|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
ЕНЦИКЛОПЕДІЯ РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ ТА ЕЛЕКТРОТЕХНІКИ Піроелектричні датчики ІЧ випромінювання. Довідкові дані
Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Довідкові матеріали Сьогодні вже мало кого дивує двері установи або магазину, що автоматично відчиняються перед відвідувачем. У більшості подібних випадків наближення людини "відчує" прилад, що висить над дверима, з піроелектричним датчиком (приймачем) ІЧ випромінювання. Подібні датчики вирізняються високою чутливістю, довговічні, прості в експлуатації. Вони знаходять широке застосування, у тому числі в системах охоронної та пожежної сигналізації, дистанційних вимірювачах температури. Піроелектричний ефект (пірос по-грецьки – вогонь) – генерація електричних зарядів у кристалах під впливом тепла – відомий дуже давно, його дослідженням ще у XIX столітті займався відомий німецький фізик Вільгельм Рентген. Ефект схожий на п'єзоелектричний, більше того, піроелектрики, як правило, мають і п'єзоелектричні властивості. У кристалах природного походження (кварц, турмалін) піроелектричний ефект виражений досить слабко, але теоретично показана можливість існування речовин зі скільки завгодно великим піроелектричним коефіцієнтом - ставленням збільшення електричного заряду до його збільшення температури. Порівняно недавно такі речовини, що належать до класу сегнетоелектриків, вдалося синтезувати та створити на їх основі чутливі датчики. Типова схема датчика показано на рис. 1. Чутливим елементом В1 є своєрідний конденсатор - пластина з піроелектрика металевими обкладками. На одну з обкладок нанесений шар речовини, здатної поглинати електромагнітне (теплове) випромінювання. В результаті поглинання енергії температура пластини конденсатора збільшується між обкладками з'являється напруга строго певної полярності. Будучи доданим до ділянки затвор-витік вбудованого польового транзистора VT1, воно викликає зміну опору каналу. Вихідний сигнал знімають із зовнішнього резистора навантаження, включеного в ланцюг стоку транзистора.
Через деякий час, незалежно від того, чи продовжує діяти на датчик теплове випромінювання чи ні, конденсатор розрядиться через опір витоку R1 - вихідний сигнал спадає до нуля. Найчастіше датчики постачають декількома чутливими елементами, з'єднаними послідовно з полярністю, що чергується. Цим забезпечують нечутливість приладу до рівномірного фонового опромінення та отримання знакозмінної вихідної напруги при переміщенні сфокусованого зображення об'єкта по чутливій поверхні датчика. Вимірюють чутливість піроелектричного датчика зазвичай за допомогою установки схематично зображеної на рис. 2. Імітатор абсолютно чорного тіла використаний як джерело теплового випромінювання. Потік періодично, з частотою 1 Гц, перекриває заслінка-переривник, що приводиться в дію електродвигуном. ІЧ імпульси надходять на чутливий елемент датчика і викликають появу імпульсів напруги на зовнішньому резисторі R1. Легко бачити, що польовий транзистор датчика тут включений повторюваним джерелом.
Як показують вимірювання, чутливість датчика зменшується практично пропорційно збільшенню частоти імпульсів випромінювання, які він приймає. Причина цього – значна теплова інерційність чутливого елемента. Датчики, призначені для роботи при великих перепадах температури навколишнього середовища, оснащують двома чутливими елементами, включеними послідовно зустрічно, - робочим і компенсаційним. Компенсаційний елемент може бути закритий від зовнішнього потоку випромінювання, але знаходиться в однакових робочих температурних умовах. Характеристику спектральної чутливості датчика визначає поглинаючу здатність матеріалу покриття пластини піроелектрика в тому чи іншому частотному інтервалі електромагнітного випромінювання. Остаточно її формують за допомогою оптичних фільтрів, що встановлюються перед чутливим елементом. Типові характеристики спектральної чутливості різних варіантів піроелектричних датчиків показано на рис. 3.
Датчики з характеристикою 1 призначені для виявлення полум'я, 2 і 3 - найкраще підходять для фіксації руху людини. Характеристика 4 оптимальна для використання у дистанційних вимірювачах температури. Піроелектричні датчики різного призначення випускають кілька фірм. Нижче буде докладно розказано про вироби однієї з них – Murata Manufacturing Со (Японія). Датчики оформлені в циліндричному металевому корпусі з трьома (або чотирма) жорсткими дротяними лудженими висновками (рис. 4). На плоскому торці корпусу, що протилежить висновкам, є квадратне, прямокутне або кругле вікно, закрите прозорим для ІЧ променів фільтром. На цьому ж малюнку вказано цоколівку приладів.
Основні технічні характеристики піроелектричних датчиків серії IRA фірми Murata представлені у таблиці.
У датчиків IRA-E710ST0, IRA-E910ST1, IRA-E420S1 та IRA-E420QW1 між виводами затвора та витоку, а також затвора та стоку польових транзисторів включені вбудовані блокувальні конденсатори. У корпусі приладу IRA-E940ST1 розміщено два датчики з двома чутливими елементами кожен. Прилад має один загальний висновок та об'єднаний — висновок, виводи витоку транзисторів — роздільні. Типова схема застосування піроелектричного датчика у пристрої охоронної сигналізації показано на рис. 5. Конденсатори С1 та С2 служать для придушення високочастотних наведень на висновки датчика В1 та повинні бути встановлені у безпосередній близькості від нього. Ці конденсатори не потрібні, якщо в застосованому датчику є вбудовані.
Внутрішній польовий транзистор датчика В1 включений за схемою повторювача. Його навантаження – резистор R1. Коливання напруги, що виникають на ньому під час руху нагрітого об'єкта в чутливій зоні, посилюють два ОУ - DA1.1 та DA1.2. Їхній загальний коефіцієнт посилення досягає максимуму (7500) на частоті 2 Гц, спадаючи на 3 дБ у частотних точках 0,5 і 5,5 Гц. Однак інерційність самого датчика зрушує загальну смугу пропускання системи датчик-підсилювач значно нижчою – до 0,06...1,2 Гц. Як тільки амплітуда сигналу на виході ОУ DA1.2 перевищить 0,8, спрацьовує компаратор DA2.1, якщо викид напруги позитивний, або DA2.2, якщо він від'ємний, відносно деякого значення, близького до половини напруги живлення (воно визначено номіналами резисторів R10 та R12). Виходи компараторів (з відкритим колектором) з'єднані паралельно, тому при спрацьовуванні будь-якого змінюється логічний рівень на вході мікроконтролера. В результаті обробки отриманої послідовності імпульсів (вимірювання їх тривалості, підрахунку числа за певний проміжок часу) мікроконтролер виробляє сигнал, що управляє, що приводить в дію виконавчий механізм або вузол подачі тривоги. Для збільшення просторової зони чутливості датчика перед його оптичним вікном зазвичай встановлюють лінзу, що фокусує ІЧ промені на пластині піроелектрика. Щоб отримати віялоподібну форму чутливого сектора огляду, подібну до показаної спрощено на рис. 6,а застосовують зоновану лінзу Френеля. Вона складається з безлічі окремих фокусуючих ділянок, кожна з яких формує свій чутливий промінь, що приходить з певного напрямку. В результаті при переміщенні об'єкта, що рухається, з одного променя в інший датчик генерує змінну напругу.
Подібна віяло променів утворюється і у вертикальній площині (рис. 6, б). Застосовуючи лінзи Френеля спеціальної структури, можна варіювати форму пелюсток для того, щоб отримати найкращі умови для виявлення об'єкта в заданому секторі огляду. Окрім датчиків серії IRA, фірма Murata випускає піроелектричні модулі IMD-B101-01 та IMD-B102-01. Поряд із власне датчиком, такий модуль містить підсилювач та формувач імпульсів, придатних для подачі на входи стандартних логічних елементів (вузол A3). Структурна схема модуля показано на рис. 7, а креслення корпусу - на рис. 8.
Цоколівка модулів відрізняється мало. В обох висновок 1 – загальний, мінусовий висновок харчування; висновок 3 – плюсовий висновок харчування; висновок 4 – цифровий вихід. Але у модуля IMD-B101-01 висновок 2 – аналоговий вихід підсилювача сигналу датчика, а у IMD-B102-01 – вхід сигналу стробування комутатора. Основні характеристики модулів:
У системах, що автоматично включають освітлення при виявленні руху в приміщенні, на вхід стробування модуля IMD-B102-01 зазвичай подають сигнал фоторезистора, що реагує на загальну освітленість. Цим унеможливлюють спрацювання системи в денний час. Автор: А. Сергєєв, м. Москва за матеріалами сайту murata.com.
Машина для проріджування квітів у садах
02.05.2024 Удосконалений мікроскоп інфрачервоного діапазону
02.05.2024 Пастка для комах
01.05.2024
▪ Метелика рятує не візерунок очей на крилах ▪ Щоб щось запам'ятати, треба щось забути
▪ розділ сайту Загадки для дорослих та дітей. Добірка статей ▪ стаття Організація та наведення переправ через водні перепони. Основи безпечної життєдіяльності ▪ стаття Що таке сузір'я та скільки їх на земному небі? Детальна відповідь ▪ стаття Оман високий. Легенди, вирощування, способи застосування ▪ стаття Переміщає набалдашник. Секрет фокусу
Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт
www.diagram.com.ua |
Дивіться інші статті розділу 
Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:
All languages of this page