Инфракрасный датчик движения
Что такое датчик движения
Датчик (детектор) движения – инфракрасный (тепловой) датчик, который обнаруживает перемещение живых объектов и управляет освещением. В датчике движения используется в качестве сенсора пироэлектрический датчик, принцип работы которого основан на повышении напряжения на его выходе при повышении уровня инфракрасного излучения по сравнению с фоновым.
Для включения света используется внутреннее реле датчика.
Кстати, если зимой мимо датчика пройдет хорошо одетый человек, датчик может его и “не заметить”, хотя в теплое время сработает четко. Это можно объяснить тем, что окружающая температура и температура одежды человека почти равны.
Назначение инфракрасного датчика движения
Можно сказать, что датчик движения служит двум целям.
- Несомненно, важное назначение датчика движения – экономить электроэнергию при освещении. Свет горит только тогда, когда это действительно необходимо.
- Эффект присутствия. Датчики движения ставят на улице перед воротами, в подъезде, на окнах первых этажей. В таком применении функция датчика движения – включить освещение и показать (сымитировать), что “кто-то есть дома”.
Некоторым людям датчик действует на нервы. Кому-то присутствие детектора движения нравится и успокаивает – не надо заботиться о невыключенном свете, не надо искать и щелкать выключателем.
Параметры ик датчиков движения
- Напряжение питания – 220 – 240 В, 50 Гц.
- Время включения (таймер задержки) – от 2 секунд до 8 минут. Желаемое время, в течение которого свет будет гореть после срабатывания датчика. Устанавливается регулятором.
Кстати, в большинстве простейших моделей движение “не накапливается”. То есть, если человек всё время включения бегал перед датчиком, а перед выключением замер, для включения надо шевелиться опять. Чтобы такого неприятного эффекта не происходило, в случаях непрерывного движения выход датчика надо закорачивать дополнительным выключателем.
- Светочувствительность – от 2 до 1000 Люкс. Обычно устанавливается переключателем (в дешевых моделях, 2-3 положения) или регулируется плавно. Параметр показывает, при какой внешней освещенности работает датчик. При установке освещенности до 100 Люкс прибор будет работать только ночью. При установке максимальной внешней освещенности датчик будет работать в любое время суток.
- Дистанция обзора (расстояние обнаружения) – до 15 метров.
- Скорость срабатывания – от 0,5 до 1,5 м/с. Если детектируемый объект будет двигаться очень медленно, его температура будет сливаться с общим температурным фоном, не вызывая срабатывания. Если быстро – датчик не успеет сработать, и объект уйдет из зоны охвата.
- Максимальный коммутируемый ток . В зависимости от области применения может быть разным. В системах охранной сигнализации ток небольшой, и используются нормально замкнутые контакты. В применениях для освещения в датчиках применяется с основном электромагнитное реле, которое и определяет мощность нагрузки. Бытовые датчики в основном выпускаются на ток от 1000 до 1500 Вт.
- Зона улавливания (угол обзора). В потолочных датчиках этот угол обычно равен 360 градусов. Но при этом очевидно, что зона охвата будет определяться и высотой. Настенные датчики имеют угол обзора от 120 до 180 градусов.
Применение
В последнее время инфракрасные датчики движения устанавливают для “умного” и экономного включения света в местах общего пользования – лестничные площадки, дворы. В квартирах и домах ИК-датчики устанавливают в коридорах, туалетах и т.п. Иными словами, применяются ИК-датчики в местах, где освещение требуется только в присутствии людей, но ставить обычный выключатель не целесообразно.
Схемы ИК-датчиков
Устройство датчика движения ДД
Ниже приведу несколько фото внутреннего устройства инфракрасного датчика движения ДД-024 торговой марки ИЕК.
Установка датчика движения
Вариант установки датчика движения ДД-009 показан ниже на фото.
Для контроля работоспособности пультов дистанционного управления, передающих импульсы на основе инфракрасного излучения (ИК), а также для настройки промышленных и самодельных электронных приборов, в основе которых используются световые сигналы ИК-спектра излучения, служит простой датчик инфракрасного излучения, электрическая схема которого показана на рис. 1.
Простая схема датчика реализована методом последовательного усиления на популярных кремниевых транзисторах. Транзисторы включены с общим эмиттером по принципу усилителя тока. Когда на диод VD1 воздействует ИК-излучение, сопротивление его перехода уменьшается и изменяется смещение в базе транзистора VT1. Положительный потенциал поступает на усилитель тока на транзисторах VT1-VT3, нагрузкой которого служит светодиод HL1. Его свечение свидетельствует об исправности проверяемого устройства.
На практике при проверке исправности элементов питания и общей работоспособности ИК-пультов дистанционного управления (ДУ) для современной аудио- и видеотехники индикатор HL1 мерцает с частотой следования ИК-импульсов управления (десятки Гц — единицы кГц), при проверке других систем может мигать с другой частотой или светиться постоянно. По характеру свечения светодиода HL1 можно судить об исправности и параметрах ИК-импульсов передающего устройства.
Рис. 1. Датчик инфракрасного излучения. Принципиальная схема
Прибор стабильно работает в диапазоне питающего напряжения постоянного тока 5-12 В. При применении стационарного источника питания желательно, чтобы он был стабилизированным. Чувствительность прибора регулируется изменением сопротивления постоянного резистора R1 таким образом, что при увеличении сопротивления этого резистора чувствительность прибора повышается.
Для приведенной схемы, если она смонтирована без ошибок и с применением исправных радиоэлементов, нет необходимости в какой-либо настройке. При «свежих» элементах питания в пультах ДУ предлагаемый узел чувствует излучение с расстояния 5-6 м. Повышать еще более чувствительность прибора не рационально, так как VD1 реагирует на солнечное и электрическое освещение (и любое другое, например, на световой поток от лампы дневного света — любое излучение, где присутствует ИК-спектр излучения).
Оптимально датчик должен чувствовать только заведомо направленное на него световое излучение ИК-спектра и не реагировать на другие источники. Для лучшей помехозащищенности этого узла можно применить простейший фильтр из засвеченной фотопленки. Данный фильтр идеально подходит для многих ИК-светодиодов и датчиков, реагирующих на ИК-излучение, отсекая помехи в виде близкорасположенных электрических ламп и ламп дневного света, а также солнечных лучей.
Все постоянные резисторы в схеме типа МЛТ-0,125, светодиод HL1 любой, транзисторы КТ315 можно заменить на аналогичные маломощные приборы КТ3102, КТ503, КТ373, КТ342 с любым буквенным индексом.
Датчик движения – устройство, позволяющее идентифицировать любые перемещения в зоне ответственности. В качестве ответного сигнала обычно используется логический уровень цифровой электроники. В результате становится возможным определять наличие движения в рамках систем сигнализации, освещения, автоматического управления дверьми и пр.
Разновидности и принцип действия датчиков движения
Пассивные инфракрасные датчики движения
В отечественной литературе чаще речь заходит о пассивных инфракрасных датчиках движения (PIR). У указанной категории продукции отмечается ряд недостатков. Обычно пассивный инфракрасный датчик работает на основе пироэлектрического эффекта: на расстоянии чувствует тепло. Разработчики, как правило, подгадывают под температуру человеческого тела и ловят волны среднего инфракрасного диапазона в районе 10 мкм. Это намного ниже, нежели видимое излучение, вспоминается фильм с участием великого Арни и охоту на Хищника. У пришельца сенсорная система реагировала на волны теплового диапазона.
По указанной причине пассивный инфракрасный датчик возможно обмануть. Подобные в серьёзных системах сигнализации не используются. Пироэлектрический датчик движения содержит в составе кристалл, преобразующий указанную длину волны в электрический заряд. Для устранения помех на входе стоит фильтр в виде линзы из силикона. Он сильно ограничивает спектр входящих излучений, к примеру, от 7 до 15 мкм, снижая уровень внешних помех.
Как правило, система состоит из двух частей, чтобы регистрировать одновременно внешний фон. Окно чипа, пропускающее излучение, разбивается на две эквивалентные части, каждая смотрит в сторону относительно центра. В результате, если в поле зрения окна окажется движущееся теплое тело, разница немедленно станет очевидной. Разработчики уверяют, благодаря линзам Френеля для получения отклика хватит мощности порядка 1 мкВт. В свете изложенного большинство пассивных инфракрасных датчиков движения требует времени не обучение. В течение недолгого периода в поле зрения линз не должно попадать перемещающихся объектов.
Период длится до минуты, потом датчиком движения допустимо пользоваться. Принцип передачи сигнала разнится. Как правило, производитель в рамках серии микросхем выпускает сенсор и соответствующий многофункциональный контроллер, с задачами работы с сопутствующим типом аппаратуры. Это делает возможным создание сложных систем. Уровень соответствует, к примеру, логической единице КМОП, либо выдаёт серию импульсов указанной частоты. Известны пассивные инфракрасные сенсоры, с возможностью настройки указанного параметра, что делает микросхемы более гибкими.
Внутри стоит усилитель для формирования нужного отклика. Это требует подведения питания извне. Схема разъёма предельно проста:
- Ножка питания.
- Заземление (схемный нуль).
- Выход информационного сигнала.
Недостатки пассивных инфракрасных датчиков движения
Любой человек, сведущий в электронике, осознает недостатки описанных выше сенсоров: излучение легко экранируется. Достаточно в поле зрения датчика поместить сплошной предмет, чтобы нарушить работоспособность системы. Тепловое излучение перестанет достигать чувствительного элемента. Одетый человек, к примеру, формирует гораздо меньший отклик.
Вдобавок ограничена дальность действия. Определяется чувствительностью элемента и силой теплового излучения объекта. В большинстве случаев — считанные метры, что накладывает ограничения на использование.
Большое значение носит температура среды, по мере её снижения температурная картина начнёт опускаться по шкале частот, искажая чувствительность датчика. Спорным считается вариант, когда первое окно сенсора смотрит на улицу, а второе – в помещение. Приходится ориентироваться на рекомендации производителя по условиям применения.
Лазерные прерыватели
Лазерные датчики известны в фильмах про денежные банки. Это методика фиксации движения на прямой. Друг напротив друга ставятся источник и приёмник излучения. При попадании между ними предмета вырабатывается сигнал тревоги. Лазер порой невидимый, использование специальных баллончиков с газом, светящимся под действием инфракрасных или ультрафиолетовых лучей, не выдумка кинематографистов. Явление люминесценции используется для определения местоположения невидимых трасс.
По мере роста длины волны направленные свойства излучения резко падают, радиодиапазоны в качестве лучей уже не применяются. Что касается высоких частот, способных проходить сквозь препятствия, как рентген, они для использования не годятся по понятным причинам.
Сенсоры на эффекте Допплера
В группу относят раздельно два семейства: ультразвуковые и микроволновые сенсоры движения. Принцип действия основан на едином эффекте. Допплер открыл явление в 1842 году, наблюдая системы двойных звёзд и прочие небесные тела. Тремя годами позже Бёйс-Баллот доказал, что смещение спектра наблюдается и для источников звука.
Каждый житель столицы и обитатели других крупных городов замечали, что гудок приближающейся электрички более высокий, нежели удаляющейся. Таким образом, человек, мало-мальски одарённый музыкально, способен определить, подходит поезд к платформе либо убегает. Это эффект Допплера: любая волна, излучаемая объектом, воспринимается неподвижным наблюдателем сообразно взаимной скорости перемещения. От скорости зависит величина смещения в спектре.
Удаляющаяся звезда кажется чуть холоднее, чем в действительности: спектр сдвинется вниз по шкале частот. Наоборот – цвет приближающейся выглядит теплее. Подобный эффект наблюдается в любом диапазоне: радио, звуковом и прочих. Читатели уже догадались, как работают датчики на эффекте Допплера. В эфир излучается колебание ультразвука или радиочастоты, ловится отклик. При наличии движущихся объектов картина меняется коренным образом: вместо однородной излучённой волны принимается целый сонм отличных по частоте от исходной.
Плюс метода: излучение легко огибает препятствия или проходит сквозь. Но движение фиксируется в отношении любых объектов, включая неживые. Температура тела значения не имеет. От частоты излучения зависят особенности работы системы. К примеру, радиодиапазон по большей части запрещён для использования. Оставлены небольшие окна, редактируемые специальным государственным комитетом. Ультразвук ограничений не имеет, но вреден для человеческого слуха (пусть не ощущается непосредственно). К примеру, отпугиватели для собак и тараканов функционируют в указанном диапазоне.
Итак, ультразвуковые и радиочастотные датчики движения заэкранировать намного сложнее.
Томографические сенсоры движения
Слово напоминает медицинское оборудование, по словам разработчиков, означает наличие в системе сетки из активных передатчиков. Комплекс работает в разрешённом диапазоне 2,4 Гц, где функционируют модемы WiFi, микроволновые печи и ряд устройств. Что немедленно накладывает ограничения: в поле зрения системы полагается ограничить употребление перечисленных выше изделий.
Эффект основан на общеизвестном поглощении излучения частоты 2,4 Гц молекулами воды. В тело живого существа самая распространённая жидкость на планете входит с избытком, делая возможным построение картины внутри помещения. Волны 2,4 Гц сравнительно легко проходят через стены, удается покрыть относительно большие площади сложной конфигурации. На местности монтируется сеть приёмопередатчиков, наподобие точек доступа WiFi.
Сложная компьютерная система анализирует распределение поля. Подразумевается этап обучения, когда оцениваются условия распространения волн в конкретно взятом помещении. В дальнейшем по специальным алгоритмам система способна указать местоположение любых тел в пространстве. Удаётся засечь и неподвижные живые тела. Когда биологическая форма жизни попадает в область действия волн, сила их начинает затухать по определённым законам. Энергия переходит в тепло, как происходит в микроволновой печи. В результате становится возможным выработать сигнал тревоги.
Излучатели не опасны для человека, а рабочая мощность нормируется согласно законодательству. Местному администратору предлагается, начиная с некоторого размера, систему зарегистрировать в установленном порядке. Сенсоры дороже прочих из представленных в обзоре. Допплеровские тоже стоят немало.
Видеокамеры в качестве датчиков
Сегодня большая часть цифровых видеокамер обнаруживает опцию фиксации движения. Появляется возможность записи сигнала на регистратор, подача тревоги в установленном порядке. Датчика вполне хватит для нужд организации. Процесс регистрации, начало и окончание фиксации событий определяется возможностями отдельно взятого оборудования.
Большой плюс системы в возможности действовать в автоматическом режиме и в шансе записать противоправные действия в случае необходимости. Единственным препятствием считается закон о частной жизни граждан. Предлагается чётко отличать противоправные действия от прочих. И не распространять полученные сведения в обход закона.
Для работы в темноте используются регистраторы инфракрасного диапазона с непременной подсветкой окружающего пейзажа. В интернете найдутся руководства, где предлагается изготовить инфракрасный регистратор из видоискателя камеры для ночной съёмки. Подсветка собирается на базе обычных диодов инфракрасного диапазона. Дальность съёмки в этом случае сильно зависит от мощности инфракрасных лучей. С целью усиления рекомендуется применять рефлекторы.
Использование датчиков движения
Часто применение датчиков движения наталкивается на определённые ограничения. Пассивные инфракрасные сенсоры в этом плане простейшие, их применение ничем не нормируется. Где начинаются ультразвук и радиоволны — предлагается тщательно просчитать последствия. Лазеры небезопасны, предупреждающая табличка на лазерном принтере не шутка. Когерентное излучение прожигает сетчатку не хуже бумаги, становясь причиной серьёзной травмы.
Тесно связаны с датчиками движения системы определения наличия дыма в помещении. В этом случае используются явления изменения условий прохождения излучения, плюс эффект Допплера. Чисто химические методики достаточно редки.
Датчики движения применяются в системах:
- сигнализации и охраны;
- управления дверьми;
- развлекательных комплексов;
- иллюминации.
Спектр применения зависит только от фантазии авторов, поэтому зарубежные производители и выпускают интегральные системы с возможностью встраивания их в более сложные. Так, для покрытия некоторой площади, допустимо набирать набор датчиков подобно конструктору. Наибольшей гибкостью в этом плане обладают томографические системы, но и стоят дороже. Простейшие инфракрасные сенсоры больше годятся для управления единичными объектами, допустим, дверями.
Сегодня уже мало кого удивляет автоматически распахивающаяся перед посетителем дверь учреждения или магазина. В большинстве подобных случаев приближение человека "чувствует" висящий над дверью прибор, снабженный пироэлектрическим датчиком (приемником) ИК излучения.
Подобные датчики отличаются высокой чувствительностью, долговечны, просты в эксплуатации. Они находят широкое применение, в том числе в системах охранной и пожарной сигнализации, дистанционных измерителях температуры.
Пироэлектрический эффект (пирос по-гречески - огонь) - генерация электрических зарядов в кристаллах под воздействием тепла известен очень давно, его исследованием еще в XIX веке занимался известный немецкий физик Вильгельм Рентген. Эффект сродни пьезоэлектрическому, более того, пироэлектрики, как правило, обладают и пьезоэлектрическими свойствами.
В кристаллах природного происхождения (кварц, турмалин) пироэлектрический эффект выражен довольно слабо, но теоретически показана возможность существования веществ со сколь угодно большим пироэлектрическим коэффициентом - отношением приращения электрического заряда к вызвавшему его приращению температуры.
Сравнительно недавно такие вещества, относящиеся к классу сегнетоэлектриков, удалось синтезировать и создать на их основе чувствительные датчики.
Типовая схема датчика показана на рис. 1.
Чувствительным элементом В1 служит своеобразный конденсатор - пластина из пироэлектрика с металлическими обкладками. На одну из обкладок нанесен слой вещества, способного поглощать электромагнитное (тепловое) излучение. В результате поглощения энергии температура пластины конденсатора увеличивается и между обкладками появляется напряжение строго определенной полярности. Будучи приложенным к участку затвор- исток встроенного полевого транзистора VT1, оно вызывает изменение сопротивления его канала. Выходной сигнал снимают с внешнего нагрузочного резистора, включенного в цепь стока транзистора.
Через некоторое время, независимо от того, продолжает действовать на датчик тепловое излучение или нет, конденсатор разрядится через сопротивление утечки R1 - выходной сигнал спадает до нуля.
Зачастую датчики снабжают несколькими чувствительными элементами, соединенными последовательно с чередующейся полярностью. Этим обеспечивают нечувствительность прибора к равномерному фоновому облучению и получение знакопеременного выходного напряжения при перемещении сфокусированного изображения объекта по чувствительной поверхности датчика.
Измеряют чувствительность пироэлектрического датчика обычно с помощью установки, схематически изображенной на рис. 2.
Имитатор абсолютно черного тела использован в качестве источника теплового излучения.
Поток периодически, с частотой 1 Гц, перекрывает заслонка-прерыватель, приводимый в действие электродвигателем.
ИК импульсы поступают на чувствительный элемент датчика и вызывают появление импульсов напряжения на внешнем нагрузочном резисторе R1. Легко видеть, что полевой транзистор датчика здесь включен истоковым повторителем.
Как показывают измерения, чувствительность датчика уменьшается практически пропорционально увеличению частоты импульсов излучения, принимаемых им. Причина этому - значительная тепловая инерционность чувствительного элемента.
Датчики, предназначенные для работы при больших перепадах температуры окружающей среды, оснащают двумя чувствительными элементами, включенными встречно последовательно, - рабочим и компенсационным. Компенсационный элемент может быть закрыт от внешнего потока излучения, но находится в одинаковых с рабочим температурных условиях.
Характеристику спектральной чувствительности датчика определяет поглощающая способность материала покрытия пластины пироэлектрика в том или ином частотном интервале электромагнитного излучения. Окончательно ее формируют с помощью оптических фильтров, устанавливаемых перед чувствительным элементом.
Типовые характеристики спектральной чувствительности различных вариантов пироэлектрических датчиков показаны на рис. 3.
Датчики с характеристикой 1 предназначены для обнаружения пламени, 2 и 3 - наилучшим образом подходят для фиксации движения человека. Характеристика 4 оптимальна для использования в дистанционных измерителях температуры.
Пироэлектрические датчики различного назначения выпускают несколько фирм. Ниже будет подробно рассказано об изделиях одной из них - Murata Manufacturing Co (Япония).
Датчики оформлены в цилиндрическом металлическом корпусе с тремя (или четырьмя) жесткими проволочными лужеными выводами (рис. 4).
На плоском торце корпуса, противолежащем выводам, имеется квадратное, прямоугольное или круглое окно, закрытое прозрачным для ИК лучей фильтром. На этом же рисунке указана цоколевка приборов.
Основные технические характеристики пироэлектрических датчиков серии IRA фирмы Murata представлены в таблице.
У датчиков IRA-E710ST0, IRA-E910ST1, IRA-E420S1 и IRA-E420QW1 между выводами затвора и истока, а также затвора и стока полевых транзисторов включены встроенные блокировочные конденсаторы. В корпусе прибора IRA-E940ST1 размещены два датчика с двумя чувствительными элементами каждый. Прибор имеет один общий вывод и объединенный стоковый вывод, выводы истока транзисторов - раздельные.
* В двух перпендикулярных плоскостях.
** Все элементы соединены последовательно и по полярности встречно.
Типовая схема применения пироэлектрического датчика в устройстве охранной сигнализации показана на рис. 5.
Конденсаторы С1 и С2 служат для подавления высокочастотных наводок на выводы датчика В1 и должны быть установлены в непосредственной близости от него. Эти конденсаторы не нужны, если в примененном датчике уже есть встроенные.
Внутренний полевой транзистор датчика В1 включен по схеме истокового повторителя. Его нагрузка - резистор R1. Колебания напряжения, возникающие на нем при движении нагретого объекта в чувствительной зоне, усиливают два ОУ - DA1.1 и DA1.2. Их общий коэффициент усиления достигает максимума (7500) на частоте 2 Гц, спадая на 3 дБ в частотных точках 0,5 и 5,5 Гц. Однако инерционность самого датчика сдвигает общую полосу пропускания системы датчик-усилитель значительно ниже - до 0,06...1,2 Гц.
Как только амплитуда сигнала на выходе ОУ DA1.2 превысит 0,8 В, срабатывает компаратор DA2.1, если выброс напряжения положителен, или DA2.2, если он отрицателен, относительно некоторого значения, близкого к половине напряжения питания (оно определено номиналами резисторов R10 и R12).
Выходы компараторов (с открытым коллектором) соединены параллельно, поэтому при срабатывании любого из них изменяется логический уровень на входе микроконтроллера.
В результате обработки полученной последовательности импульсов (измерения их длительности, подсчета числа за определенный промежуток времени) микроконтроллер вырабатывает управляющий сигнал, приводящий в действие исполнительный механизм или узел подачи тревоги.
Для увеличения пространственной зоны чувствительности датчика перед его оптическим окном обычно устанавливают линзу, фокусирующую ИК лучи на пластине пироэлектрика.
Чтобы получить веероподобную форму чувствительного сектора обзора, подобную показанной упрощенно на рис. 6,а, применяют зонированную линзу Френеля.
Она состоит из множества отдельных фокусирующих участков, каждый из которых формирует свой чувствительный луч, приходящий с определенного направления. В результате при перемещении движущегося объекта из одного луча в другой датчик генерирует переменное напряжение.
Подобная веерность лучей образуется и в вертикальной плоскости (рис. 6,б).
Применяя линзы Френеля специальной структуры, можно варьировать форму лепестков с тем, чтобы получить наилучшие условия для обнаружения объекта в заданном секторе обзора.
Кроме датчиков серии IRA, фирма Murata выпускает пироэлектрические модули IMD-B101-01 и IMD-B102-01.
Наряду с собственно датчиком, такой модуль содержит усилитель и формирователь импульсов, пригодных для подачи на входы стандартных логических элементов (узел A3).
Структурная схема модуля показана на рис. 7, а чертеж корпуса - на рис. 8.
Цоколевка модулей отличается мало. У обоих вывод 1 - общий, минусовый вывод питания; вывод 3 - плюсовой вывод питания; вывод 4 - цифровой выход. Ноумодуля IMD-B 101-01 вывод 2 - аналоговый выход усилителя сигнала датчика, а у IMD-B102-01 - вход сигнала стробирования коммутатора.
Основные характеристики модулей.
Напряжение питания, В...................................................2,6...5,5
Собственный потребляемый ток, мкА................................120
Выходной ток, мА.........................................................1
Длительность выходных импульсов, с................................1...3
Время восстановления после срабатывания, с, не более.........3
Дальность обнаружения объекта, м,
без линзы....................................................................1
с линзой Френеля.............................................................5
Угол обзора, град.......................................................119x38
Рабочий температурный интервал, °С............................-10...+50
В системах, автоматически включающих освещение при обнаружении движения в помещении, на вход стробирования модуля IMD-B102-01 обычно подают сигнал с фоторезистора, реагирующего на общую освещенность. Этим исключают срабатывание системы в дневное время.
Изменение состояния электромагнитного поля, передающееся в пространстве, называется электромагнитным излучением. Есть несколько видов такого излучения. Перечислим их: видимый свет, ультрафиолетовое излучение, радиоволны, рентгеновское излучение, гамма-излучение, терагерцевые волны, а также инфракрасное излучение. Последнее также часто называют «тепловым» - поговорим о нем подробнее.
Инфракрасное излучение было открыто в 1800 году британским астрономом немецкого происхождения Фредериком Уильямом Гершелем. Оно занимает область спектра между красным «концом» видимого света, у которого длина волны 0,74 микрометра и частота 430 ТГц, и микроволновым излучением (у него, в свою очередь, длина волны 1-2 мм, а частота 300 ГГц).
Тепловым инфракрасное излучение называют по той причине, что от нагретых предметов человек его ощущает как тепло на коже. Лампы накаливания, газоразрядные лампы, некоторые лазеры и т.д. испускают инфракрасное излучение. Отметим, что длина волны инфракрасного излучения действительно зависит от температуры нагревания: чем выше эта температура, тем короче длина волны и интенсивнее излучение.
Считается, что человеческий глаз не способен видеть инфракрасное излучение. Однако оно широко применяется в астрономии - инфракрасную астрономию даже выделяют в отдельный раздел. Также излучение используют и в медицине. На этом принципе работают датчики потока крови. Инфракрасное излучение обладает рядом полезных свойств на клеточном уровне и поэтому применяется в физиотерапии. По инфракрасным спектрам поглощения можно установить строение молекул как органических, так и неорганических веществ.
Кроме того, люди научились использовать это излучение не только в научных, но и в более утилитарных целях. Самый простой пример - инфракрасный обогреватель, который отдает тепло посредством излучения, а не при помощи конвекции. С помощью него можно также сушить лакокрасочные поверхности. Также на инфракрасных диодах и фотодиодах работают пульты управления, системы автоматики и охранные системы.
В какой-то момент достаточная распространенность инфракрасных светодиодов, лазеров и фотодиодов привела к изобретению и использованию беспроводного оптического метода передачи данных. Сейчас он используется в компьютерной технике для взаимодействия с периферийными устройствами. Плюс такого вида связи - низкая чувствительность к электромагнитным помехам. Минусов заметно больше: на оборудовании нужны специальные оптические окна, скорость передачи данных обычно низкая, технику надо правильно расположить рядом друг с другом, трудно защитить передаваемую информацию.
И конечно, инфракрасное излучение широко применяется военными. Тут и инфракрасные головки самонаведения ракет, и приборы ночного видения, и тепловизоры.
Инфракрасные датчики бывают пассивными и активными. Работает пассивный датчик так: реагирует на изменение интенсивности фонового теплового излучения в радиусе его действия. Для этого внутри датчика есть пироприемники, которые распознают собственно инфракрасное излучение, а также мультилинза, состоящая из множества мелких линз. Каждый такой сегмент мультилинзы фокусирует инфракрасное излучение и передает на пироприемник. Когда источник такого излучения перемещается, излучение собирает уже другая линза и фокусирует на другом пироприемнике. Тогда датчик подает сигнал на электронную схему управления. Чем больше линз в датчике, тем выше его чувствительность. Активные инфракрасные датчики сами оборудованы инфракрасными излучателями, импульсный сигнал которых улавливается пироэлементами. Когда объект пересекает зону действия такого сигнала, датчик перестает воспринимать излучение и сообщает об этом.
Принцип работы инфракрасного датчика можно продемонстрировать ребенку не только в пульте от телевизора, но и в умной игрушке (например, в ).
