PIR-Sensor: 5 wichtige Fakten, die Sie kennen sollten

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Was sind PIR-Sensoren?

Der PIR-Sensor oder der passive Infrarotsensor ist ein elektronisches Instrument, das die IR-Strahlung erfasst, die von Objekten in seinem Sichtfeld abgegeben wird. Der Begriff „passiv“ wird als Präfix hinzugefügt, da diese Sensortypen in keiner Form Energie ausstrahlen. Diese Instrumente werden verwendet, um die Bewegung in Objekten, Tieren und Menschen unter Verwendung ihrer Infrarotstrahlung zu erfassen. Die emittierte Schwarzkörperstrahlung (von einer Person, einem Tier oder einem Objekt), die zum Wellenlängenbereich im mittleren Infrarot gehört, wird vom Detektor erfasst und mit der Temperatur der Hintergrundobjekte verglichen.

Eine Infrarotwelle ist eine elektromagnetische Strahlung mit einer Frequenz zwischen 300 GHz und 400 THz [Wellenlängen im Bereich von 10-3 - 0.7 x 10-6M]. IR-Strahlen sind für das menschliche Auge nicht sichtbar. Infrarotwellen finden ihre Anwendung beim Erhitzen von Lebensmittel- und Fernsehfernbedienungen, Glasfaserkabeln, Wärmebildkameras, medizinischen Anwendungen, Bewegungsmeldern usw. PIR-Sensoren werden hauptsächlich zum Erfassen und Analysieren der Bewegung von Dingen oder Personen verwendet.

PIR-Sensor
Bewegungsmelder an der Wand montiert. Bildquelle: CHG, Bewegungsmelder, als gemeinfrei gekennzeichnet, weitere Details zu Wikimedia Commons

Was ist das Funktionsprinzip von PIR-Sensoren?

Jedes warme Objekt einschließlich des menschlichen Körpers strahlt Wärme in Form von Infrarotstrahlung ab. IR-Strahlen sind für das menschliche Auge nicht sichtbar. Diese Strahlungen können nur von speziell entwickelten elektronischen Geräten erfasst werden. Passive Infrarotsensoren erfassen und wandeln die einfallende Lichtenergie (in Form von Infrarotwellen) in ein elektrisches Signal (Elektronen) um. IR-Sensoren sind stark von Wasserdampf betroffen, da Wasser den maximalen Anteil der empfangenen Strahlung absorbiert. Aus diesem Grund können Infrarotdetektoren manchmal keine genauen Ergebnisse liefern, wenn sie in einer Außenumgebung verwendet werden. Die Strahlungsmenge variiert in Abhängigkeit von der Temperatur und den Oberflächeneigenschaften der gegebenen Objekte.

Typischerweise können diese Detektoren ein Strahlungsband im Bereich von 4.4 Mikrometern und die anderen beiden Bänder im Bereich über und unter dem Spektrum von 4.4 Mikrometern erfassen. Die differenzierte Erkennung der beiden Bereiche ermöglicht es dem Sensor, zwischen den tatsächlichen Flammen und den Nichtflammenstrahlungen zu unterscheiden, die die Ergebnisse beeinflusst haben könnten. Diese Sensoren können genauere Flammenerkennungsergebnisse liefern, nachdem die Auswirkungen der Hintergrundstrahlung ignoriert wurden.

Bewegungsmelder mit Strahlmuster
Eine Demonstration der Empfindlichkeit eines PIR-Sensors in Bezug auf die Richtung. Bildquelle: AndreasCT, Bewegungsmelder mit Strahlmuster, CC BY-SA 4.0

Objektive für PIR-Sensoren

Die beliebtesten PIR-Detektormodelle verwenden Fresnellinsen oder Spiegelsegmente mit einer effektiven Reichweite von etwa 10 Metern und einem Sichtfeld von weniger als 30 Grad. Diese Linsen dienen zum Fokussieren der vom Gerät erfassten Infrarotstrahlung. Einige fortschrittliche Modelle haben ein viel breiteres Sichtfeld von etwa 180 Grad. Diese Arten von Linsen sind an der Decke montiert. Passive Infrarotsensoren können Schwankungen der Infrarotenergie über 360 Meter oder 30 Fuß erfassen. Parabolspiegel werden anstelle von Fresnellinsen verwendet, um die Strahlungsenergie effektiv zu fokussieren.

Was ist die Anwendung des PIR-Sensors in der Wärmebildkamera?

Wärmebild-Infrarotsensoren wurden speziell entwickelt, um Infrarotstrahlung zu erfassen und Bilder zu erzeugen. Die durch Wärmebild erzeugten Bilder hängen von der vom Objekt abgestrahlten Wärmemenge und der Temperaturdifferenz zwischen im Vordergrund und im Hintergrund vorhandenen Objekten ab. Die Wärmebildgebung eignet sich am besten für die Bilderzeugung unter extrem dunklen Bedingungen. Neben Brillen stehen auch Wärmebildkamerasensoren zur Verfügung, um Bilder im Dunkeln aufzunehmen. Diese Instrumente dienen einer Vielzahl von Anwendungen in verschiedenen Bereichen. Der Prozess der Analyse von Wärmebilddaten ist als Thermografie bekannt.

Kamerafalle fotopulapka kamera lesna kamera obserwacyjna
Ein Kamerafallen-PIR-Bewegungsmelder. Bildquelle;Dariusz Kowalczyk, Kamerafalle, fotopułapka, kamera leśna, kamera schedwacyjna, CC BY-SA 4.0

Was ist die Anwendung des PIR-Sensors in Sicherheitssysteme?

PIR-Sensoren werden üblicherweise in verschiedenen Sicherheitssystemen verwendet. Das PIR-System ist für die Steuerung eines kleinen Relais verantwortlich. Dieses Relais verbindet den Sicherheitskreis mit einigen elektrischen Kontakten, die an einer Erkennungseingangszone der Einbruchmeldeanlage angebracht sind. Wenn keine Bewegungserkennung oder -änderung vorliegt, ist der Relaiskontakt geschlossen oder es befindet sich ein NC-Relais (normalerweise geschlossen). Bei Vorhandensein einer Bewegungserkennung oder -abweichung öffnet das Relais den Stromkreis und löst den Alarm aus, der ein Signal sendet.

Passive Sensoren erfassen die Strahlungsreflexionen der Umgebung. Diese Messgeräte verwenden normalerweise keinen Sender. Diese Instrumente analysieren die Strahlungsschwankungen der umgebenden Objekte und leiten dann einen elektrischen Impuls oder ein Signal an den eingebetteten Mikrocomputer. Dieser Mikrocomputer interagiert dann mit dem mechanischen Teil des Sensors basierend auf dem empfangenen Signal. Sensorhersteller empfehlen häufig eine kalkulierte Platzierung des passiven Infrarotdetektor-basierten Alarms, um die Wahrscheinlichkeit von Fehlalarmsituationen zu verringern. Es wird empfohlen, einen Sensor nicht vor einem Fenster zu montieren, da dies zu Interferenzproblemen führen kann.

Lichtschalter mit passivem Infrarotsensor
PIR-Sicherheitsschalter. Bildquelle: Z22, Lichtschalter mit passivem Infrarotsensor, CC BY-SA 4.0

Welche Materialien werden in PIR-Sensoren verwendet??

IR-Sensoren können aus verschiedenen Materialien bestehen, basierend auf den Anforderungen der Form der Informationen, die sie bereitstellen müssen. Einige häufig verwendete Materialien in IR-Detektoren sind:

  • Quecksilbercadmiumtellurid (bekannt als MCT, HgCdTe)
  • Blei (II) sulfid (PbS)
  • Indiumantimonid (InSb)
  • Indiumgalliumarsenid
  • Indiumarsenid
  • Lithiumtantalat (LiTaO3)
  • Bleiselenid
  • Quantentopf-Infrarot-Fotodetektor (QWIP)
  • Triglycinsulfat (TGS)
  • Platinsilicit (PtSi)

Bewegungserfassungstechnologien wurden im Laufe der Jahre in hohem Maße entwickelt. Normalerweise wird eine bestimmte Kombination von zwei oder mehr Bewegungserfassungstechnologien verwendet, um die bestmöglichen Ergebnisse zu erzielen. Die Kombination von passiven Infrarottechnologien und Computer-Vision-Software gewinnt im Bereich der Bewegungserkennung in jüngster Zeit an Beliebtheit. Solche Technologien führen selten zu Ergebnisfehlern und überprüfen auch die Bewegung, die von der Computer-Vision-Kamera aufgezeichnet wird. Diese Geräte dienen einer Vielzahl von Anwendungen in verschiedenen Bereichen.

Weitere Informationen zu Infrarotsensoren finden Sie unter https://techiescience.com/ir-sensors/

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