Датчик движения

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск

Датчик движения (англ. motion sensor) - бесконтактный датчик, фиксирующий перемещение объектов и используемый для контроля за окружающей обстановкой или автоматического запуска требуемых действий в ответ на перемещение объектов.

Детектор движения (англ. motion detector) — устройство или функция охранной телевизионной системы, формирующие сигнал извещения о тревоге при обнаружении движения в поле зрения видеокамеры.[1]

Более чувствительную разновидность датчика движения называют также датчиком присутствия (англ. presence sensor или occupancy sensor).

Датчик движения

Сенсоры движения широко распространены, и аналитики ожидают роста их использования еще на 13% - 14% ежегодно до 2020 года.[2] Применение датчиков движения и присутствия в жилых домах и офисах, как прогнозируют специалисты, будет в тот же период расти на 20% в год, при этом наибольший рост ожидается в Европе и России, прежде всего в сфере защиты от постороннего проникновения[3] и в других аспектах домашней автоматизации[4].

Датчики движения и присутствия широко применяются независимо или в составе охранных систем, чтобы обнаруживать проникновение постронних, а также для автоматизации освещения и климатической техники (отопления и кондиционеров) в квартирах, жилых домах и коммерческой недвижимости.

Принципы работы и классификация[править | править код]

Работа датчика движения основана на анализе волн различных типов (акустических, оптических или радиоволн), поступающих на датчик из окружающей среды. В зависимости от типа используемой волны датчик движения делятся на:

В зависимости от того, инициирует ли сенсор сам эти волны и анализирует их после отражения или только получает волны из внешнего мира, датчики делятся на:

  • активные,
  • пассивные и
  • комбинированные, когда одна часть датчика посылает волны, а отделенная от нее вторая получает их.

Большинство существующих датчиков движения представляет собой комбинацию этих критериев, причем датчики одного типа волн как правило используют один механизм их создания и обработки. Наиболее распространены:

  • пассивный инфракрасный датчик (PIR), самый доступный и распространенный датчик движения в принципе,[5] инфракрасные датчики составляют около 50% применяемых по всему миру сенсоров движения,[6]
  • активные ультразвуковой, микроволновый и томографический датчики,
  • комбинированные фотоэлектрический и инфракрасный датчики.

Каждый механизм имеет свои погрешности, время от времени допуская ложные тревоги. Чтобы снизить вероятность ложного срабатывания, датчики иногда объединяют две технологии в одном устройстве (например инфракрасный и ультразвуковой). Однако это в свою очередь повышает уязвимость датчика, поскольку он становится менее чувствительным и может в результате не сработать даже когда должен.

Инфракрасный датчик[править | править код]

Инфракрасный датчик движения

Действие инфракрасного датчика основано на анализе теплового (инфракрасного) излучения. Пассивный инфракрасный датчик (PIR) при этом не испускает никакого излучения сам, а только анализирует входящие тепловые лучи.

Чувствительные элементы

Внутри датчика располагаются два чувствительных элемента, фиксирующих уровень инфракрасного излучения. Перед каждым установлена линза Френеля, которая фокусирует на нем падающие на датчик инфракрасные лучи. Простейший датчик сконструирован так, что окружающее пространство "разделено" между двумя линзами, каждая из которых проецирует тепловое излучение из своей зоны ответственности на "свой" чувствительный элемент. В обычных условиях поступающее на обе части датчика излучение примерно одинаково. Когда появляется тепловой объект (человек), он сначала попадает в поле зрения только одной части датчика, так что показания двух чувствительных элементов начинают различаться - и датчик делает вывод, что имело место движение[7].

В реальных условиях датчик с двумя линзами был бы слишком груб, поэтому на практике в датчиках устанавливают не одну пару линз, а несколько десятков. Они легко заметны на поверхности - это ячеистая структура полупрозрачного окошка, за которым и располагаются чувствительные элементы. Для экономии места и материалов датчик конструируют так, что все линзы фокусируют входящее излучение только на двух чувствительных элементах. Таким образом окружающее пространство разделено на зоны ответственности между парами линз, каждая из которых способна фиксировать движение в своей зоне[8].

В качестве чувствительного элемента используются в основном пироэлектрические элементы, на них приходится львиная доля инфракрасных датчиков движения. Менее распространены термопары, микроболометры и полупроводники: арсенид галлия-индия (InGaAs) и теллурид ртути-кадмия (MCT)[9].

Ультразвуковой датчик[править | править код]

См. также Эхолокация

Ультразвуковой датчик основан на анализе звуковых волн за порогом человеческого восприятия.

Специальный элемент внутри датчика регулярно испускает пучки ультразвуковых волн. Затем датчик переключается в режим приема и ожидает возврата отраженных волн, после чего анализирует их.

Если обстановка в зоне покрытия датчика осталась неизменной, посланные волны каждый раз возвращаются отраженными одинаково, но если начинается движение, то волны изменяются (эффект Доплера), на основании чего датчик делает вывод, что обстановка изменилась. Когда изменения превышают установленный порог чувствительности, датчик срабатывает.

В качестве генератора ультразвука в датчике обычно используется кварцевый или керамический пьезоэлектрический элемент или специальная мембрана, вибрирующая под действием электростатического поля.

Радиоволновые датчики[править | править код]

Микроволновый датчик движения

Томографические (радиоволновые) и микроволновые датчики действуют так же, как ультразвуковые, но анализируют отражение не акустических, а радиоволн.

Поскольку радиоволны способны проходить через неметаллические преграды, например, через стены и деревянную мебель, радиоволновые датчики пригодны для контроля пространства за такими преградами. Радиоволновые датчики достаточно дорогие, и потому их обычно используют для наблюдения за большими коммерческими площадями, к примеру, за складскими помещениями[10].


Фотоэлектрический датчик[править | править код]

Принцип действия фотоэлектрического датчика основан на проверке прерывания пучка световых лучей, при затенении которого он срабатывает. Обычно этот датчик состоит из двух частей, одна из которых испускает свет, а другая принимает. В приемной части находится фотоприемник, в котором под действием падающего света возникает электрический ток. Когда световой пучок перекрывается каким-либо телом, на приемник перестает падать свет и датчик срабатывает.

Известный пример использования такого датчика — в турникетах метрополитена, которые захлопываются перед пассажиром при пересечении им светового пучка без оплаты проезда.

В фотоэлектрических датчиках часто используют невидимое инфракрасное излучение.

Датчик присутствия[править | править код]

Датчик присутствия представляет собой более чувствительную версию датчика движения, в основе обоих датчиков лежат одни и те же механизмы. Однако к примеру если в инфракрасном датчике движения используются несколько десятков пар линз, которые таким образом делят окружающее пространство на несколько десятков зон, то в датчике присутствия применяются несколько сотен пар линз. Таким образом каждая пара отвечает за небольшой участок пространства, что позволяет ей фиксировать даже небольшие движения, вплоть до движения пальцев по клавиатуре.[11]

Взаимодействие с другими устройствами[править | править код]

Поскольку датчики лишь фиксируют изменения внешней среды, они почти всегда используются во взаимодействии с другими устройствами, которые при срабатывании датчика выполняют требуемые действия:

  • включают тревогу,
  • рассылают уведомления,
  • включают или выключают освещение и другие приборы,
  • изменяют параметры работы климатической техники или других устройств.

Если датчики движения (охранные извещатели) устанавливаются в составе комплексных охранных систем (пультовая охрана), связи между устройствами настраиваются уже при установке, а их дальнейшее взаимодействие происходит через контроллер, который поставщик (государственная вневедомственная охрана или частная охранная организация) устанавливает вместе с остальным оборудованием.[12]

Если пользователь приобретает датчики, сирены и умные выключатели от разных поставщиков и устанавливает их сам, контроллер также устанавливается самостоятельно. Вместе с контроллером поставщики предоставляют доступ к аккаунту на специализированном веб-портале и мобильному приложению, которые позволяют самостоятельно настроить уведомления и взаимодействие устройств.

Использование[править | править код]

Датчики движения и присутствия широко применяются в повседневной жизни, прежде всего в домашней автоматизации и автоматизации зданий для:[13][14][15]

Например, использования датчиков движения и присутствия для автоматизации освещения и кондиционирования позволяет сократить потребление энергии на 40%, а расходы на освещение - на 60% - 70%.[16]

Коммерческие применения датчиков движения включают:[17]

Защита от проникновения[править | править код]

Датчик активирует сирену, когда фиксирует проникновение посторонних в помещение. Установленный в составе системы пультовой охраны датчик также отправляет сигнал тревоги в диспетчерский центр охранной организации, которая при необходимости высылает на место группу реагирования.

Кроме того, в случае тревоги датчик может запустить отправку уведомления владельцу: SMS, Email или push-уведомление в зависимости от настроек. Некоторые системы предлагают также функцию автоматического телефонного звонка владельцу или указанным им доверенным людям.

Датчик также может активировать видеонаблюдение, а в самостоятельно установленной системе также запустить любую другую функцию по усмотрению владельца: заблокировать замки до приезда правоохранителей, обесточить технику, отключить освещение и так далее.

Автоматизация света[править | править код]

Прожектор, снабжённый датчиком движения
См. также Автоматизация освещения

В зависимости от того, фиксирует он движение в помещении или нет, датчик движения или присутствия может автоматически включать или выключать освещение и менять его яркость, сразу или с задержкой.

В общем случае датчик через контроллер передает соответствующие команды на выключатель (формально датчик лишь сообщает контроллеру о том, что в помещении есть или нет движения, а уже контроллер в соответствии с оставленными владельцем инструкциями отдает нужные команды выключателям). Однако распространены и выключатели со встроенными датчиками движения, как правило они используются в общественных и коммерческих пространствах: офисах, складах, подъездах.

Вместо выключателя может использоваться любой другой контроллер освещения, например RGB-контроллер для управления светодиодной лентой или умная лампа.

Автоматизация климата[править | править код]

Сработавший датчик способен автоматически изменить мощность климатических систем в соответствии с инструкциями, указанными владельцем. Для этого он уведомляет контроллер о том, что зафиксировал движение или его отсутствие, а контроллер пускает в ход нужные алгоритмы, командуя климатическим устройствам включиться, отключиться или изменить параметры работы.

Например, если зимой датчик обнаруживает присутствие людей в помещении, контроллер передает установленному на батарею терморегулятору или регулятору теплого пола команду повысить температуру. Если летом датчик зафиксировал отсутствие людей, контролер командует кондиционеру снизить мощность.

Примечания[править | править код]

  1. ГОСТ Р 51558-2014 Средства и системы охранные телевизионные. Классификация. Общие технические требования. Методы испытаний
  2. Motion Sensors Market - Global Forecast to 2020 Markets and Markets, 4 фев 2017
  3. Occupancy Sensor Market - Global Forecast to 2020 - Markets and Markets, 4 фев 2017
  4. Growth Opportunities in the Global Infrared Detector Market - Lucintel, 4 фев 2017
  5. Occupancy Sensor Market Worth 2.78 Billion USD by 2020 - Market Watch, 4 фев 2017
  6. Motion Sensors Market - Global Forecast to 2020 Markets and Markets, 4 фев 2017
  7. How PIRs Work - Adafruit, 4 фев 2017
  8. How PIRs Work - Adafruit, 4 фев 2017
  9. Growth Opportunities in the Global Infrared Detector Market - Lucintel, 4 фев 2017
  10. Motion Detectors - SimpsiSafe, 4 фев 2017
  11. How does a presence detector work - Theben, 4 фев 2017
  12. Охрана объектов - Управление вневедомственной охраны Росгвардии по Москве, 7 фев 2017
  13. Occupancy Sensor Market Worth 2.78 Billion USD by 2020 - Market Watch, 4 фев 2017
  14. Практическое энергосбережение в быту - Министерство энергетики Московской области, 4 фев 2017
  15. Стоимость энергоэффективных решений - Минстрой России, 4 фев 2017
  16. Occupancy Sensor Market - Global Forecast to 2020 - Markets and Markets, 4 фев 2017
  17. Motion Sensors Market - Global Forecast to 2020 Markets and Markets, 4 фев 2017