Датчик перемещения как работает?

Принцип работы индуктивных датчиков перемещения

Предлагаем Вам ознакомиться с физическими основами работы индуктивных датчиков перемещения производства компании RDP Electronics Ltd (United Kingdom), с их основными параметрами, преимуществами и сферами применения.

Сам термин LVDT (Linear Variable Differential Transformer) — означает линейный дифференциальный трансформатор с переменным коэффициентом передачи.

Рассмотрим принцип работы датчиков на LVDT технологии.

Первичная возбуждающая обмотка
Вторичная обмотка 1
Вторичная обмотка 2
Результирующий сигнал от суммы вторичных обмоток

В принципе имеется две схемы работы — с выходным напряжением и выходным током.

Схема работы с выходным током (4-20мА)

Схема работы с выходным напряжением

Рассмотрим более детально сам процесс измерения перемещения.

Датчик перемещения, работающий по технологии LVDT, состоит из трех обмоток трансформатора — одной первичной и двух вторичных. Степень передачи тока между первичной и двумя вторичными обмотками определяется положением подвижного магнитного сердечника, штока. Вторичные обмотки трансформатора соединены в противофазе.

При нахождении штока в середине трансформатора, напряжение на двух вторичных обмотках равны по амплитуде, а т. к. они соединены противофазно, суммарное напряжение на выходе равно нулю — перемещения нет.

Если шток перемещается от серединного положения в какую либо сторону — происходит увеличение напряжения в одной из вторичных обмоток и уменьшение в другой. В результате суммарное напряжение будет не нулевым — датчик будет фиксировать смещение штока.

Соотношение выходной фазы сигнала по сравнению с фазой возбуждающего сигнала дает возможность электронике понять, в какой части обмотки находится в данный момент шток.

Основная особенность принципа работы индуктивных датчиков перемещения состоит в том, что прямой электрический контакт между чувствительным элементом и трансформатором отсутствует (связь осуществляется через магнитное поле), что дает пользователям абсолютные данные по перемещению, теоретически бесконечную точность разрешения и очень долгий срок службы датчика.

Особенности схемы работы с выходным током — т. к. цепь генератор/демодулятор встроена в сам датчик перемещения и питается от выходного тока 4-20 мА, то нет необходимости во внешнем оборудовании для формирования сигнала.

Особенности схемы работы с выходным напряжением — цепь генератор/демодулятор, встроенная в датчик перемещения обеспечивает возбуждение и преобразует сигнал обратной связи в напряжение постоянного тока. При этом так же не требуется внешнее оборудование для формирования сигнала.

Особенности измерения выходного сигнала.
1) Если выходное напряжение измеряется не фазочувствительным (среднеквадратичным) вольтметром, то отклонение штока в любую сторону от центрального положения в трансформаторе датчика будет соответствовать увеличению выходного напряжения.

Заметим, что кривая не касается горизонтальной оси. Это происходит из-за остаточного выходного напряжения.

2) Если используется фазочувствительная демодуляция, то по выходному сигналу можно судить, в какой части трансформатора находится шток в данный момент.

Для формирования сигнала всегда используется фазочувствительная демодуляция, т.к. это исключает влияние на выходной сигнал остаточного выходного напряжения и позволяет пользователю знать положение штока в трансформаторе.

Диапазон линейности индуктивного датчика перемещения.
Если мы рассмотрим выходную кривую вне механического диапазона типичного LVDT датчика, то можно заметить, что на краях диапазона кривая изгибается. Это значит, что механический диапазон существенно шире линейного участка работы.

При калибровке датчика, важно, что электрическая нулевая точка используется в качестве ссылки, и что датчик используется в пределах ± FS (полного диапазона) вокруг электрического нулевом положения.

Если проводить калибровку не беря за основу точку ноля вольт, одно из положений полного диапазона будет за пределами линейного диапазона и, следовательно, может привести к ошибке линейности.

Типы индуктивных датчиков перемещения

Тип 1 — несвязанные преобразователи, которые имеют якорь, который отделен от тела корпуса. Части датчика должны быть установлены таким образом, что якорь не прикасался к внутренней трубке корпуса. Сделав это, можно получить абсолютное отсутствие трения при движении чувствительного элемента датчика.

Тип 2 — монолитные преобразователи, которые имеют тефлоновый подшипник, который направляет якорь (шток) по внутренней трубке.

Тип 3 — монолитные преобразователи с возвратной пружиной, которая толкает якорь (шток) наружу.

Внутреннее строение типичного индуктивного датчика перемещения LVDT

Преимущества индуктивных датчиков перемещения LVDT

1. Преимущества над линейными потенциометрами (POTS).

• Не имеют контакта корпуса и внутренних деталей с чувствительным элементом, что означает, что нет никакого износа при движении штока. POTS датчики имеют контакт с чувствительным элементом и могут быстро изнашиваются, особенно под воздействием вибрации.
• Можно легко обеспечить защиту от влаги и пыли на требуемом уровне, даже стандартные версии LVDT датчиков обычно имеют гораздо лучший уровень защиты от внешний воздействий, чем POTS.
• Вибрация не вызывает влияния на пропадание сигнала, в отличие от POTS, где скользящий бегунок может прервать контакт с проводником при вибрации.

2. Преимущества над магнитострикционными датчиками.

• Не восприимчивы к ударам и вибрации.
• Менее восприимчивы к паразитным магнитным полям окружающей среды.
• Система формирования сигнала может быть удалена от чувствительного элемента на некоторое расстояние, что позволяет использовать датчики при работе с высокой температурой и высоким уровнем радиации.
• Магнитострикционные датчики не имеют короткого штока ±100мм или менее, а это как раз наиболее востребованный диапазон технического применения датчиков перемещения.

3. Преимущества над кодерами (датчиками положения).

• Имеют лучший аналоговый частотный отклик.
• Имеют более прочный корпус.
• Сразу после включения «знают» положение штока, в отличии от кодеров, которым надо указывать постоянную ссылку на известное положение.

4. Преимущества над переменными векторными резистивными преобразователями (VRVT)

• LVDT датчики как правило более дешевы.
• Имеют меньший диаметр корпуса.
• Более прочные и не изнашиваются.
• Могут использоваться значительно дольше.

5. Преимущества над линейными емкостными датчиками

• LVDT датчики как правило более дешевы.
• Менее восприимчивы к внешним условиям эксплуатации.
• Значительно более прочные.

Особенности индуктивных датчиков перемещения LVDT

• Максимальная рабочая температура 600°C.
• Минимальная рабочая температура –220°C (для справки, температура жидкого азота -196°C, температура жидкого гелия -269°С).
• Могут работать при уровне радиации 100,000 рад.
• Могут работать при давлении 200Бар.
• Могут работать под водой, при этом вода может попадать внутрь датчика не причиняя ему вреда. Существует специальная серия подводных датчиков, которые могут без тех. осмотра работать под водов в течении 10-ти лет, работать под водой на глубине до 2,2км. Кабельные разъемы могут подсоединяться так же под водой.

Основные сферы применения LVDT датчиков

Промышленные измерительные системы

• Регулирующие вентили — везде, где существуют регулирующие вентили индуктивные датчики перемещения могут быть использованы для контроля положения штока вентиля. Особенно, где есть ответственные участки работы, например, в клапанах пара для турбин на электростанциях.
• Контроль положения шлюзов — погружные датчики перемещения подходят для измерения положения шлюзов в водохозяйственных и канализационных системах.
• Измерение зазора между валками.
  Для поддержания равномерной толщины проката зазор между валками часто измеряется на обоих концах.
• Контроль перемещения штоков вентилей на подводных нефте/газо проводах.
• Контроль работы гидравлических активаторов — измерение перемещения объекта, который передвигает активатор. Благодаря очен высокой износостойкости, данные LVDT датчики перемещения могут выдерживать миллионы циклов перемещения.
• Контроль положения/перемещения режущих инструментов, отрезающих рулонные материалы.
• Измеряет положение/смещение роликов, которые используется для выпрямления полосового проката перед штамповкой.
• Могут быть использованы для динамического измерения размеров (диаметров) рулонов продукта, например, инициировать сигнал к системе управления, когда рулон достигает максимального/минимального размера при наматывании/сматывании материала.

Станки

• Могут быть использованы в испытательных приспособлениях для измерения круглости, плоскостности и т.д. частей машин для анализа качества их изготовления.
• Могут быть использованы для оценки и контроля взаимного расположения компонентов деталей в сборке, когда требуется юстировка/подгонка размеров взаимного расположения деталей.

Авиация/космонавтика

• Могут быть использованы для оценки реакции привода на действие активатора. Например, преобразователь измеряет положение отклонения закрылков крыла самолета при техническом обслуживании. Тут очень важно измерить скорость срабатывания активатора после подачи на него управляющего сигнала, а так же скорость изменения положения закрылков.
• Анализ Ротора вертолета
  Датчики LVDT используются на вертолетах, чтобы измерить угол наклона лопастей ротора.
• Могут быть использованы для оценки смещения корпуса двигателя при нагревании.
• Могут быть использованы для измерения смещения (деформации) лопасти турбины при внешнем воздействии.
• Могут быть использованы для измерения отклонения диафрагмы сопла реактивного двигателя.
• Могут быть использованы для испытания крыльев самолетов для измерения их отклонения при нагрузке.

Строительство / Проектирование зданий и сооружений

• Могут быть использованы для измерения вибрации или деформации мостов при изменении трафика движения или порывов ветра.
• Могут быть использованы для измерения смещения грунта при строительстве, контроля оползней и насыпных дамб.
• Могут быть использованы при испытании крупногабаритных строительных конструкций, балок, пролетов моста и т. д. на силовую деформацию.

Автомобилестроение

• Могут быть использованы для контроля смещения корпуса двигателя при его испытаниях.
• Идеальным применением LVDT датчиков может быть тестирование компонентов подвески автотранспорта.
• Могут быть использованы для контроля изготовления прецизионных компонентов.
• Могут быть использованы для настройки компонентов двигателя, таких как дизельные форсунки.
• Могут быть использованы для тестирования сидений, дверей, педалей и ручек транспортных средств для моделирования продления их срока службы.
• Могут быть использованы для измерения профиля поверхности заготовки, например стекла или других площадных объектов.

Выработка энергии

• Могут быть использованы для измерения биения вала турбины.
• Могут быть использованы для контроля положения главного парового клапана, который регулирует поток пара в турбину. Клапан постоянно корректирует свое положения для поддержания постоянной скорости вращения турбины. LVDT датчики идеально подходят для работы в зоне высоких температур, грязи и постоянной вибрации.
• Могут быть использованы для контроля положения перепускного клапана. Когда откроется перепускной клапан, датчик может испытать температуру 200°C.

Как работают датчики движения для включения света

Время на чтение:

Сначала датчики движения использовались как охранные системы и устанавливались исключительно на важных стратегических объектах. Сегодня установки слежения гораздо функциональнее и чаще применяются для включения света. С помощью них можно сэкономить примерно 85% электроэнергии, поэтому стоит разобраться в принципе работы, видах и тонкостях монтажа этих устройств.

Принцип действия

Датчики движения работают как охрана, контролирующая определенную местность, которая охвачена сектором обзора. Притом эта область ограничивается не только углом действия устройства, но и определенным расстоянием. Именно поэтому прибор устанавливается на участке, который обеспечивает максимальный обзор, в таком случае дальность действия будет выше, а работа эффективнее.

Принцип работы датчика движения на свет заключается в фиксировании инфракрасных излучений. Как только в определенной местности, находящейся под его защитой, появляется объект с температурой живого существа, в прибор поступают специальные импульсы. Они воздействует на цепь, и вследствие этого включается освещение. Как только объект покидают зону, импульсы прекращают поступать, происходит разрыв цепи и свет просто отключается.

Стоит сразу обратить внимание на достоинства и недостатки использования подобных устройств. К плюсам можно отнести следующие факторы:

• датчики работают в автоматическом режиме, что существенно снижает расходы за электроэнергию;
• современные приборы очень функциональны, наличие сенсора позволяет включать и отключать не только уличные осветительные приборы, но и бытовую технику, например, телевизор, музыкальный центр или кофеварку.

Существуют у приборов и минусы, одним из которых является высокая стоимость, поэтому установить подобную систему на своем участке сможет не каждый желающий. Кроме этого, монтаж требует определенных знаний и выполнения строгих требований. А значит, произвести установку самостоятельно смогут не все, так как допущение даже незначительной ошибки может вывести прибор из строя.

Разновидности сенсоров

Датчики движения для включения света на улице и в квартире могут различаться. Выделяют несколько видов, а именно:

• по месту расположения — сенсорные устройства могут быть наружного типа и внутреннего;
• по типу сигнализатора — это может быть ультразвуковой, инфракрасный, микроволновой или комбинированный прибор.

Уличные световые датчики движения занимаются контролем заданного периметра. В основном они устанавливаются на большой территории, так как их радиус реагирования может достигать более 500 метров. Такие дистанционным приборам не требуются сигнализаторы, так как любое проникновение на участок не останется без внимания, они среагируют моментально.

Внутреннее оборудование предназначается для обустройства квартир и других помещений. Для улицы они не подходят, так как неустойчивы к резким температурным перепадам, а также к воздействию ультрафиолетового облучения.

Ультразвуковые приборы

Прежде чем выбрать устройство, необходимо определиться, с какой именно целью его планируется использовать. Принцип работы этих беспроводных сенсоров основывается на отражении ультразвуковых волн, которые исходят от различных предметов.

Если происходит какое-то движение, частота импульсов начинает изменяться. Датчик оснащен специальным механизмом, который генерирует ультразвук, неслышный человеческому уху. Кроме своей основной функции — включения света, подобные устройства часто используют в автоматическом оборудовании «парктроник».

Многие потребители выделяют несколько преимуществ таких прибор:

• невысокая стоимость;
• обладают высокой устойчивостью к атмосферным воздействиям;
• имеют способность определять живой организм от неживого объекта, поэтому включаются только на активные действия, не реагируют на движение веток или другие явления, вызванные ветром.

К сожалению, имеются у этих сенсоров и ряд недостатков. Во-первых, стоит отметить, что такие устройства обладают небольшим радиусом действия, поэтому контролируется достаточно маленький периметр. Кроме этого, многие люди отмечают, что некоторые домашние питомцы с повышенной чувствительностью к ультразвуку становятся неспокойными, а в некоторых случаях даже агрессивными.

Инфракрасное устройство

Эти детекторы срабатывают от изменения температуры окружающей среды. Когда на территорию действия прибора проникают высокотемпературные объекты, устройство срабатывает и включает осветительные приборы. Действует это следующим образом: инфракрасное излучение, исходящее от человеческого тела, проходя через специальные линзы и зеркала, воздействует на встроенный сенсор и приводит в работу систему освещения.

Прежде чем выбрать необходимое устройство, стоит обратить внимание на показатель чувствительности. Дело в том, что чем больше линз, тем эффективнее работает детектор движения, их бывает до 30 пар.

К плюсам этих систем можно отнести:

• датчик легко регулируется на дальность или угол обзора;
• реагирует исключительно на объекты, источающие тепло, поэтому существует возможность устанавливать их на улице;
• высокий показатель безопасности: они не наносят вреда окружающим людям и домашним животным.

Недостатки также имеются. Подобные механизмы имеют очень маленький диапазон регулирования, к тому же у них часто наблюдаются сбои в работе. При любом неблагоприятном атмосферном явлении в виде ветра и дождя сенсор фиксирует нарушение и включает освещение. Кроме этого, стоит отметить, что если объект проникает на территорию в одежде, которая не пропускает инфракрасное излучение, то он пройдет незамеченным: прибор его просто не увидит.

Микроволновые детекторы

Эти датчики функционируют по принципу радиолокаторов, то есть от прибора исходит сигнал, а возвращается уже его отражение. Микроволновой детектор работает на высокочастотных волнах, поэтому даже незначительные отклонения в возвращенных сигналах способны вызывать цепную реакцию в виде включения света.

Плюсы этого сенсорного устройства:

• способны обнаруживать движение даже через стенку, стекло;
• функционируют при любом температурном режиме;
• включают освещение даже при малейшем передвижении;
• одновременно обслуживают сразу несколько областей;
• современные модели имеют встроенный таймер.

К недостаткам можно отнести высокую стоимость, так как установка такого оборудования обойдется гораздо дороже, нежели аналогичных устройств. Кроме этого, микроволновые датчики слишком чувствительны, поэтому часто срабатывают ложно, так как реагируют даже на движение, которое происходит вне действия его зоны. А все это приводит к лишней трате электроэнергии. Еще один существенный минус — это излучение, которое может нанести вред здоровью.

Комбинированный вариант

Встраиваемые датчики комбинированного типа используются в жилом доме или квартире не так часто. В основном детекторы устанавливают для охраны производственных помещений или для обеспечения освещения в больших цехах.

В этих устройствах совмещено сразу несколько функций, что позволяет им быстро обнаружить движущийся объект и определить его происхождение. У подобных установок практически отсутствуют недостатки, единственное, что можно отметить: слишком высокая цена, которую многие потребители считают неоправданной.

Рекомендации по подключению

Произвести монтаж и настройку можно только в том случае, если имеется опыт работы с подобными устройствами. Главное, чтобы в комплект с сенсорным оборудованием входил инструктивный материал по установке.

Необходимо заранее определиться с месторасположением, лучше всего подобрать зону, где отсутствуют посторонние предметы, на которые он может срабатывать. А также не стоит слишком часто перемещать прибор, так как от этого сбиваются настройки.

Рекомендации по монтажу датчиков движения:

• в помещение, где устанавливается детектор, требуется разместить обычный выключатель, притом они должны располагаться строго параллельно друг другу, чтобы в случае непредвиденных обстоятельствах можно было выключить свет самостоятельно;
• чтобы обезопасить устройство от случайных повреждений, его рекомендуют устанавливать в нишах или смонтировать для него специальное углубление в стене;
• очень важно подобрать место, где на него не будут падать солнечные лучи, так как они нарушают нормальное функционирование прибора и вызывают ложные срабатывания.

Собственно это основные советы по установке. Если строго соблюдать эти рекомендации, прибор будет работать исправно, качественно и длительное время.

Настройка и регулировка

Чтобы проверить, правильно ли произведено подключение, понадобится временная схема. Если устройство не срабатывает, то в процессе были допущены какие-то ошибки.

Более сложное оборудование проверяется по следующей схеме:

• вначале собирается временная схема подключения;
• затем необходимо вывести регулятор на максимальный показатель мощности;
• настроить таймер на несколько секунд.

В случае если светодиодный индикатор срабатывает на движение, значит, все собрано правильно. Стоит отметить, что часто вместо индикатора устанавливают специальное реле. Узнать о его рабочем состоянии можно по характерным щелчкам, которые он начинает производить, если обнаруживает движение.

После того как прибор установлен, переходят к его регулировке. Что касается таймера срабатывания, то можно выставить любое удобное время, от нескольких секунд до получаса. А вот отрегулировать чувствительность достаточно сложно. Если в доме имеются домашние питомцы, необходимо исключить срабатывание на их появление, иначе свет будет включаться постоянно.

Установка домашних сенсорных датчиков помогает экономить на освещение. Приборы автоматически обеспечивают свет при входе в комнату и также отключают его при выходе.

Онлайн помощник домашнего мастера

Датчик движения: принцип работы, особенности монтажа + обзор идей размещения устройства в помещении и на улице

• Оборудование

Датчик движения служит для автоматического включения света в доме. Он обнаруживает объект, движущийся в помещении и подает сигнал для включения света. В быту очень удобно использовать такие приспособления.

Краткое содержимое статьи:

Что такое датчик движения и зачем он нужен?

Датчик движения – специальный волноискатель, работающий от электричества. Он улавливает движения в помещении. То есть, любой движущийся объект попадая в зону охвата датчика движения, активирует сенсорную систему, которая передает его к присоединённому механизму к ней механизму.

Прибор не навредит вашему здоровью и существенно сэкономит электроэнергию, а значит и деньги, которые вы могли за него отдать.

У данного приспособления имеются множество плюсов:

Установив датчик движения в каком-либо складском помещении, облегчит вашу жизнь. Как правило, в таких помещениях выключатели находятся достаточно далеко от входа. Это значит, если в помещении творческий беспорядок, вы легко можете получить травму, споткнувшись через какой-либо предмет.

Многофункциональность один из главных преимуществ датчиков движения. Он не только компактен и идеально подойдет для любого интерьера, а также может быть беспроводным, что удобно. Датчик движения можно использовать в различных целях, будь то открытие ворот или сигнализация.

Типы датчиков движения

Сейчас существует несколько видов датчиков движения. Перед покупкой стоит немного разобраться в характеристиках данных приборов. Их большое количество, чтобы каждый мог выбрать прибор подходящий под определенные требования.

Датчики движения делятся на некоторые типов, в зависимости от места, где он находится:

• Тип внутренний. Такой вид датчиков находится в помещении. Установить его можно в абсолютно любом месте дома или квартиры.
• Тип внешний. Такой прибор работает на расстоянии от 100 до 500 метров. Обычно их устанавливают во дворе дома или на обширных участках различных производств.

Установка, как и приборы делится на два типа:

• Потолочный тип установки. Такой сигнализатор монтируют в потолок. Как правило, он работает на все 360 градусов.
• Настенный или, другое название – угловой тип установки. Преимущество считается меньший угол разора, так сокращается количество ложных реагирований.

Питание сигнализатора делится на несколько видов:

Проводной тип питания – на протяжении всего времени эксплуатации работают хорошо, почти как новые. Это происходит из-за того, что электроэнергия передается по проводам. У сигнализатора имеется минус – он отключается, в случае отсутствия электричества.

Автономный или беспроводной тип питания. Он работает от одного или нескольких аккумуляторов, которые заранее встроены. Более современные модели питаются солнечным светом. Однако столь экологичный вариант требует контроля электроэнергии. Ее не должно быть слишком мало, или слишком много.

Установка

Датчики также отличаются установкой. Есть внешние или накладные, а также приборы, которые встраиваются. Первые легки в монтировании, к ним нужно лишь подвести электропроводку. У второго типа главным плюсом является возможность изготовления под интерьер и общий дизайн комнаты.

Чтобы лучше понять, как он выглядит, стоит посмотреть фото таких датчиков движения. Благодаря данному преимуществу датчик можно спланировать еще на стадии разработки проекта всего дома. Оба вида отличаются друг от друга принципом работы.

Датчик движения ультразвуковой

Работает он достаточно просто. Волны, которые исходят от движущего предмета, считывает встроенный волноуловитель. Данный вид датчиков долго служит и он удобен в использовании. Цена на ультразвуковой датчик приемлема, а также он устойчив к окружающей среде.

Однако, у него имеются некоторые недочеты:

• Часто не реагирует на медленно движущийся объект.
• Негативно действует на животных поэтому, если у вас есть домашние любимцы не стоит выбирать датчик данного типа.

Датчики инфракрасные

Такие приборы реагируют на тепло исходящее от движущегося объекта, далее включается свет. Выполнение данного действия напрямую зависит от количества лампочек, которые встроены в систему. Чем больше ламп, тем больше территории охватывает прибор.

Такой датчик устанавливать на кухне не желательно, т.к. там перепады температур, а как вы уже знаете эти приборы не любят смену температуры.

Датчик является безвредным для животных и людей. Прибор настаивается под ваши требования угла обзора и чувствительности. Датчики этого типа отлично работают, как в помещениях, так и на улице – это определенно плюс. К инфракрасным датчикам относятся датчики движения 12 вольт.

Минусы инфракрасных датчиков:

• Реагируют на тепловые волны от техники, которая находится в комнате.
• Осадки и солнце воздействуют на инфракрасные датчики.
• Не реагирует на предметы, которые не излучают тепло.

Принципы работы датчиков движения

Принцип работы датчика движения достаточно прост. В то время, когда на территории обзора датчика движения появляется движущийся объект, встроенный обнаружитель включит реле и с его помощью электричество передастся к лампочкам, тем самым включив свет.

Устройство работает то время, которое вы указываете в настройках. Можно выбрать от 5 секунд до 10 минут. То есть, например, вы поставили таймер в 5 минут, если в течении всего этого времени не будет движения, прибор выключит свет.

Ещё до покупки датчика необходимо определиться с местом его размещения. Именного от этого будет зависеть тип устройства. К примеру, датчик инфракрасного типа не будет реагировать на человека, если он не зашел в помещение. Если же вы хотите, чтобы свет включался при открывании дверей, установите прибор ультразвукового типа.

Как правильно установить датчик движения?

Вы уже знаете, что такое датчик движения, их виды, и как они работают. Теперь давайте поговорим о том, как правильно подключить датчик движения. При размещении прибора обязательно нужно учитывать размеры помещения, где находятся окна и двери. Это все влияет на корректную работу датчика.

Учитывайте данные факторы при монтаже прибора:

• Не должно быть грязи или пыли.
• Какие-либо предметы перед датчиком, в особенности на улице, могут стать причиной срабатывания прибора.
• Если вы устанавливаете сигнализатор с проводкой, ее изоляция должна быть влагостойкой.
• Монтировать датчик рядом или напротив приборов излучающих свет или электромагнитные волны – не лучшая идея.
• Задайте нужный угол и направление, потому что прибор будет реагировать на предметы, которые попадают в зону охвата.
• Подбирать светильники, следует по мощности, берите с запасом в 15%.

Итак, теперь вы знаете все, что нужно о датчиках движения. Я надеюсь после прочтения данной статьи, вы решили для себя, какой датчик движения лучше выбрать.

Стой, кто идет: принцип работы датчиков движения

• Датчики движения
• Типы датчиков движения
• На что обратить внимание при выборе датчика
• Установка датчика движения
• Обзор популярных моделей
• Заключение

Датчик движения — это электронное устройство, распознающее перемещение объектов. Датчики осуществляют контроль за окружающей обстановкой и автоматически передают команду в ответ на движение объекта в зоне действия прибора.

Датчики движения (датчики присутствия) используются в:

• системах охраны и контроля доступа (домофон, блокировка дверей на охраняемых объектах и т. д.);
• бытовых системах управления освещением;
• системах автоматического открытия и закрытия дверей;
• системах умного дома и при управлении климатической техникой (вентиляция, кондиционеры и т. д).

Типы датчиков движения

Датчики движения подразделяются по принципу работы на:

• инфракрасные (ИК);
• ультразвуковые (УЗ);
• микроволновые (СВЧ);
• комбинированные.

Типы питания датчиков:

• проводные;
• беспроводные.

Место установки:

• стена (угловой датчик);
• потолок.

Инфракрасные датчики движения

Принцип действия

Инфракрасный датчик фиксирует тепловое (инфракрасное) излучение объектов, которые попадают в его зону действия. Датчик представляет собой систему линз или специальных сегментированных зеркал, расположенных вокруг чувствительного сенсора (фотоэлемента). Инфракрасное излучение попадает на этот сенсор, и датчик срабатывает.

В датчике этого типа обычно располагается от 20 до 60 линз. Чем больше линз, тем выше чувствительность устройства. Чем больше поверхность системы линз, тем шире диапазон действия.

Плюсы и минусы инфракрасных датчиков

Преимущества ИК датчиков:

• инфракрасные датчики движения определяют дальность и угол обнаружения инфракрасного излучения, исходящего от объекта;
• ловят инфракрасное излучение и ничего не излучают в ответ. Считаются вполне безопасными для людей и животных;
• можно использовать как в помещении, так и на улице.

У ИК-датчиков есть и недостатки, обусловленные в первую очередь реакцией на перепады температуры:

• значительная вероятность ложных срабатываний. Так как датчик улавливает тепловое излучение, он может регистрировать перемещение потоков теплого воздуха от радиаторов отопления и кондиционеров;
• солнечные лучи и осадки тоже могут снизить точность срабатывания датчика, если он расположен на улице;
• может не распознать объекты покрытые специальной отражающей тканью или материалами, которые не пропускают ИК излучение (стекло, бетон и т. д).

Ультразвуковые датчики движения

Принцип действия

Ультразвуковой датчик реагирует на звуковые волны, частота которых превышает диапазон восприятия человеческого уха. Датчик активирует заданную функцию, когда обнаружит изменение частоты сигнала.

Внутри этого датчика находится распознаватель (генератор) звуковых волн (обычно от 20–60 кГц). За счет движения объекта происходит изменение частоты звуковых волн (эффект Доплера). Приемник улавливает колебание звуковой волны, заданный параметр «тишины» нарушается. За счет созданного отклонения от встроенного параметра происходит замыкание электрической цепи, в результате чего активируется заданная функция.

Датчики движения такого типа применяются в автомобильной промышленности, а именно в системах автоматической парковки и обнаружения «слепых зон».

Плюсы и минусы ультразвуковых датчиков

Преимущества ультразвуковых датчиков:

• эффективность работы УЗ-датчика не зависит от изменения температуры окружающей среды;
• реагируют на движения вне зависимости от материала, в который облачен объект.

Недостатки датчиков ультразвукового типа:

• некоторые домашние животные могут быть восприимчивы к ультразвуковым волнам, на которых работает УЗ-датчик движения. Это может вызывать у питомцев дискомфорт;
• при плавных (тихих) движениях может не срабатывать.

СВЧ-датчики

Принцип действия

Микроволновые датчики движения излучают высокочастотные электромагнитные волны. Эти волны отражаются от объекта, попадающего в зону действия сенсора. Сенсор регистрирует движение электромагнитных волн объекта и активирует микропроцессор датчика, в результате чего срабатывает заложенная в устройство команда.

Принцип действия, как и в предыдущем случае,основан на эффекте Доплера. Сенсор принимает сигнал — изменение частоты отраженной волны от токопроводящих движущихся объектов.

Плюсы и минусы

Преимущества датчиков движения СВЧ-типа:

• высокая точность срабатывания. Ловит сигнал, даже если объект находится за тонкими препятствиями (дверь, окно, стена);
• производительность устройства не зависит от температуры окружающей среды.

Недостатки датчиков СВЧ-типа:

• высокая вероятность ложных срабатываний;
• СВЧ-излучение может негативно сказываться на здоровье человека.

Комбинированные датчики движения

Такие приборы совмещают в себе датчики разных типов. Например, инфракрасный и микроволновый датчик движения. По мнению производителей комбинированных датчиков, за счет сочетания нескольких типов достигается максимальная производительность устройства. Недостатки одного типа компенсируются преимуществами другого. Из минусов — высокая стоимость устройства.

На что обратить внимание при выборе датчика

При выборе датчика движения стоит руководствоваться основными техническими характеристиками устройств.

Угол обзора

У потолочного датчика движения угол обзора до 360 градусов. Если установить его на стену, то половина его возможностей не будет задействована при эксплуатации, также могут появиться ложные срабатывания.

Настенный датчик имеет угол обзора от 120 до 180 градусов. Чаще всего используется для контроля небольшой площади, например придверной территории.

Рабочее расстояние

Зона контроля у рядовых датчиков движения от 6 до 50 метров. Чем меньше пространство, в котором будет установлено устройство, тем меньше должна быть дальность действия.

Мощность нагрузки

Питание датчиков движения происходит от сети 220 В. Некоторые беспроводные датчики потребляют до 12 В благодаря встроенным аккумуляторам или использованию щелочных батареек.

Дополнительные функции

• уровень освещенности. Датчик движения для автоматического включения света должен срабатывать только в темное время суток с целью экономии электроэнергии. Чтобы устройство не срабатывало днем, необходим датчик уровня освещенности.
• защита от животных. Высокочувствительные устройства будут срабатывать при малейшем движении, например домашних животных. Чтобы не происходило ложных срабатываний, нужна регулировка чувствительности прибора. Датчик можно настроить в зависимости от веса питомца (от 10 до 25 кг);
• задержка времени активности. Например, датчик включает свет в помещении при появлении человека, который некоторое время бездействует: читает книгу, принимает ванну и т. д. Будет неудобно, если свет вдруг потухнет. Поэтому и нужна функция задержки света.

Место использования

Датчики движения используются не только для домашней безопасности или управления освещением и работой техники. Например, в промышленных областях они используются на сборочных линиях для отслеживания количества продуктов и отключения опасного оборудования, если человек подходит слишком близко.

Установка

Особенности установки датчика движения:

• при выборе места нужно учитывать, что эффективность ультразвуковых и микроволновых приборов максимальна при движении объекта навстречу устройству, а инфракрасных — поперек контролируемой зоны;
• датчики движения потолочного типа, как правило, монтируют на высоте от 2,5–3 метров, диаметр контролируемой площади в таком случае будет от 10 до 20 метров;
• модели настенного типа устанавливаются как на улице, так и в помещении. Рабочий диаметр у таких устройств до 50 метров. Высота размещения 2–2,5 метра;

Обзор популярных моделей

Инфракрасный датчик движения Navigator 71 963 NS-IRM02-WH

Этот датчик движения потолочного типа анализирует уровень освещения в комнате, подвале, на лестничной площадке. Чувствительный сенсор срабатывает, если уровень освещения в помещении ниже установленного порога.

Подключается к общей сети 220 В.

Средняя стоимость — от 400 рублей.

Sapsan PIR-80

Беспроводной настенный датчик движения, который рассчитан на использование в квартирах, где проживают домашние животные (весом не более 10 кг). Подходит для охранных систем Sapsan. Датчик фиксирует движение объекта и передает сигнал на центральную охранную консоль, после чего сработает тревога и отпугнет взломщиков.

Средняя стоимость — от 1 200 рублей.

Redmond RG-G31S

Это «умный» герконовый датчик движения. Предназначен для дистанционного контроля имущества, закрытия/открытия дверей, окон, сейфов и т. д. Всю информацию датчик отправляет на мобильное приложение. Эту модель можно разместить в удобном месте с помощью двусторонней липкой ленты.

Средняя стоимость — от 600 рублей.

Датчик движения Rubetek RS-3201

Данная модель датчика работает при подключении к центру управления Rubetek. Оповещения о состоянии контролируемого помещения пользователь может просматривать в мобильном приложении Rubetek.

Прибор уникален тем, что его можно использовать в связке с другими приборами и умными устройствами в доме, например включить свет в нужной комнате, активировать работу кондиционера или бризера.

Tion Бризер 3S Rubetek можно подключить к уже имеющемуся центру управления Rubetek либо сделать бризер самостоятельным центром управления умным домом, передавая команды умным датчикам и объединяя их в единую сеть.

Средняя стоимость — 1 490 рублей.

Заключение

Установка датчика движения — это простой и вполне эффективный способ защитить Вашу собственность. Вы можете разместить датчик в квартире, частном доме, на даче, в гараже и т. д. Дополнительный уровень безопасности могут обеспечить камеры наблюдения, подключенные к датчику и системе мониторинга.

Управление освещением, бытовой и климатической техникой поспособствует экономии энергии, например путем выключения света в незанятых помещениях, автоматической активации обогрева, охлаждения и других бытовых задач.

Потенциометрический датчик: описание, устройство и схема

В технике широко применяются приборы для измерения величин перемещений объектов с их преобразованием в электрические сигналы. Потенциометрический датчик в большинстве конструкций представляет собой реостат и соединенный с объектом скользящий контакт, с которого снимается сигнал. Выходной параметр — это величина электрического сопротивления, зависящего от углового или линейного перемещения подвижного элемента.

Принцип действия

Потенциометр преобразует линейные или угловые перемещения в соответствующие величины напряжения, тока или сопротивления. За счет этого можно работать со многими неэлектрическими величинами: давлением, уровнем, расходом и др.

Потенциометрические датчики, принцип действия которых заключается в измерении перемещения или места расположения положения, соединяются своими подвижными контактами переменного резистора с объектами. Это могут быть клапаны, антенны, режущие инструменты и многое другое. После подачи питания на датчик с него снимается сигнал положения движка потенциометра, как с делителя напряжения.

Базовый метод регистрации во всех моделях остается одним и тем же, но имеются конструктивные отличия. Сигнал может сниматься напрямую или с помощью электронной схемы после его обработки и нормализации. Важно, чтобы он соответствовал определенным стандартам.

Достоинства потенциометрических датчиков

• Простота конструкции.
• Небольшая стоимость.
• Хорошая разрешающая способность.
• Компактность и малый вес.
• Стабильность показаний.

Конструктивное исполнение

В промышленности распространены проволочные потенциометрические датчики перемещения. Они обладают высокой точностью и стабильностью, имеют малые величины температурного и переходного сопротивлений и низкий уровень шумов. К недостаткам относятся: небольшая величина сопротивления, малая разрешающая способность, износ подвижных частей и ограниченность применения при работе на переменном токе.

Устройства состоят из трех основных элементов:

1. Каркас. Изготовлен из теплопроводного изоляционного материала или металла с диэлектрическим покрытием, не меняющий геометрические размеры при нагревании. Форма может быть в виде кольца, изогнутой пластины, стержня.
2. Изолированная обмотка. Выполняется с точной укладкой провода, от шага которой зависит разрешающая способность прибора.
3. Подвижная щетка. В местах ее соприкосновения с обмоткой витки очищены от изоляции. Подвижный контакт в устройствах может перемещаться поступательно или вращательно. В последнем случае устройства могут быть одно- или многооборотного исполнения.

Материалы

Каркас изготавливается из диэлектрического материала: керамики, гетинакса, текстолита, пластмассы. Применяется металл с изоляционным покрытием. Его высокая теплопроводность дает возможность хорошо отводить тепло от провода датчика.

Металл обмотки обладает высоким удельным электрическим сопротивлением, стойкостью к коррозии, небольшим влиянием температуры, прочностью на истирание и разрыв. Этим требованиям соответствует манганин, константан, никельхромовые сплавы. Намотка также может быть ламельной или пленочной.

Скользящие контакты снижают надежность датчиков и усложняют конструкцию. Недостатки проволочных потенциометров:

• низкая надежность контактов;
• нестабильность переходного сопротивления между движком и обмоткой из-за окисления и электроэрозии провода;
• дребезг контактов.

Большой ресурс имеют токопроводящие пластмассы, имеющие также лучшую линейность характеристики. Датчики на их основе применяются там, где требуется высокая надежность, особенно – в авиации.

Контакт щетки изготавливается с добавкой благородных металлов, чтобы они были мягче материала обмотки.

Схемы

Датчики потенциометрического типа имеют статическую характеристику — зависимость напряжения на выходе U_вых от перемещения контакта X. Связь между этими параметрами у ненагруженного потенциометра обычно линейная:

где L — длина датчика, k — чувствительность (k = U_пит/L).

В реальности потенциометрический датчик содержит нагрузочное сопротивление R_н в следующем звене системы автоматического управления, которое влияет на величину U_вых.

Низкая надежность датчиков, связанная с потерей контакта, обрывом обмотки или межвитковым замыканием, приводит к необходимости изменения схемы соединений.

Если знак сигнала на выходе не меняется, датчик называется однополярным. Он представляет собой простейшее устройство типа переменного резистора.

Схема потенциометрического датчика двухтактного типа применяется для автоматического регулирования, где на выходе изменяется знак сигнала в зависимости от того, какой он на входе. От этого зависит направление управляющего перемещения рабочего органа.

Напряжение может сниматься со щетки и с середины потенциометра. Применяются также другие схемы подключений. При питании постоянным током, когда подвижный контакт проходит через его среднюю точку, знак на выходе изменяется на противоположный. Если на обмотку подается напряжение переменного тока, изменяется фаза на 180 0 .

В автоматике используются нелинейные характеристики датчиков. Для этого изменяется диаметр проволоки вдоль намотки, шаг обмотки, применяются каркасы сложной формы, шунтируются участки потенциометров сопротивлениями.

Эксплуатационные характеристики

Характеристика холостого хода датчика представляет собой прямую линию (R/R_н = 0). Отклонение кривых от нее увеличивается с уменьшением сопротивления нагрузки R_н.

Кроме активного сопротивления у датчиков есть еще динамические нагрузки:

1. Передаточная функция.
2. Индуктивная составляющая.
3. Собственные шумы при переходе подвижного контакта от витка к витку и от вибрации щетки.

Сопротивление между контактом движка и одним из выводов называется выходным. Измеряется его величина, сила тока или напряжение.

Погрешности датчиков

На реальные характеристики датчиков влияют следующие погрешности:

1. Зона нечувствительности. При переходе контакта с одного витка провода на другой происходит скачок напряжения, величина которого определяется по формуле: DU=U_пит./W, где W – число витков.
2. Неравномерность статической характеристики, связанная с колебаниями диаметра провода по длине, его удельным сопротивлением и точностью намотки.
3. Наличие люфта между движком контакта и втулкой, влияющего на точность показаний.
4. Неравномерность нажима щетки, влияющая на величину сопротивления контакта. Обычно силу прижатия движка к обмотке применяют достаточно большую. Однако сделать это не всегда удается, поскольку усилие от чувствительных элементов (мембран, поплавков, биметаллических пластин) — небольшое.
5. Влияние электрического сопротивления нагрузки R_н. Ее величину выбирают в 10…100 раз больше сопротивления датчика.

Назначение

Потенциометрический датчик положения предназначен для следующих целей:

• контроль и измерение перемещений механизмов, рабочих органов машин и других объектов;
• звено обратной связи в робототехнике и в системах автоматики;
• определение расстояний до объектов;
• испытания в лабораториях, контроль работы механизмов.

Типы датчиков

Применение потенциометрического датчика зависит от типа:

1. T/TS – высокоточный прибор (0,075%), работающий в диапазоне осевых перемещений 150 мм. Подходит для окружной скорости до 10 м/с. Конструкция – обеспечение перемещения стержня в двух направлениях по принципу делителя напряжения.
2. TR/TRS – такой же, как предыдущий, но с возвратной пружиной. Перемещение достигает 100 мм. Выдерживает более высокие поперечные нагрузки на наконечнике.
3. TE1 – модель, которая содержит электронную схему для нормализации сигналов с аналоговым выходом.
4. TE1 с возвратной пружиной – модификация для решения более широкого круга задач. Датчик более устойчив при повышенных поперечных нагрузках.
5. TEX – потенциометрический датчик с поворотной головкой и с отслеживанием линейных перемещений объектов на расстояние до 300 мм. Шарнирное соединение облегчает монтаж и обеспечивает длительный срок эксплуатации.
6. TEX с приводной штангой с резьбой на конце. Дает возможность жестко фиксировать объект.
7. TEX с возвратной пружиной не требует жесткого крепления объекта к штанге.
8. TX2 с поворотной головкой или с крепежными хомутами. Применяются в тяжелых условиях эксплуатации. Уровень защиты составляет IP 67, точность — 0,05%.

Применение потенциометров в датчиках давления

Параметры работы различных устройств удобно преобразовывать в электрические сигналы. Потенциометрический датчик давления жидкости или газа применяют в системах подачи топлива в машинах, газа в магистралях и т. п. Обычно это мембранные измерительные приборы.

Под действием перепада давления на обеих сторонах мембраны происходит ее перемещение. При этом также поворачивается ползун. Если давления Р и Р_и равны между собой, движок переходит в исходное левое положение, при котором устанавливается начальное сопротивление прибора. Когда Р_и уменьшается, мембрана перемещается вправо, а ползунок устанавливает щетку потенциометра в положение, соответствующее перепаду давления.

Чтобы снизить погрешность дискретного изменения сопротивления потенциометра, количество витков на нем делают не менее 100. Ее можно полностью устранить, если перемещать щетку вдоль оси калиброванной проволоки реохорда.

Конструкции датчиков

Датчик линейного перемещения потенциометрический состоит из диэлектрического каркаса различной формы (пластины, цилиндра, кольца и др.), на который наматывается изолированный провод, присоединенный к зажимам и закрепленный хомутами на концах. По обмотке перемещается металлическая щетка. Для датчиков поворотного типа каркасы делаются кольцевой формы, продольного – прямолинейные. В местах контакта с движком изоляция на проводе отсутствует.

На зажимы подается напряжение питания. Выходной сигнал снимается между одним из концов провода и контактом щетки, хотя есть другие схемы подключений.

Каждый линейный потенциометрический датчик имеет статическую характеристику в виде зависимости величины выходного сигнала от перемещения контакта щетки.

Заключение

Потенциометрический датчик должен быть надежным, удобным и долговечным при его применении в измерительной технике и в системах автоматического регулирования. Устройства контроля положения объектов различаются по принципу действия и по видам сигналов выхода, которые должны соответствовать стандартам.

Индуктивный датчик: принцип работы, схемы подключения, характеристики

В современных станках и высокоточном оборудовании, где важно контролировать положение конструктивных элементов устанавливается индуктивный датчик. Для чего применяется данное устройство, какие разновидности и способы подключения существуют, как оно работает, мы рассмотрим в данной статье.

Назначение

Индуктивный датчик предназначен для контроля перемещения рабочего органа без непосредственного контакта с ним. Основной сферой применения для него является станочное оборудование, точные медицинские приборы, системы автоматизации технологических процессов, измерения и контроля формы изделия. В соответствии с положениями п.2.1.1.1 ГОСТ Р 50030.5.2-99 это датчик, который создает электромагнитное поле в области чувствительности и обладает полупроводниковым коммутатором.

Сфера применения индуктивных датчиков во многом определяется их высокой надежностью и устойчивостью к воздействию внешних факторов. На их показания и работу не влияют многие факторы окружающей среды: влага, оседание конденсата, скопление пыли и грязи, попадание твердых частиц. Такие особенности обеспечиваются их устройством и конструктивными данными.

Устройство

Развитие сегмента радиоэлектроники привело не только к совершенствованию первоначальных механизмов, но и к возникновению принципиально новых индуктивных датчиков. В качестве примера рассмотрим один из простейших вариантов (рисунок 1):

Рис. 1. Устройство индуктивного датчика

Как видите на рисунке, в его состав входят:

• магнитопровод или ярмо (1) – предназначен для передачи электромагнитного поля от генератора в зону чувствительности;
• катушка индуктивности (2) – создает переменное электромагнитное поле при протекании электрического тока по виткам;
• объект измерения (3) – металлический якорь, вводимый или перемещаемый в области чувствительности, неметаллические предметы не способные влиять на состояние электромагнитного поля, поэтому они не используются в качестве детектора;
• зазор между объектом измерения и основным магнитопроводом (4) – обеспечивает меру взаимодействия в качестве магнитного диэлектрика, в зависимости от модели датчика и способа перемещения может оставаться неизменным или колебаться в заданном диапазоне;
• генератор (5) — предназначен для генерации электрического напряжения заданной частоты, которое будет создавать переменное магнитное поле в заданной области.

Принцип работы

Принцип действия индуктивного датчика заключается в способности электромагнитного поля изменять свои параметры, в зависимости от значения магнитной проводимости на пути протекания потока. В основе его работы лежит классический вариант катушки, намотанной на сердечник.

Рис. 2. Магнитное поле в состоянии покоя

При протекании электрического тока I по виткам этой катушки генерируется магнитное поле (см. рисунок 2), результирующий вектор магнитной индукции B которого определяется по правилу Правой руки. При движении магнитного поля по сердечнику, ферромагнитный материал обеспечивает максимальную пропускную способность. Но, как только линии магнитной индукции попадают в воздушное пространство, магнитная проводимость существенно ухудшается и часть поля рассеивается.

Рис. 3. Магнитное поле при введении объекта срабатывания

При внесении в область действия поля индуктивного датчика объекта срабатывания (рисунок 3), изготовленного из металла, напряженность линий индукции резко изменяется. В результате чего усиливается поток и меняется его значение, а это, в свою очередь, приводит к изменению электрической величины в цепи катушки за счет явления взаимоиндукции. На практике этот сигнал слишком мал, поэтому для расширения предела измерения индуктивного датчика в их схему включается усилитель.

Расстояние срабатывания и объект воздействия

В зависимости от конструкции и принципа действия индуктивного датчика объект воздействия может иметь вертикальное или горизонтальное перемещение относительно самого измерителя. Однако реакция сенсора на начало движения контролируемого объекта может начинаться не сразу, что обуславливается номинальным расстоянием, при котором обеспечивается зона чувствительности датчика и техническими параметрами объекта.

Рис. 4. Область и объект срабатывания

Как видите на рисунке 4, в первом положении контролируемый объект находится на таком удалении, где электромагнитные линии не достигают его поверхности. В таком случае с индуктивного датчика сигнал сниматься не будет, так как он не фиксирует перемещения в зоне чувствительности. Во втором положении контролируемый объект уже пересек расстояние срабатывания и вошел в чувствительную зону. В результате взаимодействия с объектом на выходе датчика появится соответствующий сигнал.

Также расстояние срабатывания будет зависеть от геометрических размеров, формы и материала. Следует заметить, что в качестве объекта срабатывания индуктивного датчика применяются только металлические предметы, но от конкретного типа будет отличаться и момент перехода датчика в противоположное состояние, что изображено на диаграмме:

Рис. 5. Зависимость расстояния срабатывания от материала

На практике существует огромное разнообразие индуктивных датчиков, всех их можно разделить на две большие категории, в зависимости от рода питающего тока – переменного и постоянного. В зависимости от состояния контактов в соответствии с таблицей 1 р.3 ГОСТ Р 50030.5.2-99 индуктивные датчики бывают:

• замыкающий – при перемещении контролируемого объекта происходит перевод во включенное положение;
• размыкающий – в случае воздействия индуктивный датчик переводит контакты в отключенное положение;
• переключающий – одновременно объединяет оба предыдущих варианта, за одну коммутацию переводит один вывод во включенное, второй, в отключенное положение.

По количеству измерительных цепей индуктивные датчики подразделяются на одинарные и дифференциальные. Первый из них обладает одной катушкой и одной цепью измерения. Второй тип подразумевает наличие двух сенсоров, измерительные цепи которых включаются в противофазу для сравнения показаний.

Рис. 6. Одинарый и дифференциальный датчик

По способу передачи данных индуктивные датчики подразделяются на аналоговые, электронные и цифровые. В первом случае применяются те же катушки и ферромагнитные сердечники. Электронные используют триггер Шмидта вместо ферромагнетиков для получения гистерезисной составляющей. Цифровые выполняются в формате печатных плат на микросхемах. Помимо этого виды подразделяются по количеству выводов датчика: два, три, четыре или пять.

Характеристики (параметры)

При выборе индуктивного датчика для решения конкретной задачи руководствуются параметрами цепи, в которых он будет функционировать и основной логикой схемы. Поэтому обязательно проверяется соответствие их параметров:

• напряжение питания – определяет допустимый минимум и максимум разности потенциалов, при которой индуктивный датчик нормально работает;
• минимальный ток срабатывания – наименьшее значение нагрузки, при котором произойдет переключение;
• расстояние срабатывания – допустимый промежуток удаления, при котором будет происходить коммутация;
• индуктивное и магнитное сопротивление – определяет проводимость электрического тока и линий магнитной индукции для конкретной модели;
• поправочный коэффициент – применяется для внесения поправки, в зависимости от дополнительных факторов;
• частота переключений – максимально возможное количество раз коммутации в течении секунды;
• габаритные размеры и способ установки.

Примеры подключения на схемах

Конструктивные особенности индуктивных датчиков определяют количество их выводов и способ дальнейшего подключения. В виду того, что существует четыре наиболее распространенных типа, рассмотрим примеры схем их подключения.

Двухпроводных датчиков индуктивности

Как видите на схеме выше, двухпроводные индуктивные датчики применяются исключительно для непосредственной коммутации нагрузки: контакторов, пускателей, катушек реле в качестве электронного выключателя. Это наиболее простая схема и модель, но работа конкретной модели сильно зависит от параметров подключаемой нагрузки.

Трехпроводных датчиков индуктивности

В трехпроводной схеме присутствует два вывода на питание самого индуктивного датчика, а третий, предназначен для подключения нагрузки к нему. По способу коммутации их подразделяют на PNP и NPN, первый вид коммутирует положительный вывод, откуда и происходит название, второй тип коммутирует отрицательный вывод.

Четырехпроводных датчиков индуктивности

По аналогии с предыдущим датчиком, четырехпроводный также использует два вывода 1 и 3 для получения питания. А вот 2 и 4 вывод используется для подключения нагрузки с той разницей, что коммутация для обеих нагрузок будет противоположной.

Пятипроводных датчиков индуктивности

В пятипроводном индуктивном датчике два вывода применяются для подачи напряжения на чувствительный элемент датчика, в рассматриваемом примере это 1 и 3. Два вывода 2 и 4 подают питание на разные нагрузки, а управляющий вывод 5 позволяет выбирать различные режимы работы и менять логику переключений.

Преимущества и недостатки

В сравнении с другими типами сенсорных устройств индуктивные датчики продолжают занимать весомую нишу, наращивая темпы внедрения в различные сферы промышленности и отрасли народного хозяйства. Такое частое применение объясняется рядом весомых преимуществ:

• высокая надежность за счет простой конструкции и отсутствия подвижных контактов;
• может функционировать как от бытовой сети, так и от специальных генераторов, преобразователей и прочих источников питания;
• способны обеспечивать значительную мощность на выходе — порядка нескольких десятков Ватт;
• характеризуются высокой чувствительностью в зоне измерения.

Но, вместе с тем, существуют и недостатки индуктивных датчиков, которые не позволяют использовать их повсеместно. Среди наиболее существенных минусов являются громоздкие размеры, не позволяющие монтировать их в любых устройствах. Также к недостаткам относится зависимость параметров работы от температурных и других факторов, вносящих поправку на точность.

Датчик движения. Принцип работы и классификация.

1. Основные типы датчиков движения
2. Инфракрасные (ИК)
3. Радиоволновые
4. Ультразвуковые (СВЧ)
5. Комбинированные
6. Детекторы движения встроенные в камеры наблюдения (программные)
7. Типичные ошибки при установке датчиков движения

Датчики движения применяются для фиксации проникновения на объекты или охраняемую территорию посторонних лиц. Чаще всего их применяют при построении охранных систем. Также их используют с целью автоматизации управления освещением или бытовой техникой владельцы квартир или домов при построении систем умного дома. На рынке представлено очень много различных датчиков движения. Внешне они имеют мало отличий, но по факту отличия есть.

Датчики движения классифицируют по способу установки. Различают следующие типы:

1. Настенный.
2. Потолочный.
3. Скрытый.
4. В розетке (совмещен с розеткой, умной розеткой).
5. В видеокамере (программное исполнение).

Основные характеристики:

• Дальность обнаружения.
• Высота установки.
• Пылевлагозащитная.
• Время отключения.
• Габариты.

Основные типы датчиков движения

Классификацией предусмотрено различие датчиков по типу применяемой в их работе длины волны. Датчики делят на:

Инфракрасные (ИК)

Чаще всего на рынке можно встретить именно эти датчики. Еще их называют пассивный инфракрасный детектор. Они не обнаруживают людей, объем, воздух и любые предметы, попадающие в поле зрения. Алгоритмы инфракрасного датчика позволяют осуществлять распознавание температуры тела, попадающего в поле его зрения. Инфракрасное излучение фокусируется на датчике особой оптической линзой, называемой линзой Френеля. Она концентрирует излучение на чувствительном полупроводниковом элементе. Температура определяемого тела должна быть выше, чем температура окружающей обстановки. Различие температур тела, попавшего в поле зрения датчика, и внешней среды способствует отклонению электрического потенциала от номинальных значений и обрабатывается чипом, установленным внутри датчика, по заранее настроенному алгоритму и инициирует запуск тревоги.

Чем больше линза в конкретно рассматриваемом устройстве, тем больше чувствительность датчика, а также шире зона его охвата. Чтобы датчик не реагировал на теплые, но статические объекты, оптическую систему делят на несколько отдельных лучей — зоны чувствительности датчика. Фиксация движения произойдет только в том случае, если подвижный объект будет пересекать последовательно более одной зоны. Передвижение с малой скоростью не всегда фиксируется датчиком.

Радиоволновые

Радиоволновой датчик движения функционирует по схожему алгоритму с ультразвуковым датчиком. Вместо звуковой частоты чип создает сверхвысокочастотное излучение, частота которого равна 2,5 ГГц. При появлении на участке распространения волны подвижного тела происходит изменение частоты и длинны волны, которое фиксируется приемником.

При этом прохождение радиоволн происходит без затруднений через не металлические конструкции. Им не мешают стены и мебель. Данный тип датчиков достаточно дорог. Их применяют для наблюдения за коммерческими крупными объектами.

Ультразвуковые (СВЧ)

В основе работы датчика движения ультразвукового типа лежит принцип звуковой локации. В них установлен специальный звуковой генератор, создающий колебания, частота которых равна от 20 до 40 Кгц. Такие звуки человек на слух не воспринимает, но, все звуковые волны, излученные источником, частично отражаются от поверхностей (часть поглощается) и возвращаются к источнику их излучения. В корпусе ультразвуковых датчиков установлен излучатель таких колебаний и микрофон, принимающий звуковой сигнал, отраженный от поверхностей. Излучатели приемника состоят из элементов пьезокерамики.

Согласно эффекту Доплера любой объект, попадающий в зону распространения потока распространения звуковых волн, искажает интерференционную картину. Когда происходит такой эффект частота отраженного от поверхности сигнала будет другой относительно излучаемой частоты — это и вызывает сработку датчика.

Комбинированные

Достаточно дорогие. Применяются во избежание ложных тревог. В один корпус производители устанавливают ИК и радиоволновой датчик. Такое решение ценится за высокую помехоустойчивость и надежность. При таком решении достигается минимальное количество ложных срабатываний.

Детекторы движения встроенные в камеры наблюдения (программные)

Датчик движения, установленный в камерах видеонаблюдения, никогда не заменит полноценную работу классических датчиков движения. Обнаружение движения происходит камерой на программном уровне. Видеокамера анализирует поток входящей информации, например, каждый пятый кадр и сопоставляет их. При резком изменении картинки камера понимает, что произошло движение. Такая реализация имеет место на существование, но даст больше ложных срабатываний, так как фиксацию движения камера может поймать даже при резком снижении уровня освещенности (выключение света). Настройки в камере поддаются корректировке, но это лишь частично исправляет ситуацию. Существует возможность выделения зон кадра, поиск движения в которых фиксироваться не будет. Это помогает лишь при попадании подвижного объекта в поле зрения кадра.

Типичные ошибки при установке датчиков движения

С каждым конкретным устройством в комплекте поставляется инструкция, в которой отражены технические характеристики изделия и рекомендуемые данные (схема) для установки датчика.

Наиболее частые ошибки при установке:

1. Не соблюдение требуемой высоты установки датчика. Пренебрежение данным параметром сильно сужает поле зрения прибора, вплоть до невозможности обнаружения движения.
2. Не учитывается тип пылевлагозащиты по стандартам IP. Не защищенный от влаги датчик устанавливается на улице или во влажном помещении.
3. Не соблюдается температурный режим работы. Как следствие запотевание линзы, либо чувствительного элемента, что приводит к ложным срабатываниям или выходу датчика из строя.

Как устроены и работают инфракрасные датчики движения

Инфракрасный датчик движения – это электронное устройство, способное реагировать на изменение интенсивности фонового теплового излучения в зоне его действия. Тепловым излучением обладают абсолютно любые объекты, а не только человек.

Если объект достаточного размера перемещается с достаточной скоростью, пересекая рабочую зону такого датчика, то происходит срабатывание, и датчик подает сигнал на электронную схему управления для выполнения того или иного действия тем или иным устройством. Таким устройством может быть как выключатель или регулятор освещенности помещения, так и охранная сигнализация, либо что-нибудь еще.

Очевидно, что такой инфракрасный датчик может быть применен для различных целей автоматизации, как в домашних условиях, так и на производственных и прочих предприятиях и объектах. Принципиально нет ограничений на области применения инфракрасных датчиков.

В основе конструкции инфракрасного датчика – пироприемники, служащие для распознавания инфракрасного излучения, и мультилинза, состоящая из множества мелких линз. Мультилинза внешне похожа на матовый цилиндр с мелким узором, нанесенным на его поверхность. Пироприемники расположены внутри корпуса датчика за мультилинзой.

Каждая маленькая линза (каждый сегмент мультилинзы) фокусирует инфракрасный свет на один из этих приемных элементов, благодаря чему создается конфигурация сфокусированных лучей, затем, когда объект (источник инфракрасного излучения) перемещается, инфракрасный свет падает уже на другую микролинзу, фокусируясь на другом пироприемнике.

Получается, что на пироприемник то подается сфокусированный инфракрасный свет, то – исчезает. Так обеспечивается условие для срабатывания электронной схемы датчика, подается электрический сигнал на блок обработки, и выполняется то или иное действие тем или иным устройством.

Ясно, что чем больше сегментов содержит мультилинза, тем чувствительней будет работать датчик, поскольку каждая микролинза работает со своим сегментом, охватывая собственную часть объема рабочего пространства, и при перемещении объекта внутри этого сегмента срабатывания не произойдет.

В конструкции инфракрасного датчика зачастую применяются сдвоенные или даже счетверенные пироэлементы, это делается для более точного срабатывания устройства, исключая незначительные световые помехи, вызываемые сменой температуры фона. Счетверенные пироэлементы (два сдвоенных), применяемые в самых последних моделях инфракрасных датчиков, полностью исключают ложные срабатывания.

При установке инфракрасного датчика движения следует соблюсти некоторые важные условия. Во-первых, на датчик не должен падать прямой свет от лампы, он будет мешать правильной работе. Во-вторых, в зоне действия датчика не должно быть никаких посторонних предметов, как то: подвесные светильники, люстры, колонны, высокие элементы мебели, и другие объекты, ограничивающие обзор датчика.

Стеклянные перегородки в зоне действия датчика также будут мешать, поскольку инфракрасный свет не проходит через стекло. Если мешающий предмет все же попадет в зону действия датчика, то это чревато возникновением так называемой «мертвой зоны», в которой перемещение фиксироваться не сможет просто в силу того, что инфракрасный свет не попадет на линзу датчика.

Главной характеристикой инфракрасного датчика движения является радиус обнаружения идущего человека. Радиус перемещения должен обязательно дотягиваться до углов помещения, а в случае, если этого не выходит, в помещении придется установить два или три таких датчика.

Каждый датчик обладает собственной круговой диаграммой обнаружения, и если одной такой диаграммы не достаточно для перекрытия всего пространства, например комнаты, придется установить несколько датчиков, чтобы их диаграммы обнаружения перехлестывались между собой, это обеспечит качество монтируемой системы автоматизации в целом.

Инфракрасные датчики движения бывают разными. Самые обычные модели реагируют на перемещение, но есть и более функциональные модели, расширяющие возможности для автоматизации.

Например, есть модели, могущие вести мониторинг освещенности, если движущийся человек присутствует в рабочей зоне. Когда света из окон достаточно, такой датчик может отключить искусственный свет, и включить его, когда начнет темнеть.

В таких датчиках есть возможность настройки такой чувствительности именно к свету. Особенно актуально это для подъездов домов, когда важно оптимизировать энергопотребление, включая свет только в темное время суток, или только тогда, когда по подъезду идет человек. Материальные расходы, благодаря такой автоматизированной системе могут быть существенно снижены.

Датчик перемещения

Бесконтактный датчик, также сенсорный выключатель (англ. proximity sensor ) — позиционный выключатель, срабатывающий без механического соприкосновения с подвижной частью (машины). Позиционный выключатель — автоматический выключатель цепей управления, механизм управления которого приводится в действие при достижении подвижной частью машины заданного положения. [1] [2]

Отсутствие механического контакта между воздействующим объектом и чувствительным элементом обеспечивает ряд специфических свойств устройства.

Содержание

• 1 Применение
  • 1.1 Промышленная автоматизация
• 2 Принцип действия
• 3 Инфракрасный датчик движения человека
  • 3.1 Применение
  • 3.2 Принцип работы датчика
• 4 Литература
• 5 Примечания

Применение

Ёмкостные бесконтактные датчики популярны в качестве клавиатур на бытовых приборах (например, варочных поверхностях). Их достоинства — единообразие дизайна, простота и дешевизна реализации, легкость герметизации.

Пирометрические бесконтактные датчики движения широко используются в системах охраны зданий.

Ультразвуковые датчики чаще всего можно встретить в системах помощи при парковке (парковочных радарах) автомобилей и в системах охраны территории.

Промышленная автоматизация

В промавтоматике бесконтактные датчики широко применяются:

• в качестве концевых датчиков в станкостроении (в основном индуктивные датчики);
• для регистрации (подсчёт, позиционирование, сортировка) предметов на конвейерах (применяются индуктивные и оптические датчики).

Для промавтоматики ГОСТом 26430-85 был введён термин «бесконтактный выключатель». Впоследствии ГОСТом Р 50030.5.2-99 термин заменён на «бесконтактный датчик» [3] . В настоящее время для данных изделий используются оба термина.

Принцип действия

• Ёмкостные выключатели бесконтактные. Измеряют ёмкость электрического конденсатора, в воздушный диэлектрик которого попадает регистрируемый объект. Используются в качестве бесконтактных («сенсорных») клавиатур и как датчики уровня жидкостей.
• Индуктивные выключатели бесконтактные. Измеряют параметры катушки индуктивности, в поле которой попадает регистрируемый металлический объект. Дальность регистрации типового промышленного датчика — от долей до единиц сантиметров. Характеризуются простотой, дешевизной и высокой стабильностью параметров. Широко применяются в качестве концевых датчиков станков.
• Оптические выключатели бесконтактные. Работают на принципе перекрытия луча света непрозрачным объектом. Дальность типовых промышленных датчиков — от долей до единиц метров. Широко применяются на конвейерных линиях как датчик наличия объекта, используются также для контроля пространственных характеристик предмета (высота, длина, ширина, глубина, диаметр) и подачи сигнала на управляемый механизм при достижении указанного порога. Специфическая разновидность — лазерные дальномеры.
• Ультразвуковые датчики. Работают на принципе эхолокации ультразвуком. Относительно дешевое решение позволяет измерять расстояние до объекта. Широко применяются в парктрониках автомобилей.
• Микроволновые датчики. Работают на принципе локации СВЧ излучением «на просвет» или «на отражение». Получили ограниченное распространение в системах охраны как датчики присутствия или движения.
• Магниточувствительные выключатели бесконтактные. Простая пара магнит — геркон или датчик Холла. Дешевы и просты в изготовлении. Широко применяются в системах контроля доступа и охраны зданий как датчики открывания дверей и окон.
• Пирометрические датчики. Регистрируют изменения фонового инфракрасного излучения. Получили широкое распространение в системах охраны зданий как датчики движения.

Инфракрасный датчик движения человека

Применение

• Автоматическое управление освещением
• Различные автоматизированные системы управления (АСУ)

Принцип работы датчика

Принцип работы основан на отслеживании уровня ИК-излучения в поле зрения датчика (как правило, пироэлектрического). Сигнал на выходе датчика монотонно зависит от уровня ИК излучения, усредненного по полю зрения датчика. При появлении человека (или другого массивного объекта с температурой большей, чем температура фона) на выходе пироэлектрического датчика повышается напряжение. Для того чтобы определить, движется ли объект, в датчике используется оптическая система — линза Френеля. Иногда вместо линзы Френеля используется система вогнутых сегментных зеркал. Сегменты оптической системы (линзы или зеркала) фокусируют ИК-излучение на пироэлементе, выдающем при этом электроимпульс. По мере перемещения источника ИК-излучения, оно улавливается и фокусируется разными сегментами оптической системы, что формирует несколько последовательных импульсов. В зависимости от установки чувствительности датчика, для выдачи итогового сигнала на пироэлемент датчика должно поступить 2 или 3 импульса.