اساس کار سیستم های آشکار سازحرکت
PIR (PASSIVE INFRA RED)
مقدمه:
این سیستم ها در برابر تشعشعات مادون قرمز که از یک منبع طبیعی تولید شده اند مثل تشعشع ناشی از حرارت بدن انسان ، واکنش نشان می دهند.
این آشکار سازها در اغلب سیستم های امنیتی مدرن به کار برده می شوند.
اغلب سیستم های حفاظتی مبتنی بر PIR به گونه ای طرح می شوند که وقتی یک انسان یا یک حیوان خون گرم بزرگ در حوزه ی عملکرد آشکار ساز PIR حرکت نماید یک زنگ خطر یا نورافکن روشن شود و یا یک درب باز شده و یا سایر انواع سیستم های الکترو مکانیکی فعال شود.
سیستم آشکار ساز حرکت در بازار با نام چشمی شناخته می شوند به عنوان دزدگیر استفاده می شود.
همانگونه که در شکل 1 نشان داده شده است در این سیستم ها از آشکار ساز پیرو الکتریک به عنوان حسگر مادون قرمز استفاده می شود.
در ابتدا درباره آشکارسازهای مادون قرمز پیرو الکتریک توضیحاتی داده می شود.
آشکار سازهای مادون قرمز پیروالکتریک (PIR):
برخی از کریستال ها و سرامیک های خاص با قرار گرفتن در معرض تغییرات حرارتی ، بار الکتریکی تولید می کنند که به این پدیده اثر "پیرو الکتریک" گفته می شود.
همان گونه که در شکل 1 (الف) نشان داده شده است آشکار سازهای مادون قرمز پیرو الکتریک متشکل از یک یا دو کریستال پیرو الکتریک, یک فیلتر نوری و یک ترانزیستور FET هستند.
آشکار سازهای مدرن پیرو الکتریک مادون قرمز مثل انواع متداول PIS201S و E600STO از اتصال سری دو سرامیک کوچک پیرو الکتریک با پلاریته های معکوس تشکیل شده اند و خروجی این مجموعه توسط یک JFET که با آرایش سورس فالوور بسته شده است بافر شده.
عملکرد این آشکار ساز بدین گونه است که اگر بدن شخصی که در میان دید کریستال پیرو الکتریک قرار دارد حرکت نماید، قسمتی از انرژی مادون قرمز تشعشع کرده از بدن آن فرد روی سطح کریستال پیرو الکتریک تابیده شده که موجب تغییرات جزیی حرارت سطح کریستال می شود در نتیجه ولتاژ خروجی تغییر می کند. اگر این آشکار ساز را مشابه شکل 1(ب) در مدار قرار داد آنگاه تغییرات ولتاژ خروجی آشکار ساز که ناشی از جابه جایی منبع گرمایی می باشد توسط JFET تقویت شده و از طریق c1 در اختیار سایر بخش های مدار قرار می گیرد که پس از تقویت و فیلتر شدن می تواند یک آلارم یا زنگ خطر را فعال کند.
شکل1: ساختار اساسی و نحوه استفاده آشکارساز مادون قرمزپیروالکتریک
در مدار فوق به دلیل کوچک بودن عدسی آشکار ساز حد اکثر برد موثر آشکار سازی آن یک متر می باشد ولی این محدوده را با استفاده از عدسی های متمرکز کننده ی بزرگتر که در سیستم های مدرن آشکار سازی مادون قرمز PIR مورد استفاده قرار می گیرند تا میزان 10 متر افزایش داد.
این عدسی ها, عدسی هایی پلاستیکی چند وجهی با سطح زیاد (حدود 2000 میلی متر مربع)
می باشد ، این عدسی ها کل میدان دید را به تعدادی نوار موازی تقسیم کرده و روی هر دو سطح حس کننده های PIR متمرکز می کنند.
عملکرد آشکار ساز حرکت (PIR):
عملکرد آشکار ساز PIR نشان داده شده در شکل 2 بدین گونه است که وقتی بدن شخصی در میدان دید عناصر پیرو الکتریک قرار گیرد قسمتی از انرژی تشعشع مادون قرمز که از بدن منتشر شده است و روی سطح عناصر حساس تابیده است, به تغییرات حرارتی بسیار جزیی ولی قابل آشکار سازی تبدیل می شود و این تغییرات نیز به نوبه خود موجب بروز تغییراتی در ولتاژ خروجی می شود.
شکل2: مدار کاربرد آشکارساز PIR
در وضعیتی که شخص یا هر منبع تشعشعات مادون قرمز به صورت ساکن در برابر عدسی آشکار ساز قرار گیرد ولتاژ تولید شده توسط هر یک از دو سرامیک پیرو الکتریک متشابه بوده و ولتاژ تفاضلی این مجموعه صفر خواهد شد ولی اگر این منبع حرارتی در مقابل عدسی آشکار ساز شروع به حرکت کند آنگاه هر یک از دو عناصر پیرو الکتریک ولتاژهای متفاوتی ایجاد خواهند کرد و در نتیجه در خروجی ولتاژ متغیری ایجاد خواهد شد.
بنابراین هرگاه یک واحد PIR مطابق شکل 2 در مدار قرار گیرد آنگاه حرکت منبع حرارت در جلوی این آشکارساز تغییر ولتاژی را القا می کند که این ولتاژ توسط یک JFET بافر شده و جریان آن تقویت می شود و ولتاژ DC آن توسط خازن C1 حذف می شود و اگر روی این ولتاژ تقویت مناسب و فیلتر کردن صحیح انجام شود آنگاه از آن می توان برای راه اندازی زنگ خطر و یا هر مکانیزم حفاظتی دیگر استفاده کرد.
شکل 3 نمونه ای از الگوی حس کنندگی یک PIR تجاری را نشان می دهد که به عنوان آشکار ساز حضور غیرمجاز به کار می رود و برای محافظت از یک اتاق با ابعاد معمولی طرح شده است. در این مثال دستگاه باید روی دیوار ودر ارتفاع 2 متری نصب شود و با زاویه ی کمی نیز به سمت پایین متمایل گردد, عدسی پلاستیکی چند وجهی میدان دید را به تعداد زیادی قطعات افقی و عمودی تقسیم می کند. عبور شخصی از یکی از قطعات موجب به وجود آمدن یک سیگنال در حسگر PIR می شود و عبور شخص از کل قطعات میدان دید موجب ایجاد سیگنال های متعدد می شود ولی یک منبع مادون قرمز ساکن هیچ سیگنالی را تولید نمی کند. اغلب این نوع آشکار سازها از یک مدار شمارنده نیز کمک می گیرند تا اگر3 سیگنال و یا بیش از آن درعرض چند ثانیه ایجاد شد خروجی را فعال کند تا سیستم اعلان خطر به کار بیفتد, استفاده از این روش موجب کاهش احتمال بروز خطا دربرابرتغییرات ناگهانی حرارت می گردد, به عنوان مثال تغییرات ناگهانی می تواند ناشی از روشن شدن چراغ های حفاظتی باشد.
PIR هایی که با الگوی نشان داده شده در شکل 3 ساخته شده اند در سیستم های دزدگیر برای حفاظت از یک اتاق با ابعاد متوسط به کاربرده می شوند. انواع عدسی های مختلف دیگری با محدوده ی عملکرد متفاوت و الگوهای مختلف وجود دارند که برای کاربردهای خاصی ساخته شده اند ومعمولا قابل تعویض می باشند.
به دلیل کیفیت بالا و قیمت نسبتا پایین نمونه های تجاری این نوع آشکار سازها, ساخت آنها توسط خود شخص هم به لحاظ قیمت و هم به دلیل ظرافت کار, امکان پذیر نمی باشد.
شکل3: الگوی حس کنندگی یک نوع PIR تجاری که برای مصارف عادی خانگی طرح شده است.