Che cos'è un sensore di movimento PIR e come funziona?

Siete curiosi di sapere come si accendono le luci automatiche non appena entrate in una stanza? O forse vi siete chiesti come I sistemi di sicurezza rilevano il movimento e far scattare gli allarmi? Non cercate oltre, perché in questo articolo ci addentreremo nell'affascinante mondo dei sensori di movimento PIR. Che siate appassionati di fai-da-te o semplicemente interessati a comprendere la tecnologia alla base di questi dispositivi, esploreremo cos'è un sensore di movimento PIR, come funziona e le sue varie applicazioni. Dall'illuminazione automatica ai sistemi di sicurezza, fino ai termometri senza contatto, preparatevi a scoprire i segreti di questa ingegnosa tecnologia.

Contenuti

• Cos'è un sensore di movimento PIR
• Come funzionano i sensori di movimento PIR
  • Il sensore piroelettrico
  • La lente
• Copertura e modello di rilevamento PIR
• Cosa considerare quando si progettano applicazioni PIR
  • Posizionamento del sensore
  • Campo di rilevamento
  • Regolazione della sensibilità
  • Fattori ambientali
  • Fonte di alimentazione
  • Integrazione con altri sistemi
  • Tempo di blocco e ritardo di accensione
• Applicazioni dei sensori di movimento PIR
  • Illuminazione automatica
  • Applicazioni di sicurezza
  • Termometro senza contatto PIR
  • Rilevatore di movimento PIR Pet Immune

Cos'è un sensore di movimento PIR

UN PIR (Infrarossi passivi) sensore di movimento è un dispositivo che rileva il movimento misurando le variazioni di radiazione infrarossa. Rileva in modo specifico i livelli di radiazione infrarossa emessi da corpi e oggetti caldi, compreso il corpo umano. La radiazione infrarossa non è visibile all'occhio umano in quanto emessa a lunghezze d'onda infrarosse. I sensori PIR non sono influenzati da luce visibileche consente loro di lavorare efficacemente sia in ambienti chiari che bui.

Il sensore PIR è composto da due parti principali: un sensore piroelettrico e una lente, spesso chiamata lente fresnel. Il sensore piroelettrico è un cristallo rettangolare situato al centro di un involucro metallico rotondo. Rileva le variazioni della quantità di radiazioni infrarosse che lo colpiscono, che variano in base alla temperatura e alle caratteristiche della superficie degli oggetti che si trovano davanti al sensore. Il lente concentra i segnali infrarossi sul sensore piroelettrico. Il sensore concentra le radiazioni infrarosse in entrata, migliorando la sua sensibilità nel rilevare il movimento in modo accurato.

I sensori di movimento PIR sono passivi perché non emettono calore o energia. Si basano sul rilevamento della radiazione infrarossa emessa dagli oggetti caldi nel loro campo visivo. Questo li rende altamente efficienti e adatti a diverse applicazioni, tra cui sistemi di illuminazione automatica, sistemi di sicurezza e termometri senza contatto.

Come funzionano i sensori di movimento PIR

I sensori di movimento PIR sono progettati per rilevare le radiazioni emesse da esseri viventi, come persone o animali. Quando un oggetto caldo o una persona si muove all'interno del campo di rilevamento del sensore di movimento PIR, emette radiazioni infrarosse e la lente del sensore focalizza queste radiazioni sul sensore piroelettrico. Quando la radiazione infrarossa raggiunge il sensore, provoca una variazione della carica elettrica del materiale piroelettrico.

Questa variazione di carica elettrica viene quindi convertita in un segnale elettrico, che viene elaborato dai circuiti del sensore. Se la variazione di carica elettrica supera una certa soglia, il sensore invia un segnale al dispositivo o al sistema collegato, indicando la presenza di movimento.

I sensori di movimento PIR sono più complessi di altri sensori a causa delle molteplici variabili che influenzano il loro ingresso e la loro uscita. I due componenti principali dei sensori PIR sono: il sensore piroelettrico e la lente:

Il sensore piroelettrico

Il sensore piroelettrico è il componente principale di un sensore di movimento PIR. Il sensore piroelettrico, insieme ai circuiti di supporto, alle resistenze e ai condensatori, è responsabile del rilevamento dei livelli di radiazione infrarossa e della loro conversione in un impulso di uscita digitale. Questo impulso digitale in uscita indica se è stato rilevato o meno un movimento.

Il sensore piroelettrico è alloggiato in un contenitore metallico sigillato ermeticamente, che ne migliora l'immunità al rumore, alla temperatura e all'umidità. Il sensore è dotato di una finestra in materiale trasmissivo agli infrarossi, in genere silicio rivestito, che consente il passaggio della radiazione infrarossa proteggendo l'elemento sensibile.

All'interno del sensore piroelettrico sono presenti due sensori o elettrodi a infrarossi bilanciati. Questi elettrodi sono cablati in modo da annullarsi a vicenda in assenza di movimento. In altre parole, in assenza di movimento, entrambi gli slot rilevano la stessa quantità di radiazioni infrarosse, dando luogo a un segnale di uscita nullo. Quando passa un corpo caldo, come un essere umano o un animale, intercetta una metà del sensore, provocando una variazione differenziale positiva tra le due metà. Quando il corpo caldo lascia la regione di rilevamento e intercetta l'altra metà del sensore, si verifica una variazione differenziale negativa. Rilevando queste variazioni di tensione, il sensore di movimento PIR è in grado di rilevare il movimento.

La lente

L'obiettivo è un altro componente fondamentale di un sensore di movimento PIR. L'obiettivo determina l'ampiezza, la portata e il modello di rilevamento dell'area di rilevamento. L'obiettivo di un sensore di movimento PIR è generalmente alloggiato in un involucro di plastica con una finestra traslucida. Questa finestra consente l'ingresso dell'energia infrarossa e riduce la possibilità che oggetti estranei oscurino il campo visivo del sensore o causino falsi allarmi. La plastica utilizzata per la finestra è trasparente ai raggi infrarossi e consente al sensore di ricevere l'energia desiderata. lunghezze d'onda. La finestra può anche servire come meccanismo di messa a fuoco, aiutando a dirigere l'energia infrarossa sulla superficie del sensore. Condensa la luce e fornisce una gamma più ampia di infrarossi al sensore. La lente è suddivisa in diverse sezioni di sfaccettatura, ognuna delle quali agisce come una lente di Fresnel separata. 

Una lente di Fresnel è costituita da scanalature concentriche scavate nella plastica, che agiscono come superfici rifrangenti individuali che raccolgono raggi di luce paralleli in un punto focale. Nonostante le dimensioni ridotte, una lente di Fresnel è in grado di focalizzare la luce in modo simile a una lente ottica convenzionale. Questo design crea una serie di aree di rilevamento che si intersecano l'una con l'altra, migliorando la capacità del sensore di rilevare il movimento in un campo visivo più ampio. L'orientamento alternato delle lenti secondarie fa sì che i centri delle lenti appaiano incoerenti, con ognuna che punta a una metà diversa dell'elemento di rilevamento PIR.

La lente aiuta anche a filtrare le fonti indesiderate di radiazioni infrarosse, come la luce del sole o i raggi solari. illuminazione artificialeche potrebbero innescare falsi allarmi. Il sensore focalizza la radiazione infrarossa sul sensore piroelettrico, consentendo un rilevamento accurato delle variazioni della radiazione infrarossa.

Oltre alla lente di Fresnel, alcuni sensori di movimento PIR possono incorporare specchi parabolici segmentati interni per focalizzare ulteriormente l'energia infrarossa sul sensore. Questi specchi possono migliorare la sensibilità e la portata del sensore. In questi casi, tuttavia, la copertura in plastica della finestra non è generalmente dotata di lenti di Fresnel.

Grazie alle lenti, i sensori di movimento PIR possono rilevare efficacemente i movimenti all'interno del raggio e del campo visivo designati. I sensori PIR possono essere configurati con lenti diverse per fornire copertura e schemi di rilevamento specifici, consentendo la personalizzazione in base ai requisiti dell'applicazione.

Grazie alla combinazione del sensore piroelettrico e della lente, i sensori di movimento PIR sono in grado di rilevare e reagire con precisione agli esseri umani o ad altri bersagli desiderati, rendendoli componenti preziosi in varie applicazioni come l'illuminazione automatica, i sistemi di sicurezza e i termometri senza contatto.

Copertura e modello di rilevamento PIR

La copertura di rilevamento di un sensore PIR è l'area che il sensore può monitorare per rilevare un movimento. Questa copertura è tipicamente rappresentata da un angolo, come 180 gradi o 360 gradi, che indica il campo visivo del sensore.

Il modello di rilevamento di un sensore PIR è determinato dalle lenti e/o dagli specchi utilizzati. I sensori PIR spesso utilizzano lenti segmentate o segmenti di specchio per dividere il campo visivo in più zone. Ogni zona corrisponde a un'area di rilevamento specifica. Quando un oggetto o una persona si muove all'interno della copertura di rilevamento, il sensore PIR rileva le variazioni della radiazione infrarossa emessa dall'oggetto. Il sensore analizza le variazioni in ciascuna zona in modo indipendente per determinare se è presente un movimento. Questo approccio segmentato aiuta a ridurre i falsi allarmi causati da fattori ambientali o dal movimento di oggetti al di fuori dell'area di rilevamento desiderata.

La copertura e lo schema di rilevamento di un sensore PIR possono variare a seconda del modello specifico e del design. Alcuni sensori possono avere un campo visivo più stretto o più ampio e anche il numero, la forma, la distribuzione e la sensibilità delle zone di rilevamento possono variare. Ad esempio, questi sensori PIR sono dotati di specchi a orientamento reversibile che consentono una copertura ampia o una copertura a tenda molto stretta. Sono disponibili sensori PIR con campi visivi più ampi, anche di 360 gradi, tipicamente progettati per il montaggio a soffitto.

Quando si utilizzano i sensori di movimento PIR, occorre tenere conto di diverse considerazioni relative alla copertura e al modello di rilevamento:

• Determinare l'area specifica che deve essere monitorata per il movimento e selezionare un sensore PIR con un angolo di copertura adeguato. Considerate le dimensioni e la disposizione dello spazio per garantire una copertura adeguata. Alcuni sensori PIR consentono anche di regolare la sensibilità, il che può essere utile in ambienti con livelli di movimento variabili o con frequenti falsi allarmi.
• Il posizionamento e la collocazione del sensore PIR sono importanti per un rilevamento ottimale. È necessario considerare fattori quali l'altezza di montaggio, l'angolo e le potenziali ostruzioni per garantire che il campo visivo del sensore non sia ostruito. L'alloggiamento del sensore PIR è solitamente dotato di una finestra in plastica che consente l'ingresso dell'energia a infrarossi e riduce la possibilità che oggetti estranei oscurino la vista del sensore o causino falsi allarmi. La finestra di plastica può anche servire da filtro per limitare le lunghezze d'onda a quelle più vicine alla radiazione infrarossa emessa dagli esseri umani.

Cosa considerare quando si progettano applicazioni PIR

Quando si progetta Applicazioni a infrarossi passiviCi sono diversi fattori da considerare per garantire prestazioni e funzionalità ottimali. Tenendo conto di queste considerazioni, è possibile massimizzare l'efficacia del sensore di movimento PIR e creare un sistema affidabile ed efficiente.

Posizionamento del sensore

Il posizionamento del Sensore di movimento PIR è fondamentale per un rilevamento accurato. Posizionare il sensore in una posizione con una chiara linea di vista sull'area monitorata. Evitare di posizionare il sensore vicino a fonti di calore o luce solare diretta, in quanto ciò può provocare falsi allarmi o letture imprecise. Inoltre, assicuratevi che il sensore sia montato in modo da non "vedere" fuori da una finestra, poiché le forti fonti di infrarossi provenienti dall'esterno possono sovraccaricare il sensore e generare falsi allarmi.

Campo di rilevamento

Considerare la distanza di rilevamento richiesta per l'applicazione specifica. Scegliete un sensore PIR con un campo di rilevamento adatto a coprire efficacemente l'area desiderata. Tenete presente che campi di rilevamento più ampi possono richiedere impostazioni di sensibilità più elevate, che possono aumentare le probabilità di falsi allarmi.

Regolazione della sensibilità

La maggior parte dei sensori di movimento PIR consente di regolare il livello di sensibilità. Questa regolazione determina la facilità con cui il sensore fa scattare un allarme o attiva un dispositivo in risposta al movimento rilevato. Trovate il giusto equilibrio tra sensibilità e falsi allarmi testando il sensore in diversi scenari e regolandolo di conseguenza. Alcuni sensori sono progettati per "ignorare" gli animali domestici, impostando una soglia di sensibilità più alta o concentrandosi sulla parte superiore della stanza per evitare di rilevare i movimenti sul pavimento.

Fattori ambientali

I sensori di movimento PIR possono essere influenzati da fattori ambientali quali temperatura, umidità e flusso d'aria. Per ridurre al minimo questi effetti, sigillare il sensore PIR all'interno di un materiale che riduca l'influenza della temperatura o dell'umidità, come il silicone. Evitare di collocare il sensore in una posizione in cui le bocchette HVAC soffiano aria calda o fredda sulla finestra del sensore, in quanto ciò può modificare la temperatura e generare falsi allarmi.

Fonte di alimentazione

Considerate i requisiti della fonte di alimentazione per la vostra applicazione PIR. Scegliete un sensore compatibile con la vostra fonte di alimentazione e assicuratevi che soddisfi i requisiti di consumo energetico della vostra applicazione.

Integrazione con altri sistemi

Se si intende integrare il sensore PIR con altri sistemi o dispositivi, come allarmi, illuminazione o sistemi di automazione domestica, è necessario garantire la compatibilità e la corretta comunicazione tra i componenti. Considerare i protocolli e le interfacce necessarie per un'integrazione perfetta.

Tempo di blocco e ritardo di accensione

I sensori PIR hanno un tempo di blocco e un ritardo di accensione. Durante il tempo di blocco, in genere di circa 2 secondi, qualsiasi movimento rilevato viene ignorato per evitare false attivazioni. Inoltre, i sensori PIR richiedono un periodo di calibrazione di circa 30-60 secondi dopo l'accensione per apprendere la firma a infrarossi dell'ambiente. Per evitare falsi allarmi, ignorare qualsiasi attivazione durante questo periodo di calibrazione.

Applicazioni dei sensori di movimento PIR

I sensori di movimento PIR hanno un'ampia gamma di applicazioni grazie alla loro capacità di rilevare il movimento umano e di attivare diversi dispositivi e sistemi grazie al loro basso consumo energetico, al basso costo e alla facilità d'uso. Tuttavia, i sensori PIR hanno dei limiti e non forniscono informazioni sul numero di persone o sulla loro vicinanza al sensore. Inoltre, possono essere attivati dagli animali domestici, per cui in alcune situazioni potrebbero essere necessarie sperimentazioni e messe a punto.

Esploriamo alcune delle applicazioni più comuni dei sensori di movimento PIR.

Illuminazione automatica

L'illuminazione automatica è un'applicazione molto diffusa dei sensori di movimento PIR, che offre comodità ed efficienza energetica in vari ambienti. Quando una persona entra in una stanza o in un'area, il sensore di movimento PIR ne rileva il movimento e attiva le luci. In questo modo si elimina la necessità di interruttori manuali e si garantisce che le luci siano accese solo quando necessario, con conseguente risparmio energetico e riduzione dei costi dell'elettricità.

Il sensore di movimento PIR funziona rilevando le variazioni di radiazione infrarossa all'interno del suo campo di rilevamento. Quando una persona si muove nel campo visivo del sensore, il suo calore corporeo emette radiazioni infrarosse che vengono rilevate dal sensore. Di conseguenza, il sensore invia un segnale al sistema di illuminazione, ordinandogli di accendere le luci.

Durante la sequenza di inizializzazione, che in genere dura da 30 a 60 secondi dopo l'accensione, il sensore di movimento PIR si calibra sull'ambiente apprendendo la firma a infrarossi dell'ambiente. Durante questo periodo di calibrazione possono verificarsi falsi inneschi, pertanto qualsiasi innesco in questo periodo deve essere ignorato. Ridurre al minimo i movimenti davanti al sensore durante l'autocalibrazione può aiutare a evitare interferenze con il processo di calibrazione.

Nei sistemi di illuminazione automatica, l'elettronica del sensore di movimento PIR controlla in genere un relè integrato in grado di commutare la tensione di rete. Ciò consente al PIR di attivare le luci ad esso collegate quando rileva un movimento. Questa applicazione è comunemente impiegata in scenari esterni per illuminazione di sicurezza o per scopi pratici, come ad esempio illuminare la zona della porta d'ingresso per aiutare a trovare le chiavi al buio. L'illuminazione automatica può essere implementata anche in bagni pubblici, dispense, corridoi e altre aree in cui il controllo automatico delle luci è vantaggioso. Attivando le luci solo quando è necessario, è possibile ottenere un risparmio energetico e non è necessario che gli utenti si ricordino di spegnere le luci quando lasciano l'area.

Applicazioni di sicurezza

I sensori di movimento PIR hanno un'ampia gamma di applicazioni per la sicurezza, che li rendono un'aggiunta preziosa a qualsiasi sistema di sicurezza.

Rilevamento delle intrusioni

I sensori di movimento PIR sono spesso integrati nei sistemi di allarme antifurto per rilevare l'ingresso non autorizzato in un locale. Questi sensori sono in grado di rilevare il calore emesso dal corpo di una persona che si muove all'interno del campo di rilevamento. Se viene rilevato un movimento, il sensore attiva un allarme, avvisando gli occupanti o un servizio di monitoraggio della sicurezza.

Protezione perimetrale

Sensori di movimento PIR possono essere posizionati strategicamente lungo il perimetro di una proprietà per rilevare eventuali accessi non autorizzati. Coprendo i punti di ingresso chiave, come porte, finestre e cancelli, questi sensori possono monitorare efficacemente l'ambiente circostante e far scattare l'allarme se viene rilevato un movimento.

Sicurezza esterna

I sensori di movimento PIR sono comunemente utilizzati per applicazioni di sicurezza in esterni. Possono essere installati in apparecchi di illuminazione esterna o in unità indipendenti per rilevare qualsiasi movimento nelle vicinanze. Ciò contribuisce a scoraggiare potenziali intrusi e a migliorare la sicurezza generale della proprietà. Ad esempio, l'illuminazione di sicurezza può essere impostata in modo da accendersi quando viene rilevato un movimento, sia per scoraggiare i criminali sia per scopi pratici come la ricerca delle chiavi al buio.

Videosorveglianza

I sensori di movimento PIR possono essere integrati con i sistemi di videosorveglianza per migliorarne l'efficacia. Quando un sensore PIR rileva un movimento, può attivare la registrazione di filmati, consentendo al personale di sicurezza di rivedere gli eventi che hanno portato al rilevamento del movimento. Questa funzione è particolarmente utile per identificare potenziali minacce e acquisire prove in caso di incidenti di sicurezza.

Controllo degli accessi

I sensori di movimento PIR possono essere utilizzati nei sistemi di controllo degli accessi per monitorare il movimento delle persone all'interno di un'area riservata. Rilevando il movimento, questi sensori possono attivare lo sblocco di porte o cancelli, consentendo al personale autorizzato di entrare. Questo aggiunge un ulteriore livello di sicurezza, assicurando che solo le persone autorizzate possano accedere alle aree sensibili.

Allarmi antipanico

I sensori di movimento PIR possono essere integrati nei sistemi di allarme antipanico per fornire un ulteriore livello di sicurezza nelle situazioni di emergenza. Questi sensori possono essere programmati per rilevare modelli di movimento o gesti specifici che indicano una situazione di pericolo. Una volta scattato, il sensore può attivare un allarme, notificando al personale di sicurezza o ai servizi di emergenza un'assistenza immediata.

Termometro senza contatto PIR

Un termometro PIR senza contatto è un tipo di termometro che utilizza un sensore di movimento PIR per misurare la temperatura di un oggetto senza bisogno di contatto fisico. Questa tecnologia è particolarmente utile in situazioni in cui i termometri a contatto non sono pratici o sicuri da usare, come ad esempio quando si misura la temperatura di oggetti in movimento, superfici calde o ambienti in cui la contaminazione incrociata è un problema.

Il sensore di movimento PIR di un termometro senza contatto rileva la radiazione infrarossa emessa da un oggetto. Ogni oggetto con una temperatura superiore allo zero assoluto emette radiazioni infrarosse, la cui intensità è direttamente correlata alla temperatura dell'oggetto. Il sensore PIR converte la radiazione rilevata in un segnale elettrico, che viene poi elaborato per determinare la temperatura dell'oggetto.

Un'interessante applicazione dei termometri PIR senza contatto è la misurazione di oggetti remoti. In questi progetti, un circuito PIR viene utilizzato per misurare la temperatura di un oggetto a distanza. Il segnale in uscita dal sensore PIR viene valutato in base a una calibrazione specifica per lo spettro infrarosso del materiale osservato. Questa calibrazione consente di ottenere misure di temperatura relativamente accurate e precise a distanza.

Senza la calibrazione per il tipo specifico di materiale osservato, un termometro PIR senza contatto può comunque misurare le variazioni dell'emissione infrarossa che corrispondono a variazioni di temperatura. Tuttavia, i valori effettivi della temperatura non possono essere calcolati senza la calibrazione.

La velocità e la convenienza dei termometri PIR senza contatto li rendono ideali per diverse applicazioni. Sono in grado di fornire letture istantanee della temperatura a distanza, rendendoli adatti ad ambienti industriali, applicazioni mediche e persino all'uso domestico. In ambito industriale, i termometri PIR senza contatto possono misurare la temperatura di macchinari, motori o altre apparecchiature senza bisogno di contatto fisico, migliorando la sicurezza e l'efficienza. Nelle applicazioni mediche, sono comunemente utilizzati per misurare la temperatura corporea senza il rischio di contaminazione incrociata.

Rilevatore di movimento PIR Pet Immune

Un rilevatore di movimento PIR immune agli animali domestici è un tipo speciale di sensore di movimento PIR progettato per ridurre al minimo i falsi allarmi causati dagli animali domestici. Incorpora una tecnologia avanzata per distinguere il movimento degli animali domestici da quello di potenziali intrusi, rendendolo la scelta ideale per le famiglie con animali domestici.

I sensori di movimento PIR tradizionali rilevano le variazioni della radiazione infrarossa all'interno del loro campo di rilevamento, il che significa che qualsiasi movimento, compreso quello degli animali domestici, può attivare il sensore e potenzialmente portare a falsi allarmi. Tuttavia, i rilevatori di movimento PIR immuni agli animali domestici utilizzano vari metodi per superare questo problema.

Un metodo comunemente utilizzato dai rilevatori di movimento PIR immuni agli animali domestici è l'impostazione di una soglia di peso. Ciò significa che il sensore attiva un allarme solo se il movimento rilevato supera un certo limite di peso. In questo modo, gli animali più piccoli, come gatti o cani di piccola taglia, non vengono rilevati come potenziali intrusi, riducendo le possibilità di falsi allarmi. Se avete animali domestici più grandi, è essenziale scegliere un rilevatore con una soglia di peso più alta per garantire che non vengano erroneamente rilevati come intrusi.

Un altro metodo è l'utilizzo di zone di rilevamento multiple. Questi rilevatori dividono l'area di rilevamento in diverse zone e analizzano i modelli di movimento all'interno di ciascuna zona. In questo modo, possono distinguere tra il movimento di un animale domestico e quello di un essere umano. Ad esempio, se il movimento viene rilevato solo nelle zone più basse, è più probabile che sia causato da un animale domestico.

Una configurazione di amplificatori differenziali viene utilizzata anche per annullare la temperatura media del campo visivo, riducendo le possibilità di false indicazioni causate da brevi lampi di luce o dall'illuminazione dell'intero campo. Inoltre, riduce al minimo l'interferenza di modo comune, migliorando ulteriormente la capacità del rilevatore di resistere all'attivazione dovuta a campi elettrici vicini.

Posizionare il rilevatore a un'altezza adeguata può aiutare a ridurre le possibilità di falsi allarmi causati dagli animali domestici, mentre la regolazione dell'angolazione garantisce la copertura dell'area desiderata evitando le zone in cui gli animali domestici possono aggirarsi.