Jste zde

PIR detektor: skvělý sluha, ale zlý pán

Detektor pohybu dovede v domácnosti dobře posloužit a zvýšit tak komfort majiteli domu. Každému se určitě stalo, že nechal někde rozsvíceno a zjistil to, až se na toto místo vrátil po delší době, nebo má plné ruce a potřeboval by třetí ruku na rozsvícení.

Tyto situace vyřeší spolehlivý detektor pohybu, kterým může být PIR čidlo. Záměrně jsem napsal spolehlivý, jelikož existují detektory, které dovedou výše popsanou situaci ještě zhoršit, například tím, že detektor vůbec nezareaguje na pohyb osoby a světlo se vůbec nerozsvítí nebo sem tam zareaguje na jiný podmět a spíná světlo, jak se mu zachce. Na jakém principu tyto detektory pracují? Na to se pokusím odpovědět v následujících odstavcích.
 
Zkratka PIR je z anglického názvu „passive infrared detector“ - pasivní infračervený detektor. Čidlo funguje na principu pyroelektrického jevu. Z pohledu instalace pak existují dva druhy PIR detektorů: stropní (instalace na strop) či stěnové, instalované v dané výšce.
 

Co je to pyroelektrický jev

Podobně jako mechanickým tlakem lze deformovat krystalickou mřížku dielektrik, můžeme tuto deformaci vyvolat i změnou teploty. V látkách s jednou polární osou symetrie tak lze změnou teploty vytvářet dipólový moment, jehož velikost je přímo úměrná změně teploty a má směr této polární osy symetrie. Tento jev byl znám již od 17. století z pozorování přitahování částeček popela k jednomu konci chladnoucího krystalku turmalínu, nalézaného v přírodě (Ceylon). Podle řeckého slova pyros = oheň byl jev nazýván jevem pyroelektrickým. Obecně lze pyroelektrický jev definovat jako schopnost materiálu generovat dočasný elektrický potenciál při změně jeho teploty.
Blokové schéma PIR detektoru
 

Optika

Úkolem optiky PIR detektorů je soustřeďovat infračervené záření vyzařujícího z povrchu objektů, které se nacházejí v detekčních zónách, do PIR elementu. Snímaný prostor je rozdělen na tzv. detekční zóny, jejichž počet je dán počtem segmentů zrcadla nebo čoček, popřípadě geometrií předsazené mřížky. V praxi se používají dva optické systémy - pomocí zrcadel nebo Fresnelovými čočkami.

PIR Element

Pyroelement je základní funkční prvek PIR detektoru. Je to polovodičová součástka (ze sloučenin na bázi lithia a tantalu). Pyroelektrické detektory jsou citlivé na ozáření infračerveným světlem tak, že začnou generovat elektrický povrchový náboj Q. Pokud se změní hodnota dopadajícího infračerveného záření na povrch pyroelektrického materiálu, změní se tím i hodnota elektrického povrchového náboje. Tato změna náboje je měřena citlivým FET tranzistorem, který je přímo vestavěný ve snímači. Pyroelektrický snímač je citlivý ve velkém vlnovém rozsahu a proto je před pyroelektrický snímač aplikován filtr záření, který propouští infračervené záření o vlnových délkách v rozsahu 8 až 14 μm. Lidské tělo emituje do prostoru záření o vlnové délce 9,4 μm.
PIR element
 

Zpracování signálu

Při snímání střeženého prostoru dopadá na pyroelement infračervené záření, které má podobu spojitého signálu (analogového). Důležitou oblastí PIR detektoru je kvalita zpracování získaného analogového signálu. Existují dva druhy zpracování signálu:

  • Analogové - zpracování signálu je vyhodnocení jeho prahové úrovně, při jejímž překročení dojde k vyhlášení poplachu. Tento způsob vyhodnocení bývá u většiny detektorů kombinován ještě s počítadlem pulsů. To podmiňuje překročení prahové úrovně několikrát v časově definovaném okně. Bohužel při využívání této funkce dochází k vyhlašování planých poplachů způsobených prudkými změnami teploty a jinými vnějšími vlivy.
  • Digitální - analogový signál je navzorkován a následně je použito kvantování.  Digitální zpracování signálu se nazývá multikriteriální. Při něm se vyhodnocuje nejen velikost signálu a jeho strmost, ale i polarita, časování, povaha energie a kmitočtové spektrum společně se statistickými informacemi, které byly zjištěny průzkumem prostředí. Dále je použito mnoho filtrů, které nám přispějí k lepšímu rozeznání skutečného poplachu od falešného. 
Generování impulsu při detekci pohybu

Relé

Poslední součástí je spínač. Bývá to nejčastěji relé, ale existují i PIR detektory s výkonovými tranzistory

Testování

PIR detektory se testují podle normy ČSN CLC/TS 50 131-2-2. Zde je poměrně dobře popsána část, zabývající se odolnosti proti chybné funkci. 

  • Odolnost proti proudění vzduchu - Z bodu vzdáleného 1 m od detektoru směřuje z teplovzdušného topidla přes čelo detektoru proud vzduchu. Teplota vzduchu u průzoru detektoru je zvyšována z okolní teploty (20 °C) během 4 min po 5 °C/min až do + 40 °C. Průzor detektoru nesmí přímo směřovat na topná tělesa. Detektor se ponechá přímo na teplotě +40 °C po dobu 4 min. Vypne se topení a teplota se nechá klesat po dobu 1 min do dosažení okolní teploty. Na této teplotě se detektor ponechá po dobu 2 min. Tento cyklus se opakuje 5krát. Čidlo nesmí sepnout.
  • Odolnost proti viditelnému světlu a světlu blízkému infračervenému záření - jako zdroj světla k osvětlování detektoru se používá 12 V přední automobilový halogenový reflektor, nebo ekvivalentní bez čelního skla, který může generovat ze vzdálenosti 3 m osvětlení 2000 lux. Světlo ze zdroje musí na detektor dopadat přes dvě čisté 4 mm silné tabule skla, oddělené 10 mm vzduchovou mezerou a umístěné 0,5 m před čelem detektoru. Reflektorem se otáčí kolem vertikální osy tak, že světlo se pohybuje po detektoru rychlostí 0,5 m/s a osvětluje se vnější okraj krytu detektoru. Při zkoušce nesmí dojít k detekci pohybu.

Co mi v této normě chybí je předpis pro testování citlivosti detektoru. Výrobci PIR detektorů si tento test dělají pomocí figuríny, která simuluje lidské tělo. Tato figurína vyzařuje IR záření podobně jako lidské tělo - je vyhřívána rovnoměrně na teplotu lidského těla. Pomocí definovaných pohybů (amplituda a rychlost) se zjišťuje citlivost PIR detektoru a tím se získá mapa citlivosti. V normě jsou pouze popsány situace na hranici a uvnitř detekčního prostoru. 

  • Detekční pokrytí na hranici detekčního prostoru - zkušební body se umístí ve 2 m intervalech po celé hranici detekčního pokrytí. Na každém zkušebním bodě je možné provést dva průchozí směry, které mají počátek ve vzdálenosti 1,5 m od zkušebního bodu a končí 1,5 m za tímto zkušebním bodem. Standardní detekční cíl se musí pohybovat buď pod úhlem + 45° nebo – 45° k radiální spojnici.
  • Detekční pokrytí uvnitř detekčního prostoru - podobně jako u pokrytí na hranici detekčního prostoru, ale test se provádí uvnitř detekčního prostoru.
  • Podstatné snížení daného rozsahu pokrytí - Ve vzdálenosti 55 % výrobcem deklarovaného dosahu se na ose detektoru zvolí zkušební bod. Na této ose ve vzdálenosti 45 % výrobcem deklarovaného dosahu se postaví zeď z kartónových krabic do výšky 3 m a šířky 2,5 m. Ve zkušebním bodě se provedou dvě zkoušky, které začínají ve vzdálenosti 1,5 m od zkušebního bodu a končí 1,5 m za ním s kolmým pohybem k ose.
  • Pokrytí při velké rychlosti - Dvě průchozí zkoušky začínají mimo hranice detekčního prostoru z protější strany detektoru a protínají střed osy detektoru v polovině maximálního dosahu pod úhlem 45° k této ose. Třetí zkušební průchod se provádí kolmo k ose detektoru na obě strany ve vzdálenosti 1 m od čela detektoru.
  • Pokrytí při přerušovaném pohybu - Zkoušky začínají mimo hranice detekčního prostoru z protější strany detektoru a protínají střed osy detektoru v polovině maximálního dosahu pod úhlem 45° k této ose.Standardní detekční cíl začíná přerušovaný pohyb tak, že stojí s chodidly u sebe, a dále provede dva kroky 0,5 m dlouhé rychlostí 0,2 - 0,1 m/s a zastaví se s chodily u sebe. Po 5 s se cykly opakují až do opuštění detekovaného prostoru.
  • Pokrytí v těsné blízkosti detektoru -  Zkoušky  začínají mimo detekční hranici detekčního prostoru ve vzdálenosti 2 m ± 0,2 m nebo ve vzdálenosti 0,5 m ± 0,05 m od referenční čáry (montážní plochy) detektoru. Vzdálenost se volí podle stupně zabezpečení, do které spadá testovaný detektor.
 

Závěrem

Použití PIR detektoru v domácnosti či panelovém domě je velkým přínosem, nicméně toto čidlo musí být spolehlivé, jinak dovede z obyčejného pochodování po schodech udělat nepříjemnost. Dále je nutno říci, že sebedokonalejší PIR čidlo nemůže za svou instalovanou polohu. Pokud bude jeho detekční prostor nasměřován tam, kde nemá (proudící teplý vzduch - radiátor, otevřené okno apod.) nebo je instalován pod nevhodným úhlem (naměřován do zdi) nepomohou mu ani super filtry ani super optika. Vše záleží na vhodnosti instalačního místa a také na výběru čidla.

Pokud si nevíte rady s výběrem PIR detektoru, dovoluji si Vás pozvat na mezinárodní veletrh elektrotechniky, elektroniky, automatizace a komunikace Amper 2013 se bude konat v termínu od 19. do 22. března 2013 opět na VÝSTAVIŠTI BRNO. Vše podstatné k následujícímu, v pořadí již 21. ročníku sledujte na stránkách HW serveru nebo též na http://www.amper.cz/.

Hodnocení článku: 

Komentáře

Bylo by dobré se také podívat na vlastní spotřebu PIR detektoru.

Měl jsem jeden PIR v rukou a chtěl připojit k 3W LED ,

po zjištění že vlastní PIR má trvalou spotřebu 3W jsem od těchto "spořičů" dal ruce pryč.

 Je fakt, že někteří výrobci udávají spotřebu pod 1W, ale co jsem mel zkusenost tak vlastni spotřeba PIR detektoru se pohybuje okolo 1,5 W. Je pravda, ze jsem narazil na PIR cidla, která mají ve standby modu okolo 3W. Kdyz se podivate na takove dimmery tak tam je ta "uspora" jeste markantnejsi. Tam dle meho nazoru stmivat LED zarovky kvuli uspore je blbost. Bohuzel lidi slysi na to ze se uspori, ale za jakou cenu. Muj byvali kolega v praci rikal, ze my tu tisicovku usetrime aj kdyby nas to melo stat dva.