Jak działa czujka ruchu? Cz.1 Pasywna czujka podczerwieni

Czy pamiętasz, że każde ciało o temperaturze większej od zera bezwzględnego emituje promieniowanie cieplne? Najpopularniejsza czujka ruchu, czyli pasywna czujka podczerwieni, wykorzystuje ten fakt do wykrywania niechcianych osobników w naszych domach.Alarmy domowe buduje się z wykorzystaniem najczęściej tylko dwóch rodzajów czujek ruchu:

  1. Pasywna czujka podczerwieni (w skrócie nazywana często czujką PIR lub rzadziej PID), o której wspomniałem powyżej oraz
  2. Czujka zespolona złożona z pasywnej czujki podczerwieni i czujki mikrofalowej umieszczonych w jednej obudowie i ściśle współdziałających ze sobą (w skrócie nazywana często czujką PIR+MW).

Czujki mikrofalowe bez członu PIR oraz czujki ultradźwiękowe, tak popularne w naszych samochodach, do zabezpieczania pomieszczeń domowych stosowne są niezmiernie rzadko.

W dzisiejszym artykule wyjaśnię zasadę działania oraz podstawowe cechy pasywnej czujki ruchu. Postaram się to zrobić najprościej i najkrócej jak to tylko możliwe.

Dlaczego przestrzenna?

Czujka PIR jest czujką przestrzenną, to znaczy, że wykrywa ruch w określonej przestrzeni. Przykładowo, jedna odpowiednio dobrana czujka ruchu usytuowana w narożniku pomieszczenia może wykryć ruch w przestrzeni prawie całego pomieszczenia.

Dlaczego pasywna?

Czujka nazywana jest pasywną, ponieważ nie jest ona źródłem promieniowania podczerwonego, a jedynie analizuje ona promieniowanie innych ciał.

Czy przypominasz sobie?

Czy przypominasz sobie lekcję fizyki, na której dowiedziałeś się, że każde ciało o temperaturze większej od zera bezwzględnego emituje promieniowanie cieplne? Im ciało jest cieplejsze, tym więcej emituje promieniowania i o mniejszej długości. Ciało ludzkie emituje promieniowanie podczerwone o długości fali ok. 10 mikrometrów.

Trochę upraszczając, pasywna czujka podczerwieni, niczym kamera termowizyjna, obserwuje przestrzeń pomieszczenia. Alarm jest generowany, kiedy w polu widzenia czujka zarejestruje pojawienie się obiektu o temperaturze odbiegającej od temperatury otoczenia.  Tym obiektem może być oczywiście człowiek, ale może być też zwierzę, nagrzewający się piec lub kaloryfer. Przeczytaj Kiedy popularna czujka ruchu przysporzy Ci więcej kłopotów niż korzyści?

Podstawowym elementem czujki PIR jest sensor (przetwornik) piroelektryczny, czuły na promieniowanie podczerwone. Promieniowanie koncentrowane jest na powierzchni sensora za pośrednictwem soczewek Fresnela lub segmentowego lustra. W ten sposób czujka uzyskuje pożądane charakterystyki pola detekcji oraz czułość. Bardzo ważnym elementem czujki jest także układ elektroniczny, którego zadaniem jest analiza sygnałów z sensora i podejmowanie decyzji o zasygnalizowaniu stanu alarmowego. Od jakości tego elementu i zaprogramowanych w nim algorytmów zależy czy czujka będzie działała niezawodnie i sygnalizowała alarm wyłącznie w sytuacjach wymagających interwencji.

Czy każdy ruch w pomieszczeniu wykrywany jest z jednakową skutecznością?

Nie.

Obiekty o temperaturze znacznie różniącej się od temperatury otoczenia wykrywane są skuteczniej. Człowiek w odzieży termoizolacyjnej może być wykrywany z niewystarczającą skutecznością. Podobnie ruch nawet dużych przedmiotów stanowiących wyposażenie chronionego pomieszczenia (np. drzwi) może nie spowodować reakcji czujki.

Czujka jest najbardziej czuła dla ruchu prostopadłego do jej osi optycznych (czyli przecinającego kolejne pola detekcji), natomiast najmniej czuła dla ruchu wzdłuż osi optycznych (czyli dla obiektów zbliżających lub oddalających się od czujki).