سنسور حرکت مادون قرمز چگونه متصل می شود؟ اصل عملکرد و هدف سنسور حرکت مادون قرمز آشکارسازهای امنیتی مادون قرمز

- وقتی به در می‌آیید، درهای فرودگاه‌ها و مغازه‌ها را باز می‌کنند. آنها همچنین حرکت را تشخیص داده و در دزدگیر هشدار می دهند. چگونه کار می کنند: یک حسگر حساس به تابش مادون قرمز در محدوده 5-15 میکرون تشعشع حرارتی بدن انسان را تشخیص می دهد. اگر کسی فیزیک را فراموش کرده است، به شما یادآوری کنم: در این محدوده است که حداکثر تابش اجسام در دمای 20-40 درجه سانتیگراد است. هر چه یک جسم گرمتر باشد، بیشتر تشعشع می کند. برای مقایسه: نورافکن‌های مادون قرمز برای دوربین‌های ویدئویی با نور پس‌زمینه، آشکارسازهای پرتو (دو موقعیت) «تقاطع پرتو» و کنترل‌های کنترل از راه دور تلویزیون در محدوده طول موج کوتاه‌تر از 1 میکرون کار می‌کنند، منطقه قابل رویت انسان از طیف در منطقه 0.45– است. 0.65 میکرون
سنسورهای غیرفعال از این نوع به این دلیل نامیده می شوند که خود چیزی از خود ساطع نمی کنند، آنها فقط تشعشعات حرارتی بدن انسان را درک می کنند. مشکل این است که هر جسمی در دمای حتی 0 درجه سانتیگراد، مقدار زیادی در محدوده مادون قرمز ساطع می کند. بدتر از آن، آشکارساز خود ساطع می کند - بدن آن و حتی مواد عنصر حساس. بنابراین، اولین آشکارسازهای این چنینی کار می‌کنند، اگر فقط خود آشکارساز، مثلاً به نیتروژن مایع (-196 درجه سانتیگراد) خنک شود. چنین آشکارسازهایی در زندگی روزمره چندان کاربردی نیستند. آشکارسازهای جرم مدرن همه طبق اصل دیفرانسیل کار می کنند - آنها قادر به اندازه گیری دقیق مقدار واقعی شار تابش مادون قرمز از یک فرد متحرک (در پس زمینه شارهای انگلی از اجسام بسیار نزدیکتر) نیستند، اما (همچنین در واقع، در آستانه حساسیت) قادر به تشخیص تغییر در تفاوت شارهای IR در دو سایت مجاور هستند. یعنی مهم است که تابش یک شخص فقط روی یکی از سایت ها متمرکز شود و علاوه بر این، تغییر کند. آشکارساز با اطمینان بیشتر کار می کند اگر تصویر یک فرد ابتدا به یک ناحیه برخورد کند، سیگنال آن از ناحیه دوم بیشتر شود و سپس شخص حرکت کند، به طوری که اکنون تصویر او در ناحیه دوم و سیگنال برای ناحیه دوم قرار می گیرد. افزایش خواهد یافت و اولین سقوط خواهد کرد. چنین تغییرات نسبتاً سریعی در تفاوت سیگنال را می توان حتی در پس زمینه یک سیگنال عظیم و ناپایدار ناشی از سایر اشیاء اطراف (و به ویژه نور خورشید) تشخیص داد.

چگونه آشکارساز IR را فریب دهیم
اشکال اولیه روش غیرفعال IR تشخیص حرکت: یک فرد باید به وضوح از نظر دما با اجسام اطراف متفاوت باشد. در دمای اتاق 36.6 درجه، هیچ آشکارساز نمی تواند فرد را از دیوارها و مبلمان تشخیص دهد. بدتر از آن، هر چه دمای اتاق به 36.6 درجه نزدیکتر باشد، حساسیت آشکارساز بدتر است. اکثر دستگاه های مدرن تا حدی این اثر را با افزایش بهره در دما از 30 درجه به 45 درجه جبران می کنند (بله، آشکارسازها حتی با افت معکوس نیز با موفقیت کار می کنند - اگر اتاق +60 درجه باشد، به لطف سیستم تنظیم حرارت، آشکارساز به راحتی یک فرد را تشخیص می دهد. ، بدن انسان دما را در حدود 37 درجه نگه می دارد). بنابراین، در دمای خارج از حدود 36 درجه (که اغلب در کشورهای جنوبی یافت می شود)، آشکارسازها درها را بسیار ضعیف باز می کنند، یا برعکس، به دلیل حساسیت بسیار بالا، به کوچکترین نفس باد واکنش نشان می دهند.
علاوه بر این، به راحتی می توان آشکارساز IR را با هر جسمی در دمای اتاق مسدود کرد (یک ورقه مقوا) یا روی یک کت و کلاه ضخیم قرار داد تا دست ها و صورت شما بیرون نزند و اگر به اندازه کافی آهسته راه بروید، IR آشکارساز متوجه چنین آشفتگی های کوچک و کندی نخواهد شد.
همچنین توصیه‌های عجیب‌تری در اینترنت وجود دارد، مانند یک لامپ IR قدرتمند، که اگر به آرامی روشن شود (با یک دیمر معمولی)، ردیاب IR را از مقیاس خارج می‌کند، و پس از آن می‌توانید حتی بدون لامپ از جلوی آن راه بروید. کت خز. اما در اینجا باید توجه داشت که آشکارسازهای IR خوب در این حالت سیگنال نقص را می دهند.
در نهایت، شناخته شده ترین مشکل آشکارسازهای IR، ماسک کردن است. هنگامی که سیستم خلع سلاح می شود، در طول روز در ساعات اداری، شما به عنوان یک بازدیدکننده به مکان مناسب (مثلاً به فروشگاه) می آیید و با گرفتن لحظه ای در حالی که کسی به آن نگاه نمی کند، آشکارساز IR را با یک قطعه مسدود کنید. از کاغذ، آن را با یک فیلم چسبنده مات ببندید یا آن را با اسپری رنگ پر کنید. این به ویژه برای شخصی که خودش در آنجا کار می کند راحت است. انباردار در طول روز با دقت ردیاب را مسدود کرد، شب ها از پنجره بالا رفت، همه چیز را بیرون آورد و سپس همه چیز را برداشت و با پلیس تماس گرفت - وحشت، آنها سرقت کردند، اما زنگ کار نکرد.
برای محافظت در برابر چنین پوششی، تکنیک های زیر موجود است.
1. در سنسورهای ترکیبی (IR + مایکروویو)، در صورتی که سنسور مایکروویو سیگنال رادیویی بازتابی بزرگی را تشخیص دهد (فردی خیلی نزدیک شد یا مستقیماً دستش را به آشکارساز دراز کرد) سیگنال نقص صادر کرد و سنسور مادون قرمز از انتشار بازماند. سیگنال ها در بیشتر موارد، در زندگی واقعی، این به هیچ وجه به معنای قصد سوء جنایتکار نیست، بلکه سهل انگاری پرسنل است - به عنوان مثال، پشته بالایی از جعبه ها ردیاب را مسدود کرده است. با این حال، صرف نظر از قصد مخرب، اگر آشکارساز مسدود شود، این یک آشفتگی است و چنین سیگنال "عیب" بسیار مناسب است.
2. برخی از دستگاه های کنترل پنل زمانی دارای الگوریتم کنترل هستند که پس از خلع سلاح آشکارساز، حرکت را تشخیص دهد. یعنی عدم وجود سیگنال تا زمانی که شخصی از جلوی سنسور رد شود و سیگنال عادی "حرکت وجود دارد" را بدهد، نقص در نظر گرفته می شود. این عملکرد خیلی راحت نیست، زیرا همه مکان‌ها اغلب خلع سلاح می‌شوند، حتی آن‌هایی که امروز کسی قرار نیست وارد آنها شود، اما معلوم می‌شود که در عصر، برای اینکه محل را دوباره در حالت نگهبان قرار دهید، باید به داخل آن بروید. تمام اتاق هایی که هیچ کس در طول روز آنجا نبود و دستان خود را جلوی سنسورها تکان دهید - پانل کنترل از عملکرد سنسورها اطمینان حاصل می کند و با مهربانی به شما اجازه می دهد تا سیستم را مسلح کنید.
3. در نهایت، تابعی به نام "منطقه نزدیک" وجود دارد که زمانی در الزامات GOST ملی گنجانده شده بود و اغلب به اشتباه "ضد پوشش" نامیده می شود. ماهیت ایده: آشکارساز باید یک حسگر اضافی داشته باشد که مستقیماً به پایین، زیر آشکارساز، یا یک آینه جداگانه، یا به طور کلی یک لنز پیچیده خاص، به طوری که هیچ منطقه مرده ای در زیر وجود نداشته باشد. (اکثر آشکارسازها میدان دید محدودی دارند و بیشتر به جلو و 60 درجه به پایین نگاه می کنند، بنابراین یک منطقه مرده کوچک درست زیر آشکارساز، در سطح کف حدود یک متر از دیوار وجود دارد.) اعتقاد بر این است که یک دشمن حیله گر به نحوی عمل خواهد کرد. بتوانید وارد این منطقه مرده شوید و از آنجا لنز سنسور مادون قرمز را مسدود کنید (تبدیل کنید) و سپس با وقاحت در اتاق قدم بزنید. در واقعیت، آشکارساز معمولا به گونه ای نصب می شود که هیچ راهی برای ورود به این منطقه مرده، دور زدن مناطق حساس سنسور وجود ندارد. خوب، شاید از طریق دیوار، اما در برابر جنایتکارانی که از دیوار نفوذ می کنند، لنزهای اضافی کمکی نخواهد کرد.

تداخل رادیویی و تداخل های دیگر
همانطور که قبلاً گفتم، سنسور IR نزدیک به حد حساسیت کار می کند، به خصوص زمانی که دمای اتاق به 35 درجه سانتیگراد نزدیک می شود. البته، این سنسور نیز بسیار مستعد تداخل است. اگر یک تلفن همراه را در کنار آنها قرار دهید و با آن تماس بگیرید، بیشتر آشکارسازهای IR می توانند هشدار کاذب بدهند. در مرحله برقراری ارتباط، تلفن سیگنال های دوره ای قدرتمندی با دوره نزدیک به 1 هرتز تولید می کند (این محدوده ای است که سیگنال های معمولی از شخصی که جلوی سنسور مادون قرمز راه می رود قرار می گیرد). چند وات تابش رادیویی کاملاً با میکرووات تابش حرارتی انسان قابل مقایسه است.
علاوه بر انتشار رادیویی، ممکن است تداخل نوری وجود داشته باشد، اگرچه لنز سنسور IR معمولاً در محدوده قابل مشاهده مات است، اما لامپ های قدرتمند یا چراغ های جلوی خودروهای 100 واتی در محدوده طیفی همسایه، دوباره ممکن است سیگنالی قابل مقایسه با میکرووات از یک فرد در محدوده مورد نظر. امید اصلی در همان زمان این است که تداخل نوری خارجی، به عنوان یک قاعده، تمرکز ضعیفی دارد و بنابراین به طور یکسان بر هر دو عنصر حساس سنسور IR تأثیر می گذارد، بنابراین آشکارساز می تواند تداخل را تشخیص دهد و هشدار کاذب ندهد.

راه هایی برای بهبود سنسورهای IR
ده سال است که تقریباً تمام آشکارسازهای IR امنیتی دارای یک ریزپردازنده به اندازه کافی قدرتمند هستند و بنابراین کمتر مستعد تداخل تصادفی شده‌اند. آشکارسازها می توانند تکرارپذیری و پارامترهای مشخصه سیگنال، پایداری طولانی مدت سطح سیگنال پس زمینه را تجزیه و تحلیل کنند که باعث افزایش قابل توجه مقاومت در برابر تداخل می شود.
حسگرهای مادون قرمز، اصولاً در برابر مجرمان پشت صفحه‌های مات بی‌دفاع هستند، اما تحت تأثیر جریان گرما از تجهیزات آب و هوا و نور اضافی (از طریق پنجره) قرار می‌گیرند. برعکس، سنسورهای حرکتی مایکروویو (رادیویی) قادر به تولید سیگنال های کاذب، تشخیص حرکت در پشت دیوارهای شفاف رادیویی، خارج از محوطه محافظت شده هستند. آنها همچنین بیشتر مستعد تداخل رادیویی هستند. آشکارسازهای ترکیبی IR + مایکروویو را می توان هم بر اساس طرح "AND" استفاده کرد که احتمال هشدارهای اشتباه را به میزان قابل توجهی کاهش می دهد و هم طبق طرح "OR" برای مکان های به ویژه بحرانی که عملاً امکان غلبه بر آنها را از بین می برد.
سنسورهای IR نمی توانند بین یک فرد کوچک و یک سگ بزرگ تشخیص دهند. تعدادی سنسور وجود دارد که در آنها به دلیل استفاده از سنسورهای 4 ناحیه ای و لنزهای مخصوص حساسیت به حرکات اجسام کوچک به میزان قابل توجهی کاهش می یابد. سیگنال یک فرد قد بلند و از یک سگ کم ارتفاع در این مورد را می توان به احتمال زیاد تشخیص داد. باید به خوبی درک کرد که اصولاً تشخیص کامل یک نوجوان خمیده از روتوایلری که روی پاهای عقبش ایستاده است غیرممکن است. با این وجود، احتمال هشدارهای کاذب را می توان به میزان قابل توجهی کاهش داد.
چند سال پیش، حسگرهای پیچیده تری ظاهر شدند - با 64 منطقه حساس. در واقع، این یک تصویرگر حرارتی ساده با ماتریسی از عناصر 8×8 است. مجهز به یک پردازنده قدرتمند، چنین حسگرهای IR (به هیچ وجه نمی توان آنها را "آشکارگر" نامید) می توانند اندازه و فاصله تا یک هدف گرم متحرک، سرعت و جهت حرکت آن را تعیین کنند - 10 سال پیش، مانند سنسورها به عنوان اوج فناوری برای موشک های خانگی در نظر گرفته می شدند و اکنون از آنها برای محافظت در برابر دزدان پیش پا افتاده استفاده می شود. ظاهراً به زودی عادت خواهیم کرد که سنسور مادون قرمز را ربات‌های کوچکی بنامیم که شب‌ها شما را با این جمله از خواب بیدار می‌کنند: «ببخشید آقا، اما دزدها، آقا، آنها چای می‌خواهند. آیا الان باید به آنها چای بدهم یا از آنها بخواهم که صبر کنند تا شما شسته شوید و هفت تیرتان را بردارید؟

در میان طیف گسترده ای از آشکارسازهای امنیتی، سنسور حرکت مادون قرمز رایج ترین دستگاه است. قیمت مقرون به صرفه و کارایی، اینها ویژگی هایی است که محبوبیت آنها را تضمین می کند. و همه به لطف این واقعیت است که تابش مادون قرمز در آغاز قرن نوزدهم کشف شد.

این فراتر از محدوده نور قرمز مرئی در محدوده 0.74-2000 میکرون است. خواص نوری مواد بسیار متفاوت است و به نوع تابش بستگی دارد. لایه کوچکی از آب نسبت به تابش IR مات است. تشعشعات مادون قرمز خورشید 50 درصد از کل انرژی تابش شده را تشکیل می دهد.

منطقه برنامه

سنسورهای حرکتی مادون قرمز برای امنیت برای مدت طولانی مورد استفاده قرار گرفته اند. آنها حرکات اجسام گرم را در محل ضبط کردند و یک سیگنال هشدار را به صفحه کنترل مخابره کردند. آنها شروع به ترکیب با دوربین های فیلمبرداری و دوربین ها کردند. در صورت تخلف، حادثه ای ثبت شد. سپس دامنه گسترش یافت. جانورشناسان شروع به استفاده از تله های دوربین برای کنترل حیوانات تحت مطالعه کردند.

بیشتر از همه، سنسورهای IR در سیستم خانه هوشمند استفاده می شوند، جایی که آنها نقش یک سنسور حضور را بازی می کنند. هنگامی که یک جسم خون گرم وارد محوطه دستگاه می شود، روشنایی اتاق یا خیابان را روشن می کند. در مصرف برق صرفه جویی کنید و زندگی را برای مردم آسان تر کنید.

در سیستم های کنترل دسترسی، آشکارسازهای حرکتی باز و بسته شدن درهای ساختمان های عمومی را کنترل می کنند. به گفته کارشناسان، بازار سنسورهای IR تا 3 تا 5 سال آینده سالانه 20 درصد رشد خواهد کرد.

اصل عملکرد سنسور حرکت IR

کار آشکارساز IR کنترل تابش مادون قرمز یک منطقه خاص، مقایسه آن با سطح پس زمینه و بر اساس نتایج تجزیه و تحلیل، صدور پیام است.

سنسورهای حرکتی IR برای امنیت از انواع سنسورهای فعال و غیرفعال استفاده می کنند. اولی ها از فرستنده خود برای کنترل استفاده می کنند و همه چیز را در ناحیه تحت پوشش دستگاه تحت تابش قرار می دهند. گیرنده قسمت منعکس شده تابش IR را دریافت می کند و با توجه به ویژگی های آن تعیین می کند که آیا نقض منطقه امنیتی وجود داشته است یا خیر. سنسورهای فعال از نوع ترکیبی هستند، هنگامی که واحدهای گیرنده و فرستنده از هم جدا می شوند، اینها آشکارسازهایی هستند که محیط یک جسم را کنترل می کنند. برد بیشتری نسبت به دستگاه های غیرفعال دارند.

سنسور حرکت مادون قرمز غیرفعال امیتر ندارد، به تغییرات تابش مادون قرمز اطراف واکنش نشان می دهد. به طور کلی، آشکارساز دارای دو عنصر حساس است که قادر به تشخیص اشعه مادون قرمز است. یک لنز فرنل در جلوی سنسورها نصب شده است و فضا را به چند ده منطقه تقسیم می کند.

یک عدسی کوچک تشعشعات را از یک ناحیه خاص از فضا جمع آوری کرده و به عنصر حساس خود می فرستد. یک عدسی مجاور که ناحیه مجاور را کنترل می کند یک پرتو تابش به سنسور دوم می فرستد. تابش بخش های مجاور تقریباً یکسان است. اگر تعادل مختل شود، اگر از مقدار آستانه فراتر رود، دستگاه پانل کنترل را در مورد نقض منطقه حفاظتی مطلع می کند.

مدار سنسور IR

هر سازنده یک نمودار مدار آشکارساز IR منحصر به فرد دارد، اما از نظر عملکرد تقریباً یکسان هستند.

سنسور IR دارای یک سیستم نوری، یک عنصر حساس به هوا و یک واحد پردازش سیگنال است.

سیستم نوری

منطقه کاری سنسورهای حرکتی مدرن به دلیل اشکال مختلف سیستم نوری بسیار متنوع است. پرتوها از دستگاه در جهت شعاعی در سطوح مختلف جدا می شوند.

از آنجایی که آشکارساز دارای یک سنسور دوگانه است، همه پرتوها دوشاخه هستند.

جهت گیری سیستم نوری به گونه ای است که تنها یک هواپیما یا چندین هواپیما را در سطوح مختلف کنترل می کند. می تواند فضا را در یک دایره یا در امتداد یک پرتو کنترل کند.

هنگام ساختن اپتیک حسگرهای IR، اغلب از لنزهای فرنل استفاده می شود که نمایانگر بسیاری از جنبه های منشوری روی یک فنجان پلاستیکی محدب است. هر لنز شار IR را از ناحیه فضای خود جمع آوری می کند و عنصری را به PIR می فرستد.

طراحی سیستم نوری به گونه ای است که انتخاب پذیری برای همه لنزها یکسان است. برای محافظت از خود در برابر گرمای خود عناصر، حشرات، یک محفظه مهر و موم شده در دستگاه تعبیه شده است. اپتیک آینه ای به ندرت استفاده می شود. این امر باعث افزایش قابل توجه برد دستگاه و قیمت دستگاه می شود.

عنصر حساس به هوا

نقش سنسور در سنسور IR توسط یک مبدل پیرو الکتریک مبتنی بر عناصر نیمه هادی حساس انجام می شود. از دو سنسور تشکیل شده است. هر یک از آنها یک شار تابشی از دو پرتو مجاور دریافت می کنند. با همان پس زمینه یکنواخت، سنسور بی صدا است. اگر عدم تعادل رخ دهد، یک منبع گرمای اضافی در یک منطقه ظاهر می شود، و نه در منطقه دیگر، سنسور فعال می شود.

برای بهبود قابلیت اطمینان و کاهش موارد مثبت کاذب، اخیراً از عناصر Quad PIR استفاده شده است. این امر باعث افزایش حساسیت و ایمنی دستگاه در برابر نویز شد. اما فاصله تشخیص مطمئن مزاحم را کاهش داد. برای حل این مشکل، باید از اپتیک دقیق استفاده کنید.

واحد پردازش سیگنال

وظیفه اصلی واحد شناسایی قابل اعتماد شخص در پس زمینه تداخل است.

آنها بسیار متنوع هستند:

1. تابش خورشیدی؛
2. منابع IR مصنوعی؛
3. تهویه مطبوع و یخچال؛
4. حیوانات؛
5. همرفت هوا؛
6. تداخل الکترومغناطیسی؛
7. ارتعاش

بلوک پردازش برای تجزیه و تحلیل از دامنه، شکل و مدت سیگنال خروجی مبدل پیروالکتریک استفاده می کند. برخورد نفوذگر باعث ایجاد یک سیگنال دوقطبی متقارن می شود. تداخل مقادیر نامتعادلی به ماژول پردازش می دهد. در ساده ترین نسخه، دامنه سیگنال با مقدار آستانه مقایسه می شود.

هنگامی که از آستانه فراتر رفت، آشکارساز با ارسال یک سیگنال خاص به کنترل پنل این موضوع را گزارش می دهد. در حسگرهای پیچیده تر، مدت زمان فراتر رفتن از آستانه، تعداد این بیش از حدها اندازه گیری می شود. برای افزایش مصونیت صوتی دستگاه از جبران حرارتی خودکار استفاده می شود. حساسیت ثابتی را در کل محدوده دما ایجاد می کند.

پردازش سیگنال توسط دستگاه های آنالوگ و دیجیتال انجام می شود. در جدیدترین دستگاه ها، الگوریتم های پردازش سیگنال دیجیتال شروع به استفاده از آن کردند که امکان بهبود گزینش پذیری دستگاه را فراهم کرد.

کارایی استفاده از آشکارساز IR در دزدگیر

اثربخشی آن تا حد زیادی به انتخاب صحیح نوع سنسور، مکان روی شی امنیتی بستگی دارد. سنسورهای حرکت IR غیرفعال برای کاربردهای بیرونی و داخلی به حرکت اجسامی که در مقایسه با پس زمینه گرم هستند با سرعت های حرکت مشخص پاسخ می دهند. در سرعت کم حرکت، تغییرات در شار تابش مادون قرمز در بخش های همسایه آنقدر ناچیز است که به عنوان یک رانش پس زمینه درک می شود و به نقض منطقه امنیتی پاسخ نمی دهد.

اگر مزاحم لباس محافظ با عایق حرارتی عالی بپوشد، سنسور حرکت IR پاسخ نمی دهد، عدم تعادل در تابش در مناطق همسایه وجود نخواهد داشت. فرد با تابش پس زمینه ادغام می شود.

مزاحم با سرعت کم در امتداد پرتوهای آشکارساز حرکت حرکت می کند، در این صورت اغلب ساکت است.

تغییرات در جریان برای فعال کردن دستگاه کافی نیست. به ویژه مشخصه آشکارسازهایی با عملکرد حفاظت از حیوانات. آنها حساسیت را کاهش می دهند تا از واکنش به ظاهر حیوانات خانگی جلوگیری کنند.

نصب صحیح سنسور مادون قرمز بسیار مهم است. لازم است با توجه به پیکربندی ساختمان از دستگاهی از نوع پرده استفاده شود و این کار باید انجام شود. سازنده توصیه می کند دستگاه را در ارتفاع مشخصی نصب کنید، این نیز باید رعایت شود.

برای بهبود کارایی سنسورهای مادون قرمز، از آنها همراه با سنسورهایی که بر اساس اصول دیگر کار می کنند استفاده می شود.

معمولاً یک آشکارساز امواج رادیویی با حساسیت بالا به صورت اضافی وصل می شود که درصد هشدارهای کاذب را کاهش می دهد و قابلیت اطمینان دزدگیر را افزایش می دهد. هنگام محافظت از پنجره ها از نفوذ، یک آشکارساز اولتراسونیک نیز نصب می شود که به شکستن شیشه واکنش نشان می دهد.

نتیجه

به تدریج، سنسورهای IR پیچیده تر می شوند، حساسیت آنها افزایش می یابد و گزینش پذیری بهبود می یابد. سنسورها به طور گسترده در سیستم های خانه هوشمند، نظارت تصویری، کنترل دسترسی استفاده می شود. اشتراک گذاری با دستگاه های مختلف ویژگی های مصرف کننده سنسورها را افزایش داده است. سرنوشت آنها برای زندگی طولانی است.

ویدئو: سنسور حرکت، اصل کار

سنسور حرکت الکترونیکی چیست؟ پاسخ واضح است - یک دستگاه حساس، به عنوان یک قاعده، از کلاس دستگاه های سیستم های امنیتی. درست است، طرح هایی نیز وجود دارد که به عنوان مثال برای کنترل منابع روشنایی و سایر دستگاه ها طراحی شده اند. عملکرد سنسور حرکت بر اساس اصل تولید سیگنال در صورت تشخیص هرگونه حرکت در محدوده منطقه کنترل شده است. دستگاه ها بر اساس فناوری های مختلفی ساخته می شوند. استفاده از چنین حسگرهای حساسی نه تنها در حوزه اقتصادی و صنعتی، بلکه در حوزه خانگی نیز روز به روز محبوب تر می شود. در نظر بگیرید که چه دستگاه هایی تولید می شوند، و همچنین نمونه هایی از استفاده.

بسته به روش تشخیص حرکت یک جسم در نظر گرفته می شود. دو طبقه بندی دستگاه ها وجود دارد:

1. فعال.
2. منفعل.

آشکارسازهای عمل فعال

آشکارسازهای کنش فعال دستگاه هایی هستند که بر اساس اصل مدار راداری کار می کنند. این نوع دستگاه امواج رادیویی (مایکروویو) را در محدوده کنترل شده ساطع می کند. امواج مایکروویو از اجسام موجود پرش می کنند و توسط حسگر حرکت دریافت می شوند.

شماتیک ساده شده طراحی سنسور فعال: 1 - منبع (فرستنده) تابش مایکروویو. 2 - گیرنده سیگنال مایکروویو منعکس شده 3 - شیء اسکن شده

اگر حرکت در منطقه کنترل در لحظه انتقال توسط سنسور میکرو تشعشع تشخیص داده شود، یک اثر ایجاد می شود - یک تغییر داپلر (فرکانس) موج، که همراه با سیگنال منعکس شده درک می شود.

این ضریب برشی نشان می دهد که موج از یک جسم متحرک منعکس شده است. سنسور اسکن حرکتی به عنوان یک دستگاه الکترونیکی قادر به محاسبه چنین تغییرات و ارسال سیگنال الکتریکی است:

• به سیستم هشدار
• روی کلید چراغ
• به دستگاه های دیگر

به صورت شماتیک به یک سنسور تشخیص حرکت متصل می شود.

سنسورهای اسکن حرکت مایکروویو فعال عمدتاً برای مثال در درب های مراکز خرید که به طور خودکار کار می کنند استفاده می شود. اما در عین حال، این نوع دستگاه برای سیستم های امنیتی خانه یا سوئیچینگ روشنایی داخلی مناسب است.

این نوع لوازم الکترونیکی برای تعویض روشنایی در فضای باز یا کاربردهای مشابه مناسب نیست. این به دلیل انبوه اجسام فعال در خیابان است که دائماً در حال حرکت هستند.

به عنوان مثال، حرکت شاخه های درخت از باد، حرکت حیوانات کوچک، پرندگان و حتی حشرات بزرگ توسط یک سنسور فعال ثبت می شود که منجر به خطای ماشه می شود.

آشکارسازهای عمل غیرفعال (PIR - مادون قرمز غیرفعال)

سنسورهای حرکت غیرفعال دقیقا برعکس سنسورهای فعال هستند. سیستم های غیرفعال چیزی ارسال نمی کنند. انرژی مادون قرمز

طراحی سنسور نوع غیرفعال: 1 - چند لنز. 2 – فیلتر نوری 3 - عنصر مادون قرمز چهارگانه; 4 - مورد فلزی; 5 - اشعه مادون قرمز; 6 - منبع تغذیه تثبیت شده; 7 - تقویت کننده؛ 8 - مقایسه کننده

سطوح انرژی مادون قرمز (حرارتی) توسط آشکارسازهای غیرفعال درک می شوند که به طور مداوم ناحیه یا شیء کنترل را اسکن می کنند.

با توجه به اینکه گرمای مادون قرمز نه تنها از موجودات زنده، بلکه از هر جسمی با دمای بالاتر از صفر مطلق تابش می کند، می توان در مورد مناسب بودن کاربرد نتیجه گیری کرد.

این حسگرهای تشخیص حرکت در صورتی که بتوانند توسط یک حیوان کوچک یا حشره ای که در محدوده تشخیص حرکت می کند فعال شوند، موثر نخواهند بود.

با این حال، اکثر حسگرهای غیرفعال موجود را می‌توان برای حس کردن حرکت به گونه‌ای تنظیم کرد که اجسام با سطح معینی از گرمای ساطع شده را نظارت کنند. به عنوان مثال، دستگاه را می توان فقط برای درک افراد تنظیم کرد.

سنسورهای طراحی هیبریدی (ترکیبی).

سنسور فناوری اسکن حرکت ترکیبی (هیبریدی) یک سیستم ترکیبی از مدارهای فعال و غیرفعال است. تنها در صورتی که حرکت توسط هر دو مدار تشخیص داده شود، اقدامی را آغاز می کند.

سیستم های ترکیبی برای استفاده در ماژول های هشدار مفید هستند، زیرا احتمال هشدارهای کاذب را کاهش می دهند.

با این حال، این فناوری دارای معایبی است. ابزار ترکیبی قادر به ارائه همان سطح امنیتی با سنسورهای PIR و مایکروویو نیست که جداگانه گرفته شده‌اند.

این امر بدیهی است زیرا هشدار تنها زمانی فعال می شود که حرکت توسط حسگرهای فعال و غیرفعال به طور همزمان تشخیص داده شود.

به عنوان مثال، اگر یک مزاحم موفق شود به نحوی از تشخیص توسط یکی از سنسورهای ابزار ترکیبی جلوگیری کند، حرکت مورد توجه قرار نخواهد گرفت.

بر این اساس، سیگنال هشدار به ریزپردازنده سیستم هشدار مرکزی ارسال نخواهد شد. امروزه محبوب ترین نوع سنسورهای ترکیبی طرحی است که در آن مدارهای سنسور PIR و مایکروویو با هم ترکیب می شوند.

اجرای سنسورهای حرکتی

سنسورهای اسکن حرکتی که در زمان کنونی توسعه یافته و تولید شده اند، دارای اشکال و ابعاد کلی مختلفی هستند. در زیر چند نمونه از طراحی دستگاه ها آورده شده است.

طرح های مادون قرمز غیرفعال (PIR) - یک مثال

یکی از طرح های پرکاربرد که به عنوان بخشی از مدارهای امنیتی خانه استفاده می شود.

آشکارسازهای مادون قرمز غیرفعال با هدف نظارت بر تغییر سطح انرژی مادون قرمز ناشی از حرکت اجسام (انسان، حیوانات خانگی و غیره) هستند.

طراحی متداول یک سنسور غیرفعال که با ساده ترین مدار الکترونیکی متمایز می شود و هنگام اتصال مشکلی ایجاد نمی کند. فقط از سه کنتاکت الکتریکی استفاده می شود

اسکنرها به دلیل تنوع منابع گرما و نور خورشید منفعل هستند، بنابراین PIR برای تشخیص حرکت در داخل خانه یا سایر محیط های بسته مناسب تر است.

سنسورهای مادون قرمز فعال - مثال

آشکارسازهای مادون قرمز فعال از ساختار انتقال دو جهته استفاده می کنند. یک طرف یک فرستنده است که برای انتشار یک پرتو مادون قرمز استفاده می شود.

طرف دیگر گیرنده است که برای دریافت سیگنال مادون قرمز استفاده می شود. زمانی که قطع شدن پرتوی که دو نقطه را به هم متصل می کند، یک هشدار رخ می دهد.

نمونه ای از آشکارساز تشخیص حرکت فعال تک پرتو. در همین حال، طرح هایی با پیکربندی پیچیده تر وجود دارد که به لطف آن می توان مشکلات مختلفی را حل کرد.

سنسورهای اسکن حرکت فعال مانند "پرتو قرمز مادون قرمز" عمدتاً در خارج از منزل (در فضای باز) نصب می شوند.

تشخیص از طریق استفاده از تئوری فرستنده و گیرنده رخ می دهد. مهم است که پرتو مادون قرمز از ناحیه اسکن عبور کرده و به گیرنده برسد.

آشکارساز اولتراسونیک - مثال

سنسورهای اسکن حرکتی با استفاده از اولتراسوند در طرح هایی موجود هستند که می توانند در هر دو حالت فعال و غیرفعال عمل کنند. از نظر تئوری، یک آشکارساز اولتراسونیک بر اساس اصل انتقال و دریافت کار می کند.

یک نمونه از طراحی بر اساس اولتراسوند. سیستم های همه کاره که از عملکرد در هر دو حالت فعال و غیرفعال پشتیبانی می کنند

امواج صوتی با فرکانس بالا ارسال می شود که از اجسام منعکس شده و توسط دستگاه دریافت کننده اسکن دستگاه درک می شود. اگر توالی امواج صوتی قطع شود، سنسور اولتراسونیک فعال زنگ هشدار می دهد.

کاربردهای سنسورهای تشخیص حرکت

برخی از کاربردهای کلیدی آشکارسازها در مورد ردیابی حرکت عبارتند از:

• آلارم های نفوذ
• کنترل درب اتوماتیک
• تعویض روشنایی در ورودی،
• روشنایی امنیتی اضطراری،
• دست خشک کن توالت،
• باز شدن درب اتوماتیک و غیره

سنسورهای اولتراسونیک برای کنترل دوربین امنیتی املاک مسکونی یا به عنوان مثال برای گرفتن حیات وحش استفاده می شود.

سنسورهای مادون قرمز برای تایید وجود محصولات بر روی تسمه نقاله استفاده می شود

در زیر یک مثال کاربردی از استفاده از سنسورهای تشخیص حرکت فعال و غیرفعال آورده شده است.

کنترل کننده سطح مایع در سنسورهای اولتراسونیک

نمودار زیر نشان می دهد که چگونه کنترل کننده () سطح مایع را با استفاده از سنسور اولتراسونیک کنترل می کند.

این سیستم با ارائه سطوح دقیق مایع در مخزن، کنترل موتور، تعیین محدودیت های مشخص شده مایع کار می کند.

یک مثال عملی از اجرای یک کار مبتنی بر دستگاه اولتراسونیک و کیت محبوب آردوینو، که به وضوح نشان می دهد سنسور حرکت اولتراسونیک چیست و چگونه کار می کند.

هنگامی که مایع موجود در مخزن به حد پایین و بالایی می رسد، سنسور اولتراسونیک این محدودیت ها را شناسایی کرده و سیگنال هایی را به میکروکنترلر ارسال می کند.

میکروکنترلر به گونه ای برنامه ریزی شده است که رله را کنترل کند که به نوبه خود موتور پمپ را کنترل می کند. سیگنال های شرایط حد تعیین شده در سنسور حرکت اولتراسونیک به عنوان پایه در نظر گرفته شده است.

باز شدن اتوماتیک درب روی PIR

همانند سیستم فوق، یک سیستم باز کردن اتوماتیک درب با استفاده از سنسور حرکت PIR. در این صورت حضور افراد تشخیص داده شده و عملیات درب (باز یا بسته شدن) انجام می شود.

طرح دیگری که در آن یک دستگاه غیرفعال قبلاً درگیر است. سازنده محبوب آردوینو نیز در اینجا استفاده می شود - ابزاری مناسب برای آزمایش ها و ساختن سیستم های الکترونیکی واقعی.

حضور افراد توسط آشکارساز PIR تشخیص داده می شود و پس از آن یک سیگنال تشخیص حرکت به میکروکنترلر ارسال می شود.

بسته به سیگنال های سنسور PIR، میکروکنترلر موتور درب را در حالت جلو و عقب با استفاده از درایور آی سی کنترل می کند.

آشکارسازهای مادون قرمز یکی از رایج ترین در سیستم های اعلام سرقت می باشد. این با طیف بسیار گسترده ای از کاربرد آنها توضیح داده می شود.

آنها استفاده می شوند:

• برای کنترل حجم داخلی محل؛
• سازمان حفاظت محیطی؛
• مسدود کردن سازه های مختلف ساختمانی "در راه".

علاوه بر نسخه آب و هوایی (نصب در فضای باز و داخلی)، آنها نیز بر اساس اصل عملکرد تقسیم می شوند. دو گروه بزرگ وجود دارد: فعال و غیرفعال. علاوه بر این، آشکارسازهای مادون قرمز بر اساس نوع منطقه تشخیص تقسیم می شوند، یعنی:

• حجیم؛
• خطی؛
• سطحی.

بیایید به ترتیب نگاه کنیم که یکی از انواع آنها برای چه اهدافی استفاده می شود.

آشکارسازهای مادون قرمز غیرفعال

این حسگرها دارای عدسی هستند که ناحیه کنترل شده را به بخش های جداگانه "برش" می دهد (شکل 1). هنگامی که اختلاف دما بین این مناطق تشخیص داده شود، آشکارساز فعال می شود. بنابراین، این نظر که چنین حسگر امنیتی صرفاً به گرما واکنش نشان می دهد اشتباه است.

اگر فردی در منطقه تشخیص بدون حرکت بایستد، آشکارساز کار نخواهد کرد. علاوه بر این، دمای جسم که نزدیک به دمای پس زمینه است نیز بر حساسیت آن به سمت پایین تأثیر می گذارد.

همین امر در مورد مواردی که سرعت حرکت جسم کمتر یا بیشتر از مقدار نرمال شده است صدق می کند. به عنوان یک قاعده، این مقدار در محدوده 0.3-3 متر در ثانیه است. این برای شناسایی مطمئن نفوذگر کافی است.

آشکارسازهای مادون قرمز فعال

دستگاه های این نوع از یک امیتر و یک گیرنده تشکیل شده اند. آنها می توانند در بلوک های جداگانه ساخته شوند یا در یک بدنه ترکیب شوند. در مورد دوم، هنگام نصب چنین دستگاه امنیتی، عنصری که پرتوهای IR را منعکس می کند نیز استفاده می شود.

اصل فعال عملکرد برای سنسورهای خطی معمولی است که هنگام عبور پرتو مادون قرمز فعال می شوند. در زیر اصول عملکرد و ویژگی های استفاده از انواع اصلی آشکارسازهای IR آورده شده است.

آشکارسازهای مادون قرمز حجمی

این دستگاه‌ها غیرفعال هستند (به بالا مراجعه کنید) و عمدتاً برای کنترل حجم داخلی محل استفاده می‌شوند. الگوی تشعشع سنسور حجمی با موارد زیر مشخص می شود:

• زاویه باز شدن در سطوح عمودی و افقی؛
• برد آشکارساز

لطفا توجه داشته باشید - محدوده با لوب مرکزی نمودار نشان داده شده است، برای موارد جانبی کمتر خواهد بود.

چیزی که برای هر سنسور مادون قرمز، از جمله یک حسگر حجمی، معمول است، این است که هر مانعی برای آن مات است، بنابراین مناطق مرده ایجاد می کند. از یک طرف، این یک نقطه ضعف است، از طرف دیگر، یک مزیت است، زیرا هیچ واکنشی به اجسام متحرک خارج از محوطه محافظت شده وجود ندارد.

همچنین معایب آن شامل احتمال مثبت کاذب از عواملی مانند:

• جریان گرمای همرفت، به عنوان مثال، از سیستم های گرمایشی با اصول عملیاتی مختلف.
• شعله ور شدن از منابع نور متحرک - اغلب چراغ های جلو اتومبیل از طریق پنجره.

بنابراین، هنگام نصب یک آشکارساز حجمی، نمی توان این نکات را نادیده گرفت. با توجه به روش نصب، دو نسخه از "ولومایزر" وجود دارد.

آشکارسازهای IR دیواری.

ایده آل برای دفاتر، آپارتمان ها، خانه های خصوصی. در چنین اتاق هایی، مبلمان و سایر وسایل داخلی معمولاً در امتداد دیوارها قرار می گیرند، بنابراین هیچ نقطه کوری وجود ندارد. اگر در نظر بگیریم که زاویه دید افقی چنین سنسورهایی حدود 90 درجه است، با نصب آن در گوشه اتاق، یک دستگاه تقریباً می تواند یک اتاق کوچک را به طور کامل مسدود کند.

آشکارسازهای حجم سقف.

برای اشیایی مانند مغازه ها یا انبارها، یکی از ویژگی های بارز نصب قفسه یا ویترین در سراسر محوطه است. نصب سنسور سقفی در چنین مواقعی کارایی بیشتری دارد البته اگر این المان ها ارتفاعی زیر سقف داشته باشند.

در غیر این صورت، شما باید هر محفظه تشکیل شده را مسدود کنید. انصافاً باید توجه داشت که چنین نیازی همیشه ایجاد نمی شود، اما اینها ظرافت های طراحی سیگنال برای هر شی خاص با در نظر گرفتن تمام ویژگی های فردی آن است.

آشکارسازهای مادون قرمز خطی

بر اساس اصل عملکرد خود، آنها فعال هستند و یک یا چند تیر تشکیل می دهند و تقاطع خود را توسط یک مزاحم احتمالی ردیابی می کنند. برخلاف سنسورهای حجمی، سنسورهای خطی در برابر انواع مختلف جریان هوا مقاوم هستند و نور مستقیم در بیشتر موارد به آنها آسیبی نمی رساند.

اصل عملکرد یک فرستنده مادون قرمز تک پرتو خطی در شکل 2 نشان داده شده است.

برد دستگاه های خطی فعال از ده ها تا صدها متر است. معمولی ترین گزینه ها برای استفاده از آنها:

• مسدود کردن راهرو؛
• حفاظت از محیط های باز و حصارکشی شده از قلمرو.

برای محافظت از محیط، از آشکارسازهایی با بیش از یک پرتو استفاده می شود (بهتر است حداقل سه عدد از آنها وجود داشته باشد). این نسبتاً واضح است زیرا احتمال نفوذ در زیر یا بالای منطقه کنترل را کاهش می دهد.

هنگام نصب و پیکربندی آشکارسازهای خطی مادون قرمز، تراز دقیق گیرنده و فرستنده برای دستگاه های دو واحدی یا بازتابنده و واحد ترکیبی (برای تک واحدی) مورد نیاز است. واقعیت این است که سطح مقطع (قطر) پرتو مادون قرمز نسبتاً کوچک است، بنابراین حتی یک جابجایی زاویه ای کوچک فرستنده یا گیرنده منجر به انحراف خطی قابل توجه آن در نقطه دریافت می شود.

از آنچه گفته شد، همچنین نتیجه می شود که تمام عناصر چنین آشکارسازهایی باید بر روی سازه های خطی صلب نصب شوند که ارتعاشات احتمالی را کاملاً حذف کنند.

باید بگویم که یک "خطی" خوب لذت نسبتاً گرانی است. اگر هزینه دستگاه های تک پرتو با برد کوتاه هنوز در چند هزار روبل باشد، با افزایش محدوده کنترل شده و تعداد پرتوهای IR، قیمت به ده ها هزار افزایش می یابد.

این با این واقعیت توضیح داده می شود که آشکارسازهای امنیتی از این نوع دستگاه های الکترومکانیکی کاملاً پیچیده ای هستند که علاوه بر الکترونیک حاوی دستگاه های نوری با دقت بالا هستند.

به هر حال، آشکارسازهای خطی غیرفعال نیز وجود دارند، اما از نظر حداکثر برد به طور قابل توجهی از همتایان خطی خود پایین تر هستند.

آشکارسازهای مادون قرمز در فضای باز

کاملاً بدیهی است که یک دزدگیر دزدگیر در فضای باز باید طراحی اقلیمی مناسبی داشته باشد. این در درجه اول مربوط به:

• محدوده دمای عملیاتی؛
• درجه حفاظت از گرد و غبار و رطوبت

طبق طبقه بندی موجود که به طور کلی پذیرفته شده است، کلاس حفاظتی یک آشکارساز خیابانی باید حداقل IP66 باشد. به طور کلی، برای اکثر مصرف کنندگان این مهم نیست - کافی است که "خیابان" را در شرح پارامترهای فنی دستگاه نشان دهید. ارزش توجه به محدوده دما را دارد.

ویژگی های استفاده از چنین دستگاه هایی و عوامل موثر بر قابلیت اطمینان حفاظت از موارد مورد توجه بیشتر است.

با توجه به ماهیت منطقه تشخیص، آشکارسازهای امنیتی مادون قرمز طراحی شده برای نصب در فضای باز می توانند از هر نوع باشند (به ترتیب محبوبیت نزولی):

• خطی؛
• حجیم؛
• سطحی.

همانطور که قبلا ذکر شد، آشکارسازهای خطی خیابان برای محافظت از محیط مناطق باز استفاده می شود. سنسورهای سطح نیز می توانند برای اهداف مشابه استفاده شوند.

دستگاه های حجمی برای کنترل انواع مختلف مناطق استفاده می شود. بلافاصله باید توجه داشت که از نظر برد آنها نسبت به سنسورهای خطی پایین تر هستند. کاملاً طبیعی است که قیمت آشکارسازهای فضای باز بسیار بالاتر از دستگاه های در نظر گرفته شده برای نصب در فضای داخلی است.

اکنون با توجه به جنبه عملی عملکرد در سیستم های اعلام سرقت آشکارسازهای مادون قرمز در فضای باز. عوامل اصلی تحریک کننده آلارم کاذب سنسورهای امنیتی نصب شده در خیابان عبارتند از:

• وجود پوشش گیاهی مختلف در منطقه حفاظت شده؛
• حرکت حیوانات و پرندگان؛
• پدیده های طبیعی مانند باران، برف، مه و غیره.

نکته اول ممکن است غیراصولی به نظر برسد، زیرا در نگاه اول، ثابت است و می تواند در مرحله طراحی مورد توجه قرار گیرد. با این حال، فراموش نکنید که درختان، چمن ها و بوته ها رشد می کنند و به مرور زمان می توانند در عملکرد عادی تجهیزات امنیتی اختلال ایجاد کنند.

سازندگان سعی می کنند با استفاده از الگوریتم های پردازش سیگنال مناسب، عامل دوم را جبران کنند و از این امر تأثیری وجود دارد. درست است، هر چه می توان گفت، اگر یک جسم حتی با ابعاد خطی کوچک در مجاورت آشکارساز حرکت کند، به احتمال زیاد به عنوان یک مزاحم شناخته می شود.

در مورد آخرین نکته. در اینجا همه چیز به تغییر در چگالی نوری محیط بستگی دارد. به زبان ساده، باران شدید، برف سنگین یا مه غلیظ می تواند آشکارساز مادون قرمز را کاملاً غیرفعال کند.

بنابراین، هنگام تصمیم گیری در مورد استفاده از ردیاب های امنیتی خیابانی در سیستم دزدگیر، تمام موارد گفته شده را در نظر بگیرید. بنابراین، هنگام کار با یک سیستم امنیتی در فضای باز، می توانید خود را از بسیاری از شگفتی های ناخوشایند نجات دهید.

* * *

© 2014 - 2019 تمامی حقوق محفوظ است.

مطالب سایت فقط برای مقاصد اطلاعاتی است و نمی توان از آنها به عنوان دستورالعمل یا اسناد رسمی استفاده کرد.

اصل عملکرد IKSO غیرفعال.اصل عملکرد ICSO های غیرفعال بر اساس ثبت سیگنال های تولید شده توسط شار گرمایی ساطع شده توسط شی تشخیص است. سیگنال مفید در خروجی گیرنده تابش تک محله بدون اینرسی با عبارت زیر تعیین می شود:

که در آن S u حساسیت ولتاژ گیرنده تشعشع است، تغییر در بزرگی شار حرارتی است که بر روی پنجره ورودی سیستم نوری وارد می شود و ناشی از حرکت جسم در ناحیه تشخیص است.

حداکثر مقدار مربوط به موردی است که جسم کاملاً در میدان دید ICS باشد. بیایید این مقدار را به عنوان نشان دهیم

با فرض اینکه تلفات در سیستم نوری آنقدر کم است که می توان از آنها صرف نظر کرد، می توانیم آنها را بر حسب پارامترهای شی و پس زمینه بیان کنیم. اجازه دهید در پس زمینه، که سطح آن دارای دمای مطلق T f و انتشار است E f، جسمی ظاهر می شود که دمای مطلق آن تاب،و انتشار Eov. مساحت طرح ریزی جسم بر روی صفحه عمود بر جهت مشاهده به صورت نشان داده می شود. بنابراین،و منطقه طرح ریزی پس زمینه در میدان دید - B f. سپس مقدار شار حرارتی وارد شده بر روی پنجره ورودی سیستم نوری قبل از ظاهر شدن جسم با عبارت:

فاصله پنجره ورودی تا سطح پس زمینه کجاست. 1. f - روشنایی پس زمینه. S BX - ناحیه پنجره ورودی سیستم نوری.

مقدار شار حرارتی ایجاد شده توسط جسم به روشی مشابه تعیین می شود:

جایی که تی - فاصله از IKSO تا جسم؛ - روشنایی جسم

در حضور یک جسم، شار حرارتی وارد شده بر روی پنجره ورودی توسط جسم و آن قسمت از سطح پس‌زمینه که توسط جسم محافظت نمی‌شود، ایجاد می‌شود که شار حرارتی کل از آن خارج می‌شود.

سپس تغییر در AF شار حرارتی به صورت زیر نوشته می شود:

با فرض اینکه قانون لامبرت برای جسم و پس زمینه معتبر است، روشنایی را بیان می کنیم Lo6و b f از طریق انتشار و دمای مطلق:

ثابت استفان بولتزمن کجاست.

با جایگزینی و در، یک عبارت برای AF بر حسب دماهای مطلق و انتشارات جسم و پس زمینه به دست می آوریم:

برای پارامترهای داده شده سیستم نوری و گیرنده تابش، مقدار سیگنال مطابق با کاملاً با تغییر تابش تعیین می شود. DE.

تابش پوست انسان بسیار زیاد است، به طور متوسط ​​نسبت به جسم سیاه در طول موج های بیشتر از 4 میکرون 0.99 است. در ناحیه IR طیف، خواص نوری پوشش پوست نزدیک به یک جسم سیاه است. دمای پوست به تبادل حرارت بین پوست و محیط بستگی دارد. اندازه گیری های انجام شده با کمک تصویرگر حرارتی Aga-750 نشان داد که در دمای هوای 25+ درجه سانتی گراد، دمای سطح کف دست فرد در محدوده 32+ ... + 34 درجه سانتی گراد و در دمای هوا +19°С - در محدوده +28...+30°С. وجود لباس باعث کاهش روشنایی جسم می شود، زیرا دمای لباس کمتر از دمای پوست برهنه است. در دمای محیط 25+ درجه سانتیگراد، میانگین دمای سطح بدن فردی که کت و شلوار پوشیده بود 26+ درجه سانتیگراد بود. میزان انتشار لباس نیز می تواند با پوست برهنه متفاوت باشد.

سایر پارامترهای موجود در عبارت ممکن است بسته به موقعیت خاص و/یا وظیفه عملیاتی مقادیر متفاوتی داشته باشند.

اجازه دهید روند تشکیل سیگنال و انواع اصلی تداخل را که بر عملکرد نادرست ICSO های غیرفعال تأثیر می گذارد با جزئیات بیشتری در نظر بگیریم.

تشکیل سیگنالبرای درک بهتر روش‌ها و الگوریتم‌های بهبود ایمنی نویز ICSO، لازم است در مورد پارامترهای اصلی سیگنال - شکل، دامنه، مدت زمان، وابستگی به سرعت حرکت انسان و دمای پس‌زمینه نظری داشته باشیم.

یک منطقه تشخیص پرتو به طول 10 متر با قطر پرتو در قاعده مخروط 0.3 متر در نظر بگیرید. فرض بر این است که فردی با حداکثر و حداقل سرعت در فاصله 10، 5 و 1 متر از منطقه طبیعی با آن عبور کند. گیرنده در فاصله 10 متری به شکل مثلث با حداکثر زمانی که منطقه کاملاً پوشیده شده است. روی انجیر 4.8.6 طیف این سیگنال را نشان می دهد. هنگام عبور از پرتو در فاصله کوتاه تر، سیگنال به شکل ذوزنقه با جبهه های شیب دار به خود می گیرد و طیف این سیگنال به شکل نشان داده شده در شکل 1 می باشد. 4.9.6.

بدیهی است که مدت زمان سیگنال با سرعت حرکت و فاصله تا گیرنده نسبت معکوس دارد.

سیگنال واقعی به دلیل اعوجاج های ایجاد شده توسط مسیر تقویت و تحمیل نویز آشفته ایجاد شده توسط نوسانات دمای پس زمینه با تصویر ایده آل متفاوت است. ضبط سیگنال های واقعی به دست آمده با استفاده از گیرنده pyro داخلی PM2D در شکل نشان داده شده است. 4.10. ویژگی های طیفی آن نیز در اینجا ارائه شده است که با عبور سیگنال های ضبط شده واقعی از طریق تحلیلگر طیف شرکت به دست می آید.

تجزیه و تحلیل سوابق به فرد امکان می دهد "پنجره" طیفی لازم برای انتقال سیگنال های تولید شده هنگام عبور از منطقه در هر مکان در کل محدوده سرعت از 0.1 تا 15 هرتز را تعیین کند. در عین حال، تضعیف سیگنال در لبه های محدوده امکان پذیر است، زیرا گیرنده پیروالکتریک دارای یک مشخصه فرکانس دامنه با کاهش در منطقه 5 ... 10 هرتز است. برای جبران آن، لازم است یک تقویت کننده اصلاحی ویژه در مسیر پردازش سیگنال وارد شود که افزایش پاسخ فرکانس را در منطقه 5 ... 20 هرتز فراهم می کند.

کنتراست دمادامنه سیگنال، همانطور که قبلا ذکر شد، توسط کنتراست دمای بدن انسان و پس زمینه ای که پرتو به آن هدایت می شود، تعیین می شود. از آنجایی که دمای پس زمینه به دنبال تغییر دمای اتاق تغییر می کند، سیگنال متناسب با تفاوت آنها نیز تغییر می کند.

در نقطه ای که دمای فرد و پس زمینه منطبق می شود، مقدار سیگنال خروجی صفر است. در دماهای بالاتر سیگنال تغییر علامت می دهد.

دمای پس زمینه در اتاق وضعیت هوای بیرون اتاق را با کمی تاخیر به دلیل اینرسی حرارتی مصالح سازه ای ساختمان منعکس می کند.

کنتراست دما همچنین به دمای سطح بیرونی فرد بستگی دارد، یعنی. بیشتر از لباسش و در اینجا شرایط زیر قابل توجه است. اگر فردی از بیرون وارد اتاقی شود که IKSO در آن نصب شده است، به عنوان مثال، از خیابان، جایی که دما می تواند به طور قابل توجهی با دمای اتاق متفاوت باشد، در اولین لحظه کنتراست حرارتی می تواند قابل توجه باشد. سپس، با "تطبیق" دمای لباس با دمای اتاق، سیگنال کاهش می یابد. اما حتی پس از مدت طولانی اقامت در اتاق، قدرت سیگنال به نوع لباس بستگی دارد. روی انجیر 4.11 وابستگی تجربی کنتراست دمایی یک فرد را به دمای محیط نشان می دهد. خط چین برون یابی داده های تجربی را برای دمای بالای 40 درجه سانتی گراد نشان می دهد.

ناحیه سایه دار ۱ محدوده تضادها بسته به فرم لباس، نوع پس زمینه، اندازه فرد و سرعت حرکت او است.

توجه به این نکته مهم است که انتقال مقدار کنتراست دما به صفر تنها در صورتی اتفاق می‌افتد که در محدوده دمایی 30 ... 39.5 درجه سانتیگراد، اندازه‌گیری‌ها پس از سازگاری فرد در یک اتاق گرم به مدت 15 دقیقه انجام شود. . در صورت نفوذ به ناحیه حساسیت CO فردی که قبلاً در اتاقی با دمای کمتر از 30 درجه سانتیگراد یا در هوای آزاد با دمای 44 درجه سانتیگراد بوده است، سطح سیگنال در محدوده دمایی 30 است. ..39.5 درجه سانتی گراد در منطقه 2 قرار دارد و به صفر نمی رسد.

توزیع دما روی سطح انسان یکنواخت نیست. در قسمت های باز بدن - صورت و دست ها به 36 درجه سانتی گراد نزدیک است و دمای سطح لباس به پس زمینه اتاق نزدیک تر است. بنابراین، سیگنال در ورودی pyro-گیرنده بستگی به این دارد که کدام قسمت از بدن با ناحیه حساس پرتو همپوشانی داشته باشد.

در نظر گرفتن فرآیند تشکیل سیگنال به ما اجازه می دهد تا نتایج زیر را بگیریم:

دامنه سیگنال توسط کنتراست دمای سطح انسان و پس زمینه تعیین می شود که می تواند از کسری از یک درجه تا ده ها درجه متغیر باشد.

شکل سیگنال دارای شکل مثلثی یا ذوزنقه ای است، مدت زمان سیگنال با تقاطع ناحیه پرتو تعیین می شود و هنگام حرکت در امتداد عادی به پرتو، می تواند از 0.05 تا 10 ثانیه باشد. هنگام حرکت در یک زاویه نسبت به حالت عادی، مدت زمان سیگنال افزایش می یابد. حداکثر چگالی طیفی سیگنال در محدوده 0.15 تا 5 هرتز قرار دارد.

هنگامی که شخصی در طول پرتو حرکت می کند، سیگنال حداقل است و تنها با اختلاف دما بین بخش های جداگانه سطح فرد تعیین می شود و به کسری از یک درجه می رسد.

هنگامی که شخصی بین پرتوها حرکت می کند، سیگنال عملاً وجود ندارد.

در دمای اتاق نزدیک به دمای سطح بدن انسان، سیگنال حداقل است. اختلاف دما کسری از درجه است.

دامنه سیگنال در پرتوهای مختلف منطقه تشخیص می تواند به طور قابل توجهی با یکدیگر متفاوت باشد، زیرا با کنتراست دمای بدن انسان و ناحیه زمینه ای که این پرتو به آن هدایت می شود تعیین می شود. اختلاف می تواند تا ده درجه باشد.

تداخل در IKSO غیرفعال.بیایید به تجزیه و تحلیل اثرات تداخلی که باعث عملکرد نادرست ICSO های غیرفعال می شود، برویم. منظور از تداخل، هرگونه تأثیر محیط خارجی یا نویز داخلی دستگاه گیرنده است که با حرکت فرد در ناحیه حساسیت SO مرتبط نباشد.

طبقه بندی زیر برای تداخل وجود دارد:

حرارتی، ناشی از گرمایش پس زمینه هنگام قرار گرفتن در معرض تابش خورشیدی، هوای همرفتی از عملکرد رادیاتورها، تهویه مطبوع، پیش نویس ها جریان می یابد.

الکتریکی، ناشی از پیکاپ از منابع انتشارات الکتریکی و رادیویی بر روی عناصر جداگانه بخش الکترونیکی CO.

خود، به دلیل نویز گیرنده pyro و مسیر تقویت سیگنال؛

افراد خارجی مرتبط با حرکت در ناحیه حساسیت CO حیوانات کوچک یا حشرات در سطح پنجره نوری ورودی CO.

مهم ترین و "خطرناک ترین" تداخل حرارتی است که ناشی از تغییر دمای مناطق پس زمینه است که مناطق حساسیت پرتو به سمت آن هدایت می شوند. قرار گرفتن در معرض تابش خورشیدی منجر به افزایش موضعی دمای بخش‌های جداگانه دیوار یا کف اتاق می‌شود. در عین حال، تغییر تدریجی دما از مدارهای فیلتر دستگاه عبور نمی کند، با این حال، نوسانات نسبتاً شدید و "غیر منتظره" آن، به عنوان مثال، با سایه خورشید با عبور ابرها یا عبور از وسایل نقلیه، تداخلی مشابه سیگنال عبور فرد ایجاد می کنند. دامنه نویز به اینرسی پس زمینه ای که پرتو به آن هدایت می شود بستگی دارد. به عنوان مثال، زمان تغییر دمای یک دیوار بتنی لخت بسیار بیشتر از یک دیوار چوبی یا کاغذ دیواری است.

روی انجیر یک رکورد از یک تداخل خورشیدی معمولی در خروجی یک گیرنده pyro در طول عبور یک ابر و همچنین طیف آن ارائه شده است.

در این مورد، تغییر دما در طول تداخل خورشیدی به 1.0 ... 1.5 درجه سانتیگراد می رسد، به خصوص در مواردی که پرتو به یک پس زمینه کم اینرسی هدایت می شود، به عنوان مثال، یک دیوار چوبی یا یک پرده ساخته شده از پارچه. مدت چنین تداخلی به سرعت سایه بستگی دارد و می تواند در محدوده سرعت مشخصه حرکت انسان قرار گیرد. توجه به یک مورد مهم که امکان مقابله با چنین تداخلی را فراهم می کند ضروری است. اگر دو پرتو به مناطق همسایه پس زمینه هدایت شوند، نوع و دامنه سیگنال تداخل از قرار گرفتن در معرض خورشید در هر پرتو تقریباً یکسان است، یعنی. یک همبستگی تداخل قوی وجود دارد. این به طراحی مناسب مدار اجازه می دهد تا آنها را با کم کردن سیگنال ها سرکوب کند.

تداخل همرفتی ناشی از تأثیر جریان های هوای متحرک است، مانند پیش نویس ها با پنجره باز، ترک های پنجره، و همچنین وسایل گرمایش خانگی - رادیاتورها و تهویه مطبوع. جریان هوا باعث ایجاد نوسانات آشفته در دمای پس زمینه می شود که دامنه و محدوده فرکانس آن به سرعت جریان هوا و ویژگی های سطح زمینه بستگی دارد.

برخلاف تابش خورشیدی، تداخل همرفتی از بخش‌های مختلف پس‌زمینه، که حتی در فاصله 0.2 ... 0.3 متر تأثیر می‌گذارد، با یکدیگر همبستگی ضعیفی دارد و تفریق آنها تأثیری ندارد.

تداخل الکتریکی زمانی رخ می دهد که هر گونه منبع انتشار الکتریکی و رادیویی، اندازه گیری و تجهیزات خانگی، روشنایی، موتورهای الکتریکی، دستگاه های انتقال رادیویی و همچنین نوسانات جریان در شبکه کابلی و خطوط برق روشن باشد. تخلیه رعد و برق نیز سطح قابل توجهی از تداخل ایجاد می کند.

حساسیت گیرنده پیروالکتریک بسیار زیاد است - هنگامی که دما 1 درجه سانتیگراد تغییر می کند، سیگنال خروجی مستقیماً از کریستال کسری از میکرو ولت است، بنابراین تداخل منابع تداخل چندین ولت در هر متر می تواند باعث ایجاد یک پالس تداخل هزاران شود. برابر بیشتر از سیگنال مفید با این حال، بیشتر تداخل الکتریکی دارای مدت زمان کوتاه یا لبه تند است، که این امکان را فراهم می کند تا آنها را از سیگنال مفید متمایز کنید.

نویزهای ذاتی گیرنده pyro بالاترین حد حساسیت ICSO را تعیین می کند و شکل نویز سفید را دارد. در این زمینه نمی توان از روش های فیلترینگ در اینجا استفاده کرد. شدت نویز با افزایش دمای کریستال حدوداً دو برابر به ازای هر ده درجه افزایش می یابد. گیرنده های پیروالکتریک مدرن دارای سطح نویز ذاتی هستند که مطابق با تغییر دمای 0.05 ... 0.15 درجه سانتیگراد است.

نتیجه گیری:

1. محدوده طیفی تداخل با دامنه سیگنال ها همپوشانی دارد و در منطقه از کسری تا ده ها هرتز قرار دارد.

2. خطرناک ترین نوع تداخل، روشنایی پس زمینه خورشیدی است که اثر آن دمای پس زمینه را 3...5 درجه سانتی گراد افزایش می دهد.

3. تداخل تابش خورشیدی برای مناطق نزدیک پس زمینه به شدت با یکدیگر همبستگی دارد و در هنگام استفاده از طرح دو پرتو برای ساخت CO می توان آن را کاهش داد.

4. تداخل همرفتی از لوازم خانگی حرارتی به شکل نوسانات دمایی تصادفی است که به 2 ... 3 درجه سانتیگراد در محدوده فرکانس 1 تا 20 هرتز با همبستگی ضعیف بین پرتوها می رسد.

5. تداخل الکتریکی به صورت پالس های کوتاه یا اقدامات پله ای با لبه تند است، ولتاژ القایی می تواند صدها برابر بیشتر از سیگنال باشد.

6. نویزهای ذاتی گیرنده پیروالکتریک، مربوط به سیگنال زمانی که دما 0.05 ... 0.15 درجه سانتیگراد تغییر می کند، در محدوده فرکانسی قرار دارد که با دامنه سیگنال همپوشانی دارد و به نسبت دما تقریباً دو بار برای هر 10 درجه افزایش می یابد. سی.

روش‌هایی برای بهبود ایمنی نویز ICSO‌های غیرفعالروش دریافت دیفرانسیلتابش Zh بسیار گسترده شده است. ماهیت این روش به شرح زیر است: با کمک یک گیرنده دو سایتی، دو ناحیه حساسیت فضایی جدا شده تشکیل می شود. سیگنال های تولید شده در هر دو کانال به طور متقابل کم می شوند:

واضح است که دو ناحیه حساس فضایی جدا از هم نمی توانند توسط یک جسم متحرک به طور همزمان عبور کنند. در این حالت، سیگنال ها در کانال ها به طور متناوب ظاهر می شوند، بنابراین، دامنه آنها کاهش نمی یابد. از فرمول نتیجه می شود که در صورت وجود شرایط زیر، نویز در خروجی گیرنده دیفرانسیل صفر است:

1. اشکال تداخل در کانال ها یکسان است.

2. دامنه تداخل یکسان است.

3. تداخل ها موقعیت زمانی یکسانی دارند.

در مورد تداخل خورشیدی، شرایط 1 و 3 برآورده می شود. شرط 2 تنها در صورتی برآورده می شود که ماده مشابهی به عنوان پس زمینه در هر دو کانال عمل کند یا زوایای تابش انرژی خورشیدی در پس زمینه در هر دو کانال یا در هر دو یکسان باشد. کانال ها، شار تابش خورشیدی در کل منطقه پس زمینه می افتد که منطقه حساسیت را محدود می کند. روی انجیر وابستگی دامنه نویز در خروجی مرحله دیفرانسیل به دامنه نویز در ورودی آن نشان داده شده است.

پارامتر نسبت دامنه تأثیرات تداخل در کانال ها است. در این حالت منظور ما این است که شرایط 1 و 3 برآورده می شود.

از انجیر می توان مشاهده کرد که با یک انطباق کافی از دامنه اثرات تداخل در کانال ها، سرکوب 5 ... 10 برابری این تداخل ها حاصل می شود. برای U B xi/U ب x2> 1.2، سرکوب تداخل کاهش می یابد و مشخصه oui = / به یک ویژگی مشابه یک گیرنده منفرد تمایل دارد.

تحت تأثیر تداخل همرفتی، درجه سرکوب آن توسط یک گیرنده دیفرانسیل با درجه همبستگی آن در نقاط فضایی سطح زمینه تعیین می شود. تخمین درجه همبستگی فضایی تداخل همرفتی را می توان با اندازه گیری شدت آن با روش های دریافت دیفرانسیل و مرسوم انجام داد. نتایج برخی از اندازه گیری ها در شکل نشان داده شده است. 4.14.

فیلتر فرکانس بهینهسرکوب موثر تداخل با این روش با تفاوت قابل توجهی در طیف فرکانس سیگنال ها و تداخل امکان پذیر است. از داده های فوق نتیجه می گیرد که چنین تفاوتی در مورد ما وجود ندارد. بنابراین استفاده از این روش برای سرکوب کامل تداخل امکان پذیر نیست.

نوع اصلی نویز که حساسیت ICSO را تعیین می کند، نویز ذاتی گیرنده است. بنابراین، بهینه سازی پهنای باند تقویت کننده بسته به طیف سیگنال و ماهیت نویز گیرنده، امکان تحقق قابلیت های محدود کننده سیستم گیرنده را ممکن می سازد.

فیلتر طیفی نوریماهیت روش فیلتر طیفی نوری مانند فیلتر فرکانس بهینه است. با فیلتر طیفی، نویز به دلیل تفاوت در طیف نوری سیگنال ها و نویز سرکوب می شود. این تفاوت ها عملاً برای تداخل همرفتی و برای مؤلفه تداخل خورشیدی ناشی از تغییر دمای پس زمینه تحت تأثیر تابش خورشیدی وجود ندارد، با این حال، طیف مولفه تداخل خورشیدی منعکس شده از پس زمینه به طور قابل توجهی با طیف سیگنال متفاوت است. چگالی طیفی درخشندگی انرژی یک جسم سیاه با فرمول پلانک تعیین می شود:

طول موج کجاست k - ثابت بولتزمن. T - دمای بدن؛ h ثابت پلانک است. c سرعت نور است.

یک نمایش گرافیکی از تابع نرمال شده به تابش کنتراست جسم و تابش خورشیدی در شکل نشان داده شده است. 4.15.

طبق تئوری کلاسیک فیلتر بهینه خطی، برای اطمینان از حداکثر نسبت سیگنال به نویز، باند عبور طیفی فیلتر نوری باید با طیف تابش کنتراست جسم مطابقت داشته باشد و شکل نشان داده شده در شکل را داشته باشد. 4.15.

از بین مواد تولید انبوه، شیشه بدون اکسیژن IKS-33 این شرایط را کاملاً برآورده می کند.

درجه سرکوب تداخل خورشیدی توسط این فیلترها برای پس زمینه های مختلف در جدول نشان داده شده است. 4.1. جدول نشان می دهد که بیشترین کاهش تداخل خورشیدی توسط فیلتر IKS-33 حاصل می شود. فیلم پلی اتیلن سیاه تا حدودی از IKS-33 پایین تر است.

بنابراین، حتی هنگام استفاده از فیلتر IKS-33، تداخل خورشیدی تنها 3.3 بار سرکوب می شود، که نمی تواند منجر به بهبود اساسی در ایمنی نویز یک ابزار تشخیص نوری غیرفعال شود.

فیلتر فرکانس مکانی بهینهمشخص است که ویژگی های تشخیص در شرایط فیلتر خطی بهینه به طور منحصر به فردی با مقدار نسبت سیگنال به نویز مرتبط است. برای ارزیابی و مقایسه آنها، استفاده از کمیت راحت است

که در آن U - دامنه سیگنال؛ - چگالی طیفی توان سیگنال؛ - چگالی طیفی قدرت تداخل.

میز 1. درجه سرکوب تداخل خورشیدی توسط فیلترهای مختلف برای پس زمینه های مختلف

از نظر فیزیکی، مقدار نسبت انرژی سیگنال به چگالی طیفی توان تداخل است. بدیهی است که وقتی زاویه جامد ناحیه حساسیت اولیه تغییر می کند، شدت تداخل ساطع شده از پس زمینه و ورود به کانال دریافت تغییر می کند. در عین حال، دامنه سیگنال به شکل هندسی ناحیه حساسیت اولیه بستگی دارد. اجازه دهید دریابیم که در چه پیکربندی از ناحیه حساسیت اولیه، مقدار q به حداکثر مقدار خود می رسد، که برای آن ساده ترین مدل تشخیص را در نظر می گیریم. اجازه دهید ناحیه حساسیت ICSO نسبت به پس زمینه ثابت شود و جسمی که باید تشخیص داده شود با سرعت زاویه ای حرکت می کند. Vo6نسبت به نقطه مشاهده ناحیه حساسیت و جسم در صفحه نرمال نسبت به محور نوری مستطیل هستند و ابعاد زاویه ای جسم و میدان دید آنقدر کوچک است که می توان با دقت کافی در نظر گرفت.

زاویه جامدی که جسم در آن دیده می شود کجاست؛ زاویه جامد ناحیه حساسیت است؛ اندازه زاویه ای جسم است

مسئول در سطوح افقی و عمودی؛ اندازه زاویه ای ناحیه حساسیت به ترتیب در سطوح افقی و عمودی.

روشنایی انرژی جسم B در کل سطح آن یکسان است و چگالی طیفی روشنایی انرژی نویز پس‌زمینه در کل سطح پس‌زمینه یکسان است. سیگنال و نویز پس زمینه افزودنی هستند. حرکت جسم به طور یکنواخت در صفحه زاویه a اتفاق می افتد. گیرنده انرژی بدون اینرسی، درجه دوم است. سیگنال از گیرنده به یک فیلتر بهینه قابل تنظیم تغذیه می شود. سپس چگالی توان طیفی تداخل پس زمینه در خروجی گیرنده با عبارت:

جایی که قبطی- ضریب انتقال سیستم نوری؛ به تی- ضریب انتقال مسیر انتشار سیگنال؛ به پ- حساسیت گیرنده

هنگامی که یک جسم از میدان دید عبور می کند، یک پالس سیگنال در خروجی گیرنده ایجاد می شود که شکل و طیف آن، در مورد u، با عبارات زیر تعیین می شود:

که در آن U0 یک پالس سیگنال با دامنه واحد است. - طیف یک پالس سیگنال با دامنه واحد.

برای یک پس‌زمینه ساطع کننده نویز که چگالی طیفی توان آن شکل دارد، مقدار خروجی گیرنده بدون اینرسی مطابق با عبارت به صورت تعیین می‌شود.

ماهیت وابستگی کمیت o و به شکلی است که در شکل نشان داده شده است. 4.16. از موارد فوق، نتیجه می شود که برای اطمینان از حداکثر نسبت سیگنال به نویز پس زمینه، شکل ناحیه حساسیت باید با شکل جسم مرتبط باشد.

در مورد نویز پس‌زمینه نوسان، حداکثر مقدار نسبت سیگنال/نویز پس‌زمینه زمانی به دست می‌آید که شکل هندسی ناحیه حساسیت اولیه با شکل جسم مطابقت داشته باشد. این نتیجه گیری برای مورد تداخل خورشیدی ضربه ای نیز قابل استفاده است. این امر با این واقعیت آشکار تأیید می شود که وقتی زاویه جامد ناحیه حساسیت از مقداری برابر با زاویه جامدی که جسم در آن قابل مشاهده است افزایش می یابد، دامنه سیگنال تغییر نمی کند و دامنه تداخل خورشیدی متناسب با افزایش می یابد. زاویه جامد ناحیه حساسیت به این معنا که روش فیلتر فرکانس مکانی بهینه امکان افزایش مصونیت نویز یک وسیله تشخیص نوری غیرفعال را در برابر تداخل همرفتی و خورشیدی فراهم می کند.

روش دو بانده برای دریافت تابش مادون قرمز.ماهیت این روش در معرفی یک کانال دوم به ICSO نهفته است که دریافت تابش IR را در محدوده مرئی یا نزدیک به IR فراهم می کند تا اطلاعات اضافی را به دست آورد که سیگنال را از تداخل متمایز می کند. استفاده از چنین کانالی در ارتباط با کانال اصلی در شرایط یک اتاق بی اثر است، زیرا هم سیگنال و هم تداخل در حضور روشنایی در هر دو محدوده طیفی ایجاد می شود. استفاده از یک کانال برد قابل مشاهده زمانی که در خارج از محوطه محافظت شده نصب می شود، در مکان هایی که برای مسدود کردن این کانال با منابع نور مصنوعی غیرقابل دسترس است، بسیار موثرتر است. در این حالت، هنگامی که نور خورشید تغییر می کند، کانال سیگنالی تولید می کند که عملکرد احتمالی ICSO را تحت تأثیر تداخل خورشیدی ممنوع می کند. با چنین سازمانی، روش دو باند امکان حذف کامل مثبت های کاذب ICSO را که به دلیل وقوع تداخل خورشیدی امکان پذیر است، فراهم می کند. امکان مسدود شدن کانال حرارتی در طول مدت تداخل آشکار است.

روش های پارامتری برای بهبود ایمنی نویز IKSO.اساس روش های پارامتریک برای بهبود ایمنی نویز ICSO، شناسایی سیگنال های مفید توسط یک یا ترکیبی از پارامترهای مشخصه اشیاء ایجاد کننده این سیگنال ها است. به عنوان چنین پارامترهایی می توان از سرعت جسم، ابعاد آن، فاصله تا جسم استفاده کرد. در عمل، به عنوان یک قاعده، مقادیر پارامترهای خاص از قبل شناخته شده نیستند. با این حال، محدوده ای از تعریف آنها وجود دارد. بنابراین سرعت حرکت انسان با پای پیاده کمتر از ۷ متر بر ثانیه است. ترکیبی از چنین محدودیت هایی می تواند به طور قابل توجهی دامنه تعریف یک سیگنال مفید را محدود کند و در نتیجه احتمال هشدار نادرست را کاهش دهد.

اجازه دهید راه هایی برای تعیین پارامترهای یک شی در هنگام تشخیص نوری غیرفعال آن در نظر بگیریم. برای تعیین سرعت جسم، اندازه خطی آن در جهت حرکت و فاصله تا آن، باید دو ناحیه حساسیت موازی را سازماندهی کرد که در صفحه حرکت جسم با فاصله پایه مشخص L از هم فاصله دارند. به راحتی می توان تشخیص داد که سرعت جسم نسبت به مناطق حساس نرمال است

زمان تأخیر بین سیگنال ها در کانال های دریافت کننده کجاست.

بعد خطی جسم بابدر صفحه نرمال به مناطق حساسیت به عنوان تعریف شده است

جایی که تیو .5 - مدت زمان پالس سیگنال در سطح U=0.5U max.

به شرطی که فاصله تا شیء با عبارت مشخص شود

که در آن اندازه زاویه ای ناحیه حساسیت اولیه بر حسب رادیان است؛ مدت زمان جلوی پالس سیگنال است.

مقادیر پارامترهای بدست آمده تکان دادن، b^، D o6 با نواحی تعریف آنها مقایسه می شوند، پس از آن تصمیم برای تشخیص شی گرفته می شود. در مواردی که سازماندهی دو منطقه حساسیت موازی غیرممکن است، پارامترهای پالس سیگنال می توانند به عنوان پارامترهای شناسایی عمل کنند: زمان افزایش، مدت زمان پالس و غیره. شرط اصلی برای اجرای این روش، پهنای باند وسیع مسیر دریافت است که برای دریافت سیگنال بدون تغییر شکل آن ضروری است، یعنی. در این حالت استفاده از روش فیلترینگ بهینه منتفی است. پارامتری که در فرآیند فیلترینگ بهینه تحریف نمی‌شود، مدت تأخیر بین سیگنال‌ها است که در کانال‌های متنوع فضا رخ می‌دهد. بنابراین، شناسایی توسط این پارامتر می تواند بدون گسترش پهنای باند مسیر دریافت انجام شود. برای شناسایی یک سیگنال مفید در یک ICSO با ناحیه حساسیت چند پرتوی بر حسب پارامتر m 3، لازم است که در صفحه حرکت جسم با استفاده از گیرنده های مستقل تشکیل شود.

به عنوان مثال، مناطق تعریف پارامترهای پالس سیگنال و مقدار m3 را برای یک ICSO تک موقعیت با یک منطقه حساسیت چند پرتو در مقادیر واقعی واگرایی زاویه ای منطقه حساسیت اولیه در نظر بگیرید a n = 0.015 راد، اندازه مردمک ورودی d = 0.05 متر و زاویه بین مناطق حساسیت a p = 0.3 راد.

مدت زمان پالس در سطح صفر با بیان تعیین می شود

دامنه مدت پالس برای محدوده سرعت V O 6 \u003d 0.1.7.0 m / s، t io \u003d 0.036 ... 4.0 s است. محدوده دینامیکی

دامنه تعیین مدت زمان پالس در سطح حداکثر 0.5U در حال حاضر 0.036 ... 2.0 ثانیه است و محدوده دینامیکی

مدت زمان جلوی پالس سیگنال با بیان تعیین می شود

حوزه تعریف کجاست و پویا

دامنه

مدت تأخیر بین پالس هایی که در کانال های مجاور رخ می دهد را می توان با فرمول تعیین کرد:

محدوده تعریف مقدار تاخیر0...30 ثانیه. برای مقدار پذیرفته شده d=0.05 m و محدوده D o6 = 1...10 m، ناحیه تعریف 4.5...14.0 و محدوده دینامیکی 3.1 است.

با d=0 محدوده دینامیکی برای همه مقادیر محدوده Do6=0...10 متر.

بنابراین، پایدارترین پارامتر شناسایی مقدار t 3 /tf است.

با توجه به همزمانی ظاهر تداخل خورشیدی در کانال های فضایی جدا شده، ذکر شده در Sec. 4.3، امکان جداسازی کامل از آن با استفاده از پارامتر وجود دارد

استفاده از کانال های مستقل امکان افزایش مقاومت دستگاه در برابر تداخل همرفتی را فراهم می کند، زیرا تصمیم نهایی در مورد تشخیص تنها در صورتی اتخاذ می شود که سیگنال ها در حداقل دو کانال در یک بازه زمانی مشخص تعیین شده توسط حداکثر تاخیر ممکن تشخیص داده شوند. پالس سیگنال بین کانال ها در این مورد، احتمال هشدار نادرست توسط عبارت تعیین می شود

جایی که RLS1. Рlsg - احتمال هشدار نادرست در کانال های جداگانه.

تجزیه و تحلیل مقایسه ای روش های بهبود ایمنی نویز IKSO.روش های فوق برای بهبود ایمنی نویز ICSO هم از نظر ماهیت فیزیکی و هم در پیچیدگی اجرا بسیار متنوع هستند. هر یک از آنها به صورت جداگانه دارای مزایا و معایب خاصی هستند. برای سهولت در مقایسه این روش ها از نظر ترکیب کیفیت های مثبت و منفی، جدول ریخت شناسی را تهیه می کنیم. 4.2.

از جدول می توان دریافت که هیچ روش واحدی نمی تواند تمام تداخل ها را کاملاً سرکوب کند. با این حال، استفاده همزمان از چندین روش این امکان را فراهم می کند که ایمنی نویز ICSO را با یک عارضه جزئی در کل دستگاه به میزان قابل توجهی افزایش دهد. با توجه به مجموع کیفیات مثبت و منفی، ترجیحاً بهترین ترکیب عبارت است از: فیلتر طیفی + فیلتر فضایی-فرکانسی + روش پارامتریک.

بیایید روش ها و ابزارهای اصلی اجرا شده در عمل در ICSO مدرن را در نظر بگیریم، که به شما امکان می دهد احتمال تشخیص به اندازه کافی بالا با حداقل فرکانس هشدارهای نادرست را ارائه دهید.

برای محافظت از دستگاه گیرنده از اثرات تشعشعات خارج از محدوده طیفی سیگنال، اقدامات زیر انجام می شود:

پنجره ورودی پیرومدول با صفحه ژرمانیومی بسته شده است که تابش با طول موج کمتر از 2 میکرومتر را منتقل نمی کند.

پنجره ورودی کل CO از پلی اتیلن با چگالی بالا ساخته شده است که استحکام کافی برای حفظ ابعاد هندسی را فراهم می کند و در عین حال تابش را در محدوده طول موج 1 تا 3 میکرون منتقل نمی کند.

جدول 2. روش هایی برای بهبود مصونیت صوتی IKSO

	صفات مثبت	ویژگی های منفی
دیفرانسیل		ایمنی کم صدا در برابر نویزهای نامرتبط
فیلتر فرکانس	سرکوب جزئی تداخل خورشیدی و همرفتی	پیچیدگی پیاده سازی برای سیستم های چند کاناله
فیلتر طیفی	سهولت اجرا. سرکوب جزئی تداخل خورشیدی	تداخل همرفتی سرکوب نمی شود
دو بانده	سرکوب کامل تداخل خورشیدی، مسیر پردازش آسان	امکان مسدود کردن وسایل توسط منابع نور خارجی. تداخل همرفتی سرکوب نمی شود. نیاز به یک کانال نوری اضافی
فیلتر فرکانس فضایی بهینه	سرکوب بخشی از پس زمینه و تداخل خورشیدی. سهولت اجرا	لزوم استفاده از گیرنده هایی با شکل خاص ناحیه حساس
روش های پارامتریک	سرکوب جزئی نویز پس زمینه سرکوب تداخل خورشیدی قابل توجه	پیچیدگی مسیر پردازش

لنزهای فرنل به شکل دایره های متحدالمرکز ساخته شده اند که بر روی سطح پنجره ورودی از پلی اتیلن با فاصله کانونی مطابق با حداکثر سطح تابش مشخصه دمای بدن انسان است. تابش طول موج های دیگر "لکه دار" می شود، از این عدسی عبور می کند و در نتیجه ضعیف می شود.

این اقدامات امکان کاهش هزاران بار تداخل از منابع خارج از محدوده طیفی را فراهم می کند و امکان عملکرد ICSO را در شرایط نور شدید خورشید، استفاده از لامپ های روشنایی و غیره تضمین می کند.

یک وسیله قدرتمند محافظت در برابر تداخل حرارتی استفاده از گیرنده pyro دو پلتفرمی با تشکیل ناحیه حساسیت دو پرتو است. سیگنال در حین عبور شخص به صورت متوالی در هر یک از دو پرتو رخ می دهد و نویز حرارتی بسیار همبسته است و می توان با استفاده از ساده ترین طرح تفریق آن را کاهش داد. در تمامی ICSO های غیرفعال مدرن از پایرو المنت های دو پلتفرمی و در آخرین مدل ها از پیرو المنت های چهارگانه نیز استفاده می شود.

در ابتدای بررسی الگوریتم های پردازش سیگنال، باید به نکات زیر اشاره کرد. اصطلاحات مختلفی ممکن است توسط سازندگان مختلف برای تعیین یک الگوریتم استفاده شود، زیرا یک سازنده اغلب نامی منحصر به فرد برای برخی از الگوریتم های پردازشی می گذارد و آن را تحت نام تجاری خود استفاده می کند، اگرچه در واقع ممکن است از برخی روش های سنتی تجزیه و تحلیل سیگنال که توسط شرکت های دیگر استفاده می شود استفاده کند.

الگوریتم فیلتراسیون بهینهشامل استفاده نه تنها از دامنه سیگنال، بلکه از تمام انرژی آن، یعنی حاصلضرب دامنه و مدت زمان می شود. یک نشانه اطلاعاتی اضافی از سیگنال وجود دو جبهه است - در ورودی "پرتو" و در خروجی آن، که به شما امکان می دهد تداخل های زیادی را که شبیه "گام ها" هستند، تنظیم کنید. به عنوان مثال، در IKSO Vision-510، واحد پردازش دوقطبی و تقارن شکل موج را از خروجی یک گیرنده pyro تفاضلی تجزیه و تحلیل می کند. ماهیت پردازش مقایسه سیگنال با دو آستانه و در برخی موارد، مقایسه دامنه و طول مدت سیگنال های قطبی متفاوت است. همچنین می توان این روش را با شمارش جداگانه مازاد آستانه مثبت و منفی ترکیب کرد. PARADOX نام این الگوریتم را Entry/Exit Analysis گذاشته است.

با توجه به این واقعیت که نویز الکتریکی دارای مدت زمان کوتاه یا شیب دار است، برای بهبود ایمنی نویز، استفاده از الگوریتم جداسازی - برجسته کردن یک جبهه شیب دار و مسدود کردن دستگاه خروجی برای مدت زمان عملکرد آنها، مؤثرتر است. بنابراین، عملکرد پایدار CO حتی در شرایط تداخل شدید الکتریکی و رادیویی در محدوده از صدها کیلوهرتز تا یک گیگاهرتز در شدت میدان تا SE/m بدست می‌آید. گذرنامه های IKSO مدرن نشان دهنده مقاومت در برابر تداخل الکترومغناطیسی و فرکانس رادیویی با شدت میدان تا 20 ... 30 ولت در متر است.

روش موثر بعدی برای بهبود ایمنی نویز استفاده از مدار است "تعداد نبض".نمودار حساسیت رایج ترین CO های "حجمی" دارای ساختار چند مسیره است. این بدان معنی است که هنگام حرکت، یک فرد به طور متوالی از چندین پرتو عبور می کند. در عین حال، تعداد آنها به طور مستقیم با تعداد پرتوهایی که منطقه تشخیص CO و مسافت طی شده توسط یک فرد را تشکیل می دهند، متناسب است. اجرای این الگوریتم بسته به اصلاح CO متفاوت است. رایج ترین مورد استفاده، تنظیم دستی سوئیچ با هزینه تعداد مشخصی پالس است. بدیهی است که در ارتباط با این، با افزایش تعداد پالس ها، ایمنی نویز ICSO افزایش می یابد. برای فعال کردن دستگاه، شخص باید از چندین پرتو عبور کند، اما این ممکن است به دلیل وجود "مناطق مرده"، قابلیت تشخیص دستگاه را کاهش دهد. PARADOX ICSO از یک الگوریتم پردازش سیگنال گیرنده pyro APSP ثبت شده استفاده می کند که به طور خودکار تعداد پالس ها را بسته به سطح سیگنال تغییر می دهد. برای سیگنال های سطح بالا، آشکارساز بلافاصله زنگ هشدار ایجاد می کند، در حالی که به عنوان آستانه کار می کند، و برای سیگنال های سطح پایین، به طور خودکار به حالت شمارش پالس تغییر می کند. این احتمال هشدارهای کاذب را کاهش می دهد و در عین حال همان قابلیت تشخیص را حفظ می کند.

الگوریتم های شمارش پالس زیر در IKSO Enforcer-QX استفاده می شود:

SPP - پالس ها فقط برای سیگنال هایی با علائم متناوب شمارش می شوند.

SGP3 - فقط گروه هایی از پالس ها با قطبیت مخالف شمارش می شوند. در اینجا، زمانی که سه گروه از این قبیل در زمان تعیین شده ظاهر می شوند، یک وضعیت هشدار رخ می دهد.

در آخرین اصلاحات IKSO از طرحی برای افزایش ایمنی نویز استفاده شده است. "پذیرایی اقتباسی".در اینجا، آستانه به طور خودکار سطح نویز را کنترل می کند و با افزایش آن، آن را نیز افزایش می دهد. با این حال، این روش عاری از معایب نیست. با الگوی حساسیت چند مسیری، احتمال اینکه یک یا چند پرتو به سمت محل تداخل شدید هدایت شوند بسیار زیاد است. این حداقل حساسیت کل دستگاه را تنظیم می کند، از جمله پرتوهایی که شدت نویز در آنها ناچیز است. این امر احتمال تشخیص کلی کل دستگاه را کاهش می دهد. برای از بین بردن این نقص، پیشنهاد می شود قبل از روشن کردن دستگاه، اشعه ها را با حداکثر سطح نویز "آشکار" کنید و با استفاده از صفحه های مات خاص آنها را سایه بزنید. در برخی از تغییرات دستگاه ها، آنها در تحویل گنجانده شده اند.

تجزیه و تحلیل مدت سیگنال را می توان هم با روش مستقیم اندازه گیری زمانی انجام داد که در طی آن سیگنال از یک آستانه خاص فراتر می رود و هم در حوزه فرکانس با فیلتر کردن سیگنال از خروجی آشکارساز آتش سوزی، از جمله استفاده از آستانه "شناور"،تجزیه و تحلیل فرکانس وابسته به محدوده آستانه در یک سطح پایین در محدوده فرکانس سیگنال مورد نظر و در سطح بالاتر خارج از این محدوده فرکانس تنظیم می شود. این روش در IKSO Enforcer-QX تعبیه شده است و با نام IFT به ثبت رسیده است.

نوع دیگری از پردازش طراحی شده برای بهبود ویژگی های IKSO است جبران دمای خودکاردر محدوده دمای محیط 25...35 درجه سانتی گراد، حساسیت گیرنده پیرو به دلیل کاهش کنتراست حرارتی بدن انسان و پس زمینه کاهش می یابد و با افزایش بیشتر دما، حساسیت دوباره افزایش می یابد. اما "با علامت مخالف." در مدارهای جبران حرارتی به اصطلاح "معمولی"، دما اندازه گیری می شود و با افزایش آن، بهره به طور خودکار افزایش می یابد. در "واقعی"یا "دو طرفه"جبران، افزایش کنتراست حرارتی برای دماهای بالاتر از 25 ... 35 درجه سانتیگراد در نظر گرفته می شود. استفاده از جبران حرارتی خودکار حساسیت ICSO تقریباً ثابتی را در محدوده دمایی گسترده ای فراهم می کند. چنین جبران حرارتی در IKSO توسط PARADOX و С&К SYSTEMS استفاده می شود.

انواع پردازش ذکر شده را می توان به وسیله آنالوگ، دیجیتال یا ترکیبی انجام داد. در ICSOهای مدرن، روش‌های پردازش دیجیتال به طور فزاینده‌ای با استفاده از میکروکنترلرهای تخصصی با ADC و پردازنده‌های سیگنال مورد استفاده قرار می‌گیرند، که این امکان را فراهم می‌کند تا پردازش دقیق ساختار "خوب" سیگنال را برای تشخیص بهتر آن از نویز انجام دهیم. اخیراً گزارش هایی مبنی بر توسعه ICSO های کاملا دیجیتالی منتشر شده است که به هیچ وجه از عناصر آنالوگ استفاده نمی کنند. در این ICSO سیگنال خروجی گیرنده pyro مستقیماً به مبدل آنالوگ به دیجیتال با دامنه دینامیکی بالا تغذیه می شود و تمامی پردازش ها به صورت دیجیتال انجام می شود. استفاده از پردازش کاملا دیجیتال به شما امکان می دهد از شر "اثرات آنالوگ" مانند اعوجاج سیگنال، تغییر فاز، نویز اضافی خلاص شوید. Digital 404 از الگوریتم پردازش سیگنال اختصاصی SHIELD استفاده می کند که شامل APSP و همچنین تجزیه و تحلیل پارامترهای سیگنال زیر است: دامنه، مدت زمان، قطبیت، انرژی، زمان افزایش، شکل موج، زمان ظهور و ترتیب سیگنال. هر دنباله ای از سیگنال ها با الگوهای مربوط به حرکت و تداخل مقایسه می شود و حتی نوع حرکت تشخیص داده می شود و در صورت عدم رعایت معیارهای هشدار، داده ها برای تجزیه و تحلیل دنباله بعدی یا کل توالی در حافظه ذخیره می شوند. سرکوب. استفاده ترکیبی از محافظ فلزی و مهار تداخل نرم‌افزاری امکان افزایش مصونیت دیجیتال 404 در برابر تداخل الکترومغناطیسی و فرکانس رادیویی را تا 30 تا 60 ولت بر متر در محدوده فرکانسی از 10 مگاهرتز تا 1 گیگاهرتز فراهم کرد.

مشخص شده است که به دلیل ماهیت تصادفی سیگنال های مفید و مزاحم، الگوریتم های پردازش مبتنی بر تئوری تصمیم گیری های آماری بهترین هستند. با قضاوت بر اساس اظهارات توسعه دهندگان، این روش ها در جدیدترین مدل های IKSO از C&K SYSTEMS شروع به استفاده می کنند.

به طور کلی، قضاوت عینی در مورد کیفیت پردازش استفاده شده، فقط بر اساس داده های سازنده، بسیار دشوار است. نشانه‌های غیرمستقیم SO دارای ویژگی‌های تاکتیکی و فنی بالا ممکن است وجود یک مبدل آنالوگ به دیجیتال، یک ریزپردازنده و مقدار زیادی از برنامه پردازش مورد استفاده باشد.