Číslo projektu Číslo materiálu Název školy Autor Tematická oblast Ročník CZ.1.07/1.5.00/34.0581 VY_32_INOVACE_AUT-2.N-19-PYROELEKTRICKE SNIMACE Střední odborná škola a Střední odborné učiliště, Dubno Ing. Jiří Zinek Automatizace Nástavbové studium 2. ročník Datum tvorby 22. srpna 2012 Anotace Pyroelektrické snímače a infracitlivá prostorová pohybová čidla.čidla reagující na tepelné záření pohybujícího se člověka. Čidla používaná při zabezpečování objektů. Pokud není uvedeno jinak, použitý materiál je z vlastních zdrojů autora
Při pyroelektrickém jevu dochází k přímé přeměně tepelné energie na elektrickou energii. Při tomto jevu dochází k přeměně tepelné energie na elektrickou přímo v homogenní látce. Je to tedy jiný jev než termoelektrický kde dochází k přeměně tepelné energie na elektrickou na rozhraní dvou látek. Termoelektrický jev využívá pro svou funkci aktivní snímač na principu termočlánku.
Pyroelektrický jev je založen na natáčení elementárních elektrických dipólů vlivem tepla u některých látek. Vhodnou látkou je např. polyvinyldifluorid zkráceně PVDF. PVDF je termoplastická hmota, která je v případě pyroelektrického čidla použita ve formě tenké fólie (< 10μm). Vzhledem k malé tloušťce má tato fólie nepatrnou tepelnou kapacitu a proto i nepatrnou tepelnou setrvačnost. Teplota fólie se tedy rychle mění v souladu s teplotou okolí.
princip obr.1
Natáčení elementární dipólů ve hmotě PVDF vlivem teploty vede k přesunu elektrických dipólů ve fólii. Vlivem přesunu dipólů dojde ke vzniku napětí na přiložených elektrodách. Elektrický signál je z pyroelektrického čidla veden na vysokoohmový vstup operačního zesilovače. Samotné čidlo nelze přímo proudově zatížit. V případě velkého nárůstu teploty nad běžně sledovaný rozsah je vstup zesilovače chráněn dvěma diodami
V případě velkého nárůstu teploty nad běžně sledovaný rozsah je vstup zesilovače chráněn dvěma diodami, které signál v případě,vysokého nárůstu zkratují. Pohybuje li se signál v běžných mezích ke zkratování nedochází.
Infracitlivé prostorové pohybové čidlo princip obr.2
Infracitlivé prostorové pohybové čidlo Infracitlivé prostorové pohybové čidlo obsahuje dva pyroelektrické snímače PVDF a reaguje na tepelné záření např. lidského těla. Pro zvýšení citlivosti je jeden snímač PVDF umístěn v ohnisku paraboly čidla. Žaluziová clona čidla zabraňuje proniknutí rozptýlené záření z bočních směrů do prostoru paraboly čidla a určuje také směrovou charakteristiku čidla.
Infracitlivé prostorové pohybové čidlo jeho směrová charakteristika obr.3
Infracitlivé prostorové pohybové čidlo Žaluziová clona čidla zabraňuje průniku rozptýleného okolního záření z bočních směrů do prostoru paraboly čidla. Clona také svojí konstrukcí určuje směrovou charakteristiku prostorového čidla.
Infracitlivé prostorové pohybové čidlo Pozvolné změny teploty v místnosti jsou kompenzovány druhým referenčním PVDF snímačem umístěným mimo ohnisko paraboly. Referenční snímač je zapojen tak, aby se jeho výstupní napětí odečítalo od snímače umístěného v ohnisku paraboly.
Úprava signálu infracitlivého prostorového pohybového čidla obr.4
Úprava signálu infracitlivého prostorového pohybového čidla Pásmová propust na výstupu ze snímače zadrží signály reagující na velmi pomalé změny (např. pohyb slunce během dne po místnosti a tím způsobený ohřev předmětů) a na velmi rychlé změny (např. rozsvícení žárovky v místnosti). Čidlo tedy reaguje jen na změny odpovídající svojí rychlostí pohybu člověka.
Úprava signálu infracitlivého prostorového pohybového čidla Šířkový diskriminátor potlačí pulzy příliš malé šířky odpovídající malému zdroji tepla (např. kočce) a pulzy příliš velké šířky odpovídající příliš velkému zdroji tepla (např. osvítí-li náhle místnost slunce vyšlé zpoza mraků). Infracitlivá prostorová čidla jsou také nazývána PIR hlásiči. PIR hlásiče jsou součástí zabezpečovacích systémů.
Použitá literatura: HABERLE, H., B. GRIMM, G. HABERLE, W. PHILIPP, W. SHLEER, B. SCHLIEMANN, D. SCHNELL a D. SCHMID. Průmyslová elektrotechnika a informační technologie. Vydání první. Praha: Europa- Sobotáles, 2003. Technické vědy: TS 05, DT 621.3. ISBN 80-86706-04-4. TKOTZ, K., P. BASTIEN, H. BUMILLER, M. BURGMAIER, W. EICHLER, F. HUBER, N. JAUFMANN, J. MANDERLE, O. SPIELVOGEL, U. WINTER a K. ZIEGLER. Příručka pro elektrotechnika. 2. doplněné vydání. Praha: Europa-Sobotáles, 2010. technické vědy: TS 05, DT 621.3/075.3. ISBN 80-86706-13-3. včetně obr.1-4