A+B½-½A-B½=۰

هيچ آلارمي در صورت صفر بودن نتیجه، رخ نداده است. خطوط افقي به مفهوم قدر مطلق هستند و حاصل A+B يا A-B همواره بدون علامت (مثبت) در نظر گرفته می شود.
به طور مثال، فرض کنید انرژي گرمايي مادون قرمز به ميزان mJ2 (دو ميكرو ژول) در +B1 با حضور یک موش كوچك در زون شماره يك، ایجاد می شود. هيچ گونه اهميتي از بابت موقعيت حضور بدن موش در هر جایی از زون وجود ندارد، صرفا ورود به این بخش، مهم است. حضور موش در هيچ يك از بخش‌هاي ديگر تشخيص داده نشده است. محاسبه معادله توسط پردازشگر به صورت زير مي باشد.
½۰+۲½-½۰-۲½=½+۲½-½-۲=½۲-۲=۰

پس هيچ آلارمي ايجاد نمي‌شود.

فردي را در نظر بگیرید كه براي جلوگيري از تحريك شدن سنسور، بدن خود را پوشانده و روي زمين مي‌خزد اما آلارم طبق معادله زیرايجاد مي‌شود:
½۱+۳½-½۱-۳½=½۴½-½۲½=۴-۲=۲=alarm

با این شرایط به صورت دائم معادله مذكور را يك پردازشگر محاسبه کرده و تعيين مي كند که:

– حضور شي در كداميك از بخش‌هاي چهارگانه تشخيص داده مي‌شود؟
– در مورد آن مقدار معادله قابل توجه است يا خير؟
– آيا ثابت ايستاده يا به زون بعدي تغيير مكان داده است؟

سوالی که در اینجا مطرح می شود این است که آيا آلارمی در حالتی که موش به قدری به سنسور نزديك باشد كه تمام بخش‌هاي يك زون را پوشانده باشد، رخ می دهد؟

مثلا فرض كنيد كه اين موش دقيقا روي سنسور مادون قرمز پسیو برود در اين حالت داریم:

½۲+۲½-½۲-۲½=½۴½-½۰½=۴-۰=۴=alarm
جواب این پرسش هم مثبت است و هم منفی، اگر امکان تشخيص پوشيده شدن سطح سنسور را آشكارساز حركت داشته باشد، سیگنال آلارم ايجاد مي شود و با عنوان تلاش براي از كار انداختن عملكرد سنسور، اين وضعيت را در نظر خواهد گرفت اما ممكن است كه آلارمی در شرایطی که از سنسور داراي فیلتر به منظور جلوگيري از انرژي با طول موج‌هاي ديگر كه مربوط به انسان نيست مانند، نور خورشيد، استفاده شود، ایجاد نشود. چراکه دماي سطح و ساختار متابوليسمي بدن موش متفاوت می باشد، بنابراین طول موج تابیده شده نیز متفاوت خواهد بود.
هر زون در زون‌هاي هشت‌گانه به هشت بخش يا چهار زوج تقسيم مي‌شود كه پوشش يك محدوده ورودي در مقابل فرد، وظیفه هر زوج می باشد. بدون پردازش‌هاي پيچيده، امکان پوشش ۳۶۰ درجه را اين وضعيت ارائه مي‌دهد.
در زیر مزاياي سنسورهاي چهارلبه به طور خلاصه ذکر شده است:

– در مقابل حضور افراد با درجه متفاوت، آلارم با خطاي بسيار پايين دارند.
– قابلیت تشخيص منابع توليدكننده انرژي كه از موجوديت غير انساني ساطع می شود را دارا می باشند.

حتی اگر انتشار در يك طول موج صورت بپذیرد توانایی تشخيص پس زمينه و هدف را خواهد داشت که منجر به کاهش تلاش فرد برای ايجاد شيلد جهت فريب سنسور می شود. قابلیت تقويت مقادير را معادله مذكور داراست، به عنوان مثال:
½۰٫۵+۰٫۵½-½۰٫۵-۰٫۵½=½۱½-½۰½=۱
امكان بررسي چندباره و بالا رفتن سطح دقت بدون از دست دادن زمان با افزایش قدرت پردازش، فراهم می شود.
در مدار مثالی زیر نحوه ی اتصال حسگر PIR یا سنسور مادون قرمز پسیو چشمی را مشاهده می نمائید.

سنسور مادون قرمز پسیو

اغلب به عنوان قسمتی از مدارات مجتمع، سنسور مادون قرمز پسیو PIR ساخته می شود و ممکن است از یک، دو، سه یا چهار پیکسل و مساحتهای مساوی از مواد گرما برقی تشکیل شده باشد. امکان دارد به ورودی های مخالف تقویت کننده های تفاضلی، سنسور مادون قرمز پسیو به صورت جفتی متصل شوند. با چنین ترکیبی، می توان از سیگنال الکتریکی اندازه متوسط دمای میدان دید را با توجه به خنثی کردن اندازه گیری های PIR توسط یکدیگر، برداشت کرد. از این رو، در مقابل آشکارسازی خطا که ناشی از تشعشعات نوری یا روشنایی های بزرگ می باشد، سنسور می تواند مقاومت کند. این سنسور پیوسته می تواند توسط نورهای روشن اشباع شود که این مسئله به عدم ثبت اطلاعات بیشتری منجر می گردد. با این حال، تداخل مد مشترک به مینیمم مقدار با این ترکیب تفاضلی می رسد که راه اندازی ناشی از میدانهای الکتریکی نزدیک به وسیله را مانع می شود. به هر حال امکان اندازه گیری دما را این ترکیب دارا نبود و مخصوص آشکار سازی اشیای متحرک می باشد.

شرکت داده پردازان پارســـوآ

یک دیدگاه