Pasif kızılötesi sensör

Pasif kızılötesi sensör (PIR sensörü), görüş alanındaki nesnelerden yayılan kızılötesi (IR) ışığı ölçen elektronik bir sensör'dür. En çok PIR esaslı hareket dedektörlerinde kullanılır. PIR sensörü, güvenlik alarmlarında ve otomatik aydınlatmalarda yaygın kullanılır.

PIR sensörü hareketi algılar ama kimin veya neyin hareket ettiği hakkında bilgi vermez. Bunun için görüntüleme IR sensörü gereklidir.

PIR sensörüne "pasif kızılötesi dedektör" ‘ün kısaltılmışı olarak "PIR" denir. Pasif terimi, PIR sensörünün algılamak için enerji yaymadığı gerçeğini ifade eder. Tamamen nesnelerden yayılan veya yansıyan kızılötesi radyasyonu algılayarak çalışır.

TCP/IP üzerinden mantık değer taşır. Her dedektör için ayrı ayrı kablo ihtiyacını ortadan kaldırır. Analog mantık sinyallerinin birbirlerini etkilemelerini de önler. Panel kısmında herhangi bir donanım gerektirmez.

Çalışma prensipleri

Mutlak sıfır üzerinde bir sıcaklığa sahip tüm nesneler, elektromanyetik radyasyon şeklinde ısı enerjisi yayar. Kızılötesi dalga boylarında yayıldığı için bu radyasyon insan gözünce görülmez ancak bu amaç için tasarlanmış elektronik cihazlar tarafından algılanabilir.

PIR tabanlı hareket dedektörü

İnsanların, hayvanların veya diğer nesnelerin hareketini algılamak için PIR tabanlı hareket dedektörü kullanılır. Hırsız alarmlarında ve otomatik devreye giren aydınlatma sistemlerinde kullanılır.

İşlem

PIR sensörü, sensörün önündeki nesnelerin sıcaklığına ve yüzey özelliklerine göre değişen kızılötesi radyasyonun miktar değişiklikliğini algılar.^[2] İnsan gibi bir varlık, duvar gibi arka planın önünden geçtiğinde sensörün görüş alanındaki o noktadaki sıcaklık değeri oda sıcaklığından vücut sıcaklığına çıkar ve sonra bu sıcaklık tekrar düşer. Sensör gelen kızılötesi radyasyonda oluşan değişikliği çıkış voltajında değişikliğe dönüştürür ve bu, algılamayı tetikler. Benzer sıcaklığa ancak farklı yüzey özelliklerine sahip nesnelerinde farklı kızılötesi emisyon modeli olabilir ve bu yüzden onları arka plana göre hareket ettirmek de dedektörü tetikleyebilir.^[3]

PIR'ler çeşitli uygulamalar için birçok biçimlerde yapılır. En yaygın modeller çok sayıda fresnel merceklerine veya ayna parçasına, yaklaşık 10 metre (30 fit) etkili menzile ve 180°'den daha az görüş alanına sahiptir. 360° dahil olmak üzere daha geniş görüş alanlı modeller vardır ve genellikle bunlar tavana takılmak için tasarlanır. Daha büyük PIR'ler tek parça aynalarla yapılır ve PIR'den 30 metre (100 fit) uzaktaki kızılötesi enerji değişikliklerini algılayabilir. Geniş kapsama (110° genişlik) veya çok dar "perde" kapsamına izin veren ters çevrilebilir yönlendirme aynalı veya kapsamı "şekillendirmek" için ayrı ayrı seçilebilen bölümlerle tasarlanmış PIR'ler de vardır.

Diferansiyel algılama

Sensör eleman çifti, diferansiyel yükselticiye zıt giriş olarak bağlanabilir. Böyle yapılandırmada PIR ölçümleri, görüş alanının ortalama sıcaklığının elektrik sinyalinden çıkarılması için birbirini iptal eder; tüm sensörde IR enerjisinin artması kendi kendini iptal eder ve cihazı tetiklemez. Bu, cihazın kısa süreli ışık flaşlarına veya alan çapında aydınlatmaya maruz kalması durumunda yanlış değişim göstergelerine direnmesini sağlar. (Sürekli yüksek enerjiye maruz kalma, sensör malzemelerini doyurabilir ve sensörü daha fazla bilgi kaydedemez hale getirebilir.) Aynı zamanda, bu diferansiyel düzenleme, ortak mod girişimi’ni en aza indirerek cihazın yakındaki elektrik alanlarının tetiklenmesini önler. Ancak diferansiyel sensör çifti bu yapılandırmada sıcaklığı ölçemez ve bu yüzden yalnızca hareket algılama için kullanılır.

Pratik Uygulama

PIR sensörü, diferansiyel moda ayarlandığında, hareket sensör cihazı olarak kullanılabilir. Bu modda sensörün "görüş hattı" ‘nda hareket algılanırsa sensörün çıkış pininde bir çift tamamlayıcı darbe^[4] işlenir. Bu çıkış sinyalini, röle veya veri kaydedici veya Alarm cihazı alarmı gibi yüklerin tetiklenmesinde kullanmak için diferansiyel sinyal köprü doğrultucu kullanılarak doğrultulur ve sinyal transistörlü röle sürücü devresine verilir. Bu rölenin kontakları PIR'den gelen sinyale yanıt olarak kapanır veya açılır, bağlı yükün kontaklarını etkinleştirir ve önceden belirli kısıtlı alandaki cismin algılanmasını onaylar.

Ürün tasarımı

PIR sensörü, sensörün kendisinden gelen sinyali yorumlamak için elektronik devreyi içeren bir baskılı devre kartına takılır. Komple montaj, sensörün izlenecek alanı kapsayabileceği yere takılmış bir muhafazadadır.

Muhafazanın kızılötesi enerjinin girebileceği plastik bir "penceresi" vardır. Yalnızca yarı saydam görünür ışık olmasına rağmen, kızılötesi enerji pencereden sensöre ulaşır çünkü kullanılan plastik şeffaf kızılötesi radyasyona sahiptir. Plastik pencere yabancı varlıkların (toz, böcek, yağmur, vb.) sensörün görüş alanını engellemesini, mekanizmaya zarar verme ve/veya yanlış alarmlara neden olma olasılığını azaltır. Pencere dalga boylarını, insanlar tarafından yayılan kızılötesi radyasyona en yakın olan 8-14 mikrometre ile sınırlamak için filtre olarak kullanılabilir. Ayrıca odaklama aracı olarak da çalışabilir.

Odaklanma

Uzak kızılötesi enerjiyi sensör yüzeyine odaklamak için farklı parçalar kullanılır.

Mercekler

Plastik pencere kaplama kızılötesi enerjiyi sensöre odaklamak için muhafaza içine kalıpla şekillendirilmiş birden çok yüzü olabilir. Her yüzü ayrı bir Fresnel merceği'dir.

Çoklu Fresnel lens tipi PIR
Tek tek lensleri göstermek için yalnızca PIR ön kapak (elektronikler çıkarılmış), arkasında noktasal ışık kaynağı ile.
Ön kapağı çıkarılmış PIR, piroelektrik sensörün yerini gösterir (yeşil ok).

Aynalar

Bazı PIR'lerin kızılötesi enerjiyi odaklamak için dahili bölümlere ayrılmış parabolik aynaları vardır. Aynaların kullanıldığı yerlerde plastik pencere kapağının içine kalıplanmış Fresnel mercekleri yoktur.

Parçalı ayna tipi PIR
Odaklanma için parçalı ayna kullanan bir konut/ticari PID.
Kapak kaldırılmış haldeyken üstte baskılı devre kartı ile altta parçalı aynanın görünüşü.
Bölünmüş aynayı göstermek için baskılı devre kartı çıkarıldı.
Parçalı parabolik ayna muhafazadan çıkarılmış halde görülüyor
Yerinde aynaya bakan devre kartının arkası. Yeşil okla gösterilen piroelektrik sensördür.

Işın düzeni

Odaklanmanın sonucu olarak, dedektör görünümü aslında bir ışın modelidir. Belirli açılar (bölgeler) altında, PIR sensörü neredeyse hiç radyasyon enerjisi almaz ve diğer açılar altında PIR, konsantre miktarda kızılötesi enerjisi alır. Bu ayrım, hareket dedektörünün alan çapında aydınlatma ve hareketli nesneler arasında ayrım yapmasına yardımcı olur.

Kişi bir açıdan (ışın) diğerine geçtiğinde dedektör hareket eden kişiyi yalnızca aralıklı olarak görür. Bu, elektronik devre tarafından bir alarmı tetiklemek veya aydınlatmayı açmak için kullanılan, hızla değişen sensör sinyali ile sonuçlanır. Yavaş değişen bir sinyal elektronik devre tarafından göz ardı edilir.

Bu bölgelerin sayısı, şekli, dağılımı ve hassasiyeti mercek ve/veya ayna tarafından belirlenir. Üreticiler, her uygulama için optimum hassasiyette ışın deseni oluşturmak için ellerinden gelenin en iyisini yaparlar.

Üst üste bindirilmiş ışın desenli hareket dedektörü. Işınların uzunluğu, dedektörlerin o yöndeki hassasiyetinin bir ölçüsüdür.

Otomatik aydınlatma uygulamaları

Bir aydınlatma sisteminin parçası olarak kullanıldığında, PIR'deki elektronikler tipik olarak şebeke voltajını değiştirebilen entegre bir röleyi kontrol eder. Bu, PIR'ın hareket algılandığında PIR'ye bağlı ışıkları açacak şekilde ayarlanabileceği anlamına gelir. Bu en yaygın olarak, suçluları caydırmak (güvenlik aydınlatması) veya karanlıkta anahtarlarınızı bulabilmeniz için ön kapı ışığının açılması gibi pratik kullanımlar için dış mekan senaryolarında kullanılır.

Ek kullanımlar, umumi tuvaletler, gömme kiler, koridorlar veya otomatik ışık kontrolünün yararlı olduğu herhangi bir yerde olabilir. Bu, ışıklar yalnızca ihtiyaç duyulduğunda açıldığında ve kullanıcıların alanı terk ederken ışıkları kapatmayı hatırlamalarına gerek kalmadığından enerji tasarrufu sağlar.

Güvenlik uygulamaları

Bir güvenlik sisteminin parçası olarak kullanıldığında, PIR'deki elektronikler genellikle küçük bir röleyi kontrol eder. Bu röle, hırsız alarm kontrol paneli algılama giriş bölgesine bağlı bir çift elektrik kontağı üzerinden devreyi tamamlar. Sistem, herhangi bir hareket algılanmıyorsa, röle kontağı kapalı olacak şekilde 'normalde kapalı' (NC) röle kullanılarak tasarlanır. Hareket algılanırsa röle devreyi açarak alarmı tetikler; veya bir kablonun bağlantısı kesilirse alarm da çalışacaktır.

Yerleşim

Üreticiler, yanlış alarmları önlemek için ürünlerinin dikkatli bir şekilde yerleştirilmesini tavsiye eder (yani, davetsiz bir misafirin neden olmadığı herhangi bir algılama).

PIR'leri, PIR'nin bir pencereden "göremeyeceği" şekilde monte edilmesi önerilir. Çiplerin duyarlı olduğu kızılötesi radyasyonun dalga boyu cama çok iyi nüfuz etmemesine rağmen, güçlü bir kızılötesi kaynak (örneğin bir araç farından veya güneş ışığından gelen) sensöre aşırı yüklenebilir ve yanlış alarma neden olabilir. Camın diğer tarafında hareket eden bir kişi PID tarafından "görülmez". Bu, halka açık bir kaldırıma bakan bir pencere için iyi olabilir veya bir iç bölmedeki bir pencere için kötü olabilir.

Ayrıca PIR'nin, bir HVAC menfezinin muhafazanın penceresini kaplayan plastiğin yüzeyine sıcak veya soğuk hava üfleyeceği bir konuma yerleştirilmemesi de tavsiye edilir. Havanın yayıcılığı çok düşük olmasına rağmen (çok az miktarda kızılötesi enerji yayar), plastik pencere kapağına üfleyen hava, plastiğin sıcaklığını yanlış alarmı tetikleyecek kadar değiştirebilir.

Sensörler ayrıca genellikle daha yüksek bir hassasiyet eşiği ayarlayarak veya odanın zemininin odak dışında kalmasını sağlayarak köpekler veya kediler gibi evcil hayvanları "görmezden gelmek" için tasarlanmıştır.

PIR sensörleri 10 metreye (30 fit) kadar menzile sahip olduğundan, girişin yanına yerleştirilen bir dedektör, genellikle yalnızca bir girişli odalar için gerekli olan tek şeydir.

PIR tabanlı güvenlik sistemleri, dış mekan güvenliğinde ve harekete duyarlı aydınlatmada da kullanılabilir; bir avantajı güneş enerjisiyle çalıştırılmalarına izin veren düşük güç çekişleridir.

PIR uzaktan tabanlı termometre

Bir PIR devresinin uzaktaki bir nesnenin sıcaklığını ölçtüğü tasarımlar uygulanmıştır.^[5] Böyle bir devrede diferansiyel olmayan bir PIR çıkışı kullanılır. Çıkış sinyali, gözlemlenecek belirli bir madde türünün IR spektrumu için bir kalibrasyona göre değerlendirilir. Bu sayede uzaktan nispeten doğru ve hassas sıcaklık ölçümleri elde edilebilir. Bir PIR termometre cihazı, gözlemlenen malzeme türüne göre kalibrasyon yapılmadan, doğrudan sıcaklık değişikliklerine karşılık gelen IR emisyonundaki değişiklikleri ölçebilir, ancak gerçek sıcaklık değerleri hesaplanamaz.

Ayrıca bakınız

Dış bağlantılar

How Infrared motion detector components work 10 Mart 2000 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi.
Design advice and assembly instructions from a motion detector kit 19 Ağustos 2021 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi.
ABD patent 3.703.718, Infrared Intrusion Detector System, issued Nov 21 1972 to Herbert L. Berman, contains a very clear explanation

Kaynakça

^ Product Specification for PR150-1L/PR180-1L. Leviton. Erişim tarihi: 6 Eylül 2014. ^{[ölü/kırık bağlantı]}^{[ölü/kırık bağlantı]}
^ "How Infrared motion detector components work". Non commercial research page. Glolab Corporation. 10 Mart 2000 tarihinde kaynağından arşivlendi.
^ "PIR sensor technology". ecosirius.com. 16 Temmuz 2014 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 1 Şubat 2014.
^ "PIR Sensor Output Pulse Generation". 25 Şubat 2021 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 3 Mart 2022.
^ C. F. Tsai and M. S. Young (December 2003). "Pyroelectric infrared sensor-based thermometer for monitoring indoor objects". Review of Scientific Instruments. 74 (12): 5267-5273. doi:10.1063/1.1626005.

[1] Product Specification for PR150-1L/PR180-1L. Leviton. Erişim tarihi: 6 Eylül 2014. ^{[ölü/kırık bağlantı]}^{[ölü/kırık bağlantı]}

[Glolab_Corporation-2] "How Infrared motion detector components work". Non commercial research page. Glolab Corporation. 10 Mart 2000 tarihinde kaynağından arşivlendi.

[3] "PIR sensor technology". ecosirius.com. 16 Temmuz 2014 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 1 Şubat 2014.

[4] "PIR Sensor Output Pulse Generation". 25 Şubat 2021 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 3 Mart 2022.

[PIR_Thermometer_Tsai_2003-5] C. F. Tsai and M. S. Young (December 2003). "Pyroelectric infrared sensor-based thermometer for monitoring indoor objects". Review of Scientific Instruments. 74 (12): 5267-5273. doi:10.1063/1.1626005.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]