Разработка автоматизированной системы контроля на основе инфрокрасного датчика движения

В настоящее время в различных отраслях успешно применяются средства контроля, которые основываются на различных физических принципах, в том числе ИК датчики движения.
В системах безопасности они применяются при организации охранной сигнализации для контроля проникновения в защищаемые помещения. Из всех средств обнаружения они являются одними из самых распространенных и носят название оптико-электронные инфракрасные извещатели.
Достаточно большая номенклатура этих приборов дает возможность применения их для охраны объектов любой категории важности, организовывать с их помощью различные рубежи охраны.
Определение их четко дается в нормативных документах: «пассивный оптико-электронный инфракрасный извещатель: «Охранный извещатель, реагирующий на изменение уровня инфракрасного (ИК) излучения в результате перемещения человека в зоне обнаружения (ЗО)» [1].
Принцип действия извещателей основан на регистрации разницы между интенсивностью инфракрасного излучения, исходящего от тела человека, и фоновой температурой окружающей среды.
Чувствительным элементом извещателей является пироэлектрический преобразователь (пироприемник), на котором фокусируется инфракрасное излучение с помощью зеркальной или линзовой оптической системы (последние наиболее широко распространены) [11, с. 23, 29].
Извещатель называется «пассивным», потому что собственного излучения он не формирует, а воспринимает и анализирует изменение теплового излучения нарушителя и окружающих предметов (фона).
Общая структурная схема извещателя приведена на рисунке 1.1

1. Фокусирующие элементы; 2. Приемник излучения (пироприемник) 3. Усилитель 4. Устройство обработки сигнала 5. Устройство выдачи информации
Рисунок 1.1 Общая структурная схема ИК извещателя
Конструкция пироприемника с расположением и примерными размерами (в миллиметрах) чувствительных площадок приведена на рисунке 1.2 (в зависимости от типа пироприемника размеры могут отличаться) [6, c. 100].

Рисунок 1.2 Конструкция пироприемника
Сенсор, который чувствителен к ИК излучению в диапазоне 5 – 15 мкм, регистрирует тепловое излучение от тела человека. Именно в этом диапазоне лежит максимальное излучение от тела, имеющее температуру от двадцати до сорока градусов Цельсия. Чем больше температуру имеет предмет, тем больше от него излучение.
Для сравнения: ИК прожекторы подсветки видеокамер, лучевые (двухпозиционные) детекторы и пульты дистанционного управления бытовой техникой работают в диапазоне длин волн короче 1 мкм, видимая человеком область спектра находится в районе 0,45–0,65 мкм [10, с. 18-25].
Пассивными, такие датчики, называются, потому что сами они ничего не излучают, а лишь регистрируют тепловое излучение. Проблемой является то, что каждый предмет при температуре даже ноль градусов довольно сильно излучает в ИК-диапазоне. Более того, излучает само устройство (корпус и даже материал чувствительного элемента). Изначально такие датчики работали, при охлаждении самого детектора, скажем, до температуры жидкого азота (-196º С). Естественно, что такие устройства очень непрактичны в применении. Существующие сегодня устройства функционируют по дифференциальному принципу. Они не могут точно выполнить измерение величины потока ИК-излучения от движущегося человека, но способны обнаружить изменение разности потоков [10, с. 9 - 13] ИК-излучения, которые падают на две соседние площадки. То есть, излучение от объекта фокусируется только на одну из площадок, и притом оно изменяется. Надежность сработки обеспечивается, если изображение объекта фиксируется сперва на одной площадке, затем человек передвигается, так что его изображение на вторую площадку, уровень сигнала на второй растет, а на первой падает. Такие достаточно быстрые изменения разности сигналов вполне можно обнаружить даже на фоне огромного и непостоянного сигнала, вызванного всем и другими окружающими предметами (и особенно солнечным светом) [4, с .255].