Πώς λειτουργούν οι αισθητήρες παθητικών υπερύθρων PIR

Πώς λειτουργούν οι αισθητήρες παθητικών υπερύθρων PIR...

Σε αντίθεση με τους υπέρυθρους οπτικούς αισθητήρες που χρησιμοποιούν ένα LED για πομπό και δέκτη υπερύθρων, το PIR δεν εκπέμπει τίποτα.Όπως υποδηλώνει το «παθητικό» στην ονομασία του, απαντά μόνο στην υπέρυθρη ενέργεια που ακτινοβολείται από το αντικείμενο που ανιχνεύτηκε.Το πιο συνηθισμένο αντικείμενο του οποίου ανιχνεύει την ακτινοβολία που εκπέμπεται ένα PIR είναι το ανθρώπινο σώμα, έτσι οι αισθητήρες αυτοί βρίσκουν χρήση σε αυτόματους διακόπτες φωτισμού, συστήματα συναγερμού, και ελεγκτές ανοίγματος πόρτας. Κάθε αντικείμενο με θερμοκρασία πάνω από το απόλυτο μηδέν εκπέμπει υπέρυθρη ενέργεια με μορφή ακτινοβολίας.Αυτή η ενέργεια είναι αόρατη στο ανθρώπινο μάτι, αλλά όχι στο πυροηλεκτρικό υλικό που βρίσκεται στον πυρήνα του αισθητήρα PIR. Όταν υποβάλλονται σε υπέρυθρη ακτινοβολία, τα πυροηλεκτρικά υλικά δημιουργούν ένα μικρό ηλεκτρικό φορτίο παρόμοιο με το ηλεκτρικό φορτίο που δημιουργείται όταν το ορατό φως χτυπάει ένα ηλιακό κύτταρο. Τα Πυροηλεκτρικά υλικά που χρησιμοποιούνται σε αυτούς τους αισθητήρες περιλαμβάνουν galliumnitride, νιτρικό καίσιο και Τανταλικό λίθιο. H θερμοκρασία του δέρματος είναι περίπου 34° C, κατά κανόνα υψηλότερη από τη θερμοκρασία που υπάρχει στον περιβάλλοντα χώρο.

Καθώς ένα άτομο περνά μπροστά από το πεδίο του αισθητήρα, η υψηλότερη θερμοκρασία του δέρματός του δημιουργεί μια μεγαλύτερη φόρτιση στο πυροηλεκτρικό υλικό. Ένα κύκλωμα ενίσχυσης ενισχύει το μικρό σήμα που παράγεται από την προστιθέμενη ενέργεια των υπερύθρων και τροφοδοτεί ένα διαφορετικό κύκλωμα σύγκρισης.Το κύκλωμα σύγκρισης αναζητά μια διαφορά στο σήμα από την αρχική ανάγνωση του, για να προκαλέσει μια έξοδο.Ωστόσο, αυτή η απλή λειτουργία μπορεί επίσης να ενεργοποιείται από οποιαδήποτε πηγή ταχέως μεταβαλλόμενης φωτεινότητας ή θερμότητας, όπως είναι η λάμψη από έντονα φώτα ή ανακλάσεις από αντικείμενα κατά τη διάρκεια ζέστης, σε ηλιόλουστες ημέρες.Υπάρχουν αρκετές τεχνικές για να μειωθούν αυτές οι ψευδείς ενεργοποιήσεις. Πρώτον, το ανθρώπινο σώμα εκπέμπει υπέρυθρη ακτινοβολία σε μήκος κύματος από 9 έως 10 μm. Έτσι, ένα υπέρυθρο φίλτρο που περνά μήκη κύματος από τις 8 έως 14 μm είναι τοποθετημένο μπροστά από τον αισθητήρα για την ενίσχυση της ευαισθησίας στην υπέρυθρη ενέργεια που εκπέμπεται από τους ανθρώπους.Δεύτερον, ένας φακός Fresnel τοποθετείται μπροστά από τον αισθητήρα και εκτελεί δύο λειτουργίες.Επικεντρώνει την ενέργεια των υπερύθρων που εκπέμπονται σε μια ευρύτερη περιοχή πάνω από τον αισθητήρα και χωρίζει την περιοχή σε θερμές και ψυχρές ζώνες ευαισθησίας.Καθώς λοιπόν ένα άτομο περπατά διασχίζοντας τις ζώνες, ο αισθητήρας βλέπει μια μεταβαλλόμενη αξία IR που παράγει
ένα διαφορετικό σήμα εξόδου από τον αισθητήρα που ανιχνεύει την κίνηση.
Το κύκλωμα σύγκρισης αναζητά και ανταποκρίνεται σε αυτή την αλλαγή σήματος. Θερμά αντικείμενα που δεν
μετακινούνται όπως θερμάστρες και φώτα, δεν παράγουν διακυμάνσεις στην εκπομπή υπερύθρων.
Το κύκλωμα σύγκρισης αγνοεί αυτές τις σταθερές πηγές υπερύθρων ακτινοβολιών.