Détecteurs de sécurité infrarouges. Détecteurs de mouvement IR passifs

Un capteur de mouvement est un appareil qui vous permet d'identifier tout mouvement dans votre zone de responsabilité. Le niveau logique de l’électronique numérique est généralement utilisé comme signal de réponse. De ce fait, il devient possible de détecter la présence de mouvement dans le cadre des systèmes d'alarme, d'éclairage, de contrôle automatique des portes, etc.

Types et principes de fonctionnement des capteurs de mouvement

Capteurs de mouvement infrarouge passif

Dans la littérature nationale, on parle souvent de capteurs de mouvement infrarouges passifs (PIR). Cette catégorie de produits présente un certain nombre d'inconvénients. Généralement, un capteur infrarouge passif fonctionne sur la base de l’effet pyroélectrique : il détecte la chaleur à distance. En règle générale, les développeurs s'adaptent à la température du corps humain et captent des ondes infrarouges moyennes de l'ordre de 10 microns. C'est bien inférieur au rayonnement visible, je me souviens du film avec la participation du grand Arnie et de la chasse au prédateur. Le système sensoriel de l'extraterrestre a réagi aux vagues de chaleur.

Pour cette raison, le capteur infrarouge passif peut être trompé. Ceux-ci ne sont pas utilisés dans les systèmes d’alarme sérieux. Le capteur de mouvement pyroélectrique contient un cristal qui convertit longueur spécifiée vagues dans charge électrique. Pour éliminer les interférences à l'entrée, il existe un filtre en forme de lentille en silicone. Il limite considérablement le spectre du rayonnement entrant, par exemple de 7 à 15 microns, réduisant ainsi le niveau d'interférence externe.

En règle générale, le système se compose de deux parties afin d'enregistrer simultanément l'arrière-plan externe. La fenêtre de la puce qui transmet le rayonnement est divisée en deux parties équivalentes, chacune étant opposée au centre. En conséquence, s’il y a un corps chaud en mouvement dans le champ de vision de la fenêtre, la différence deviendra immédiatement évidente. Les développeurs assurent que, grâce aux lentilles de Fresnel, une puissance d'environ 1 μW suffit pour obtenir une réponse. À la lumière de ce qui précède, la plupart des capteurs de mouvement infrarouges passifs nécessitent du temps et une formation. Pendant une courte période, aucun objet en mouvement ne doit pénétrer dans le champ de vision des lentilles.

La période dure jusqu'à une minute, il est alors permis d'utiliser le capteur de mouvement. Le principe de transmission du signal varie. En règle générale, un fabricant produit un capteur et un contrôleur multifonctionnel correspondant au sein d'une série de microcircuits, avec pour tâche de travailler avec le type d'équipement qui l'accompagne. Cela permet de créer des systèmes complexes. Le niveau correspond, par exemple, à une unité logique CMOS, ou produit une série d'impulsions d'une fréquence spécifiée. On connaît des capteurs infrarouges passifs, avec la possibilité de configurer ce paramètre, ce qui rend les puces plus flexibles.

Il y a un amplificateur à l'intérieur pour générer la réponse souhaitée. Cela nécessite une alimentation externe. Le schéma des connecteurs est extrêmement simple :

Jambe de puissance.
Mise à la terre (circuit zéro).
Sortie de signal d'information.

Inconvénients des capteurs de mouvement infrarouges passifs

Toute personne compétente en électronique connaît les inconvénients des capteurs décrits ci-dessus : le rayonnement est facilement masqué. Il suffit de placer un objet solide dans le champ de vision du capteur pour perturber le fonctionnement du système. Le rayonnement thermique n'atteindra plus l'élément sensible. Une personne habillée, par exemple, génère une réponse beaucoup plus faible.

De plus, la portée est limitée. Déterminé par la sensibilité de l'élément et la force du rayonnement thermique de l'objet. Dans la plupart des cas, quelques mètres seulement, ce qui impose des restrictions d'utilisation.

La température du milieu est d'une grande importance : à mesure qu'elle diminue, la courbe de température commence à baisser sur l'échelle de fréquence, déformant ainsi la sensibilité du capteur. L'option selon laquelle la première fenêtre du capteur donne sur la rue et la seconde sur la pièce est considérée comme controversée. Il faut se fier aux recommandations du fabricant concernant les conditions d’utilisation.

Interrupteurs laser

Les capteurs laser sont célèbres dans les films sur les banques d’argent. Il s'agit d'une technique permettant de fixer le mouvement sur une ligne droite. La source de rayonnement et le récepteur sont placés l'un en face de l'autre. Lorsqu'un objet s'interpose entre eux, un signal d'alarme est généré. Le laser est parfois invisible, l'utilisation de bidons spéciaux de gaz qui brillent sous l'influence des rayons infrarouges ou ultraviolets n'est pas une invention des cinéastes. Le phénomène de luminescence est utilisé pour déterminer la localisation de chemins invisibles.

À mesure que la longueur d’onde augmente, les propriétés directionnelles du rayonnement diminuent fortement et les bandes radio ne sont plus utilisées comme rayons. Quant aux hautes fréquences, qui peuvent traverser des obstacles comme les rayons X, elles ne sont pas adaptées à leur utilisation pour des raisons évidentes.

Capteurs basés sur l'effet Doppler

Le groupe comprend deux familles distinctes : les capteurs de mouvement à ultrasons et à micro-ondes. Le principe de fonctionnement est basé sur un seul effet. Doppler a découvert le phénomène en 1842 en observant des systèmes étoiles doubles et d'autres corps célestes. Trois ans plus tard, Beuys-Ballot démontre qu'un déplacement du spectre est également observé pour les sources sonores.

Tout habitant de la capitale et les habitants des autres grandes villes remarqué que le sifflement d'un train qui approche est plus fort que celui d'un train qui part. Ainsi, une personne plus ou moins douée musicalement est capable de déterminer si un train s'approche du quai ou s'il s'enfuit. C'est l'effet Doppler : toute onde émise par un objet est perçue par un observateur stationnaire en fonction de la vitesse relative du mouvement. L'ampleur du déplacement du spectre dépend de la vitesse.

L’étoile en retrait semble un peu plus froide qu’elle ne l’est en réalité : le spectre se déplacera vers le bas de l’échelle des fréquences. Au contraire, la couleur de celui qui s'approche semble plus chaude. Un effet similaire est observé dans n'importe quelle gamme : radio, son et autres. Les lecteurs ont déjà deviné comment fonctionnent les capteurs à effet Doppler. Une vibration ultrasonique ou radiofréquence est émise dans l’air et une réponse est captée. En présence d'objets en mouvement, l'image change radicalement : au lieu d'une onde émise homogène, une multitude de fréquences différentes de celle d'origine sont reçues.

L'avantage de la méthode : le rayonnement contourne facilement les obstacles ou les traverse. Mais le mouvement est enregistré par rapport à tous les objets, y compris les objets inanimés. La température corporelle n'a pas d'importance. Les caractéristiques de fonctionnement du système dépendent de la fréquence de rayonnement. Par exemple, l'utilisation de la gamme radio est largement interdite. De petites fenêtres sont laissées, éditées par un comité d'État spécial. L'échographie n'a aucune restriction, mais elle est nocive pour l'audition humaine (même si elle n'est pas directement ressentie). Par exemple, les répulsifs pour chiens et cafards fonctionnent dans la plage spécifiée.

Ainsi, les capteurs de mouvement à ultrasons et RF sont beaucoup plus difficiles à protéger.

Capteurs de mouvement tomographiques

Le mot ressemble à un équipement médical ; selon les développeurs, il signifie la présence d'une grille d'émetteurs actifs dans le système. Le complexe fonctionne dans la bande autorisée de 2,4 Hz, où fonctionnent les modems WiFi, les fours à micro-ondes et un certain nombre d'appareils. Ce qui impose immédiatement des restrictions : le système est censé limiter l'utilisation des produits listés ci-dessus.

L'effet est basé sur l'absorption bien connue du rayonnement de 2,4 Hz par les molécules d'eau. Le liquide le plus répandu sur la planète pénètre en abondance dans le corps d'un être vivant, permettant ainsi de construire une image à l'intérieur. Les ondes de 2,4 Hz traversent relativement facilement les murs et il est possible de couvrir des zones relativement vastes et de configuration complexe. Un réseau d'émetteurs-récepteurs, semblable à des points d'accès WiFi, est installé au sol.

Un système informatique complexe analyse la répartition des champs. Cela implique une étape de formation au cours de laquelle les conditions de propagation des ondes dans une pièce particulière sont évaluées. À l'avenir, grâce à des algorithmes spéciaux, le système sera capable d'indiquer l'emplacement de n'importe quel corps dans l'espace. Il est également possible de détecter des corps vivants immobiles. Lorsqu'une forme de vie biologique pénètre dans la zone d'action des vagues, leur force commence à s'estomper selon certaines lois. L'énergie est convertie en chaleur, comme cela se produit dans un four à micro-ondes. En conséquence, il devient possible de générer un signal d'alarme.

Les émetteurs ne sont pas dangereux pour l'homme et la puissance de fonctionnement est réglementée conformément à la loi. L'administrateur local est invité, à partir d'une certaine taille, à enregistrer le système de la manière prescrite. Les capteurs sont plus chers que les autres présentés dans la revue. Les Doppler coûtent également cher.

Des caméras vidéo comme capteurs

Aujourd'hui la plupart de les caméras vidéo numériques détectent l'option de capture de mouvement. Il devient possible d'enregistrer un signal sur l'enregistreur et de générer une alarme de la manière prescrite. Le capteur est tout à fait suffisant pour les besoins de l'organisation. Le processus d'inscription, le début et la fin de l'enregistrement de l'événement sont déterminés par les capacités de l'équipement individuel.

Un gros avantage du système est la capacité de fonctionner automatiquement et la possibilité d'enregistrer les actions illégales si nécessaire. Le seul obstacle est considéré comme la loi sur la vie privée des citoyens. Il est proposé de distinguer clairement les actions illégales des autres. Et ne diffusez pas les informations reçues en violation de la loi.

Pour travailler dans l'obscurité, des enregistreurs infrarouges sont utilisés avec un éclairage indispensable du paysage environnant. Il existe des tutoriels sur Internet qui suggèrent de créer un enregistreur infrarouge à partir d'un viseur d'appareil photo pour la photographie de nuit. Le rétroéclairage est assemblé sur la base de diodes infrarouges classiques. Dans ce cas, la portée de prise de vue dépend grandement de la puissance des rayons infrarouges. À des fins d'amplification, il est recommandé d'utiliser des réflecteurs.

Utiliser des capteurs de mouvement

Souvent, l’utilisation de capteurs de mouvement se heurte à certaines limites. Les capteurs infrarouges passifs sont les plus simples à cet égard, leur utilisation n'est en aucun cas standardisée. Là où commencent les ultrasons et les ondes radio, il est proposé de calculer soigneusement les conséquences. Les lasers ne sont pas sûrs, l'étiquette d'avertissement sur une imprimante laser n'est pas une blague. Un rayonnement cohérent ne brûle pas plus la rétine que le papier, provoquant des blessures graves.

Les systèmes permettant de détecter la présence de fumée dans une pièce sont étroitement liés aux capteurs de mouvement. Dans ce cas, les phénomènes de modification des conditions de passage du rayonnement, ainsi que l'effet Doppler, sont utilisés. Les méthodes purement chimiques sont assez rares.

Les capteurs de mouvement sont utilisés dans les systèmes :

alarme et sécurité;
commandes de portes;
complexes de divertissement;
éclairage.

La gamme d'applications ne dépend que de l'imagination des auteurs, c'est pourquoi les fabricants étrangers produisent des systèmes intégrés capables de les intégrer dans des systèmes plus complexes. Ainsi, pour couvrir une certaine zone, il est permis d'assembler un ensemble de capteurs à la manière d'un constructeur. Les systèmes tomographiques offrent la plus grande flexibilité à cet égard, mais ils sont également plus coûteux. Les capteurs infrarouges les plus simples sont plus adaptés au contrôle d'objets individuels, par exemple des portes.

Actuellement, les détecteurs infrarouges électro-optiques (IR) passifs occupent une position de leader dans le choix de protéger les locaux contre les intrusions non autorisées dans les installations de sécurité. L’esthétique, la facilité d’installation, de configuration et de maintenance leur donnent souvent la priorité sur les autres moyens de détection.

Les détecteurs infrarouges optiques-électroniques (IR) passifs (ils sont souvent appelés capteurs de mouvement) détectent le fait de pénétration humaine dans la partie protégée (contrôlée) de l'espace, génèrent un signal d'alarme et, en ouvrant les contacts du relais exécutif (surveillance relais de la station), transmettre un signal « alarme » à l'équipement d'alerte. Les dispositifs terminaux (TD) des systèmes de transmission de notification (TPS) ou un panneau de commande d'alarme incendie (PPKOP) peuvent être utilisés comme moyens d'avertissement. À leur tour, les appareils mentionnés ci-dessus (UO ou Control Panel) selon diverses chaînes les transmissions de données transmettent la notification d'alarme reçue à la station centrale de surveillance (MSC) ou à la console de sécurité locale.

Le principe de fonctionnement des détecteurs IR optiques-électroniques passifs est basé sur la perception des changements du niveau de rayonnement infrarouge du fond de température, dont les sources sont le corps humain ou les petits animaux, ainsi que toutes sortes d'objets dans leur domaine. de vision.

Le rayonnement infrarouge est de la chaleur émise par tous les corps chauffés. Dans les détecteurs IR optiques-électroniques passifs rayonnement infrarouge tombe sur la lentille de Fresnel, après quoi elle est focalisée sur un pyroélément sensible situé sur l'axe optique de la lentille (Fig. 1).

Les détecteurs IR passifs reçoivent des flux d'énergie infrarouge provenant d'objets et sont convertis par un récepteur pyroélectrique en un signal électrique, qui est envoyé via un amplificateur et un circuit de traitement du signal à l'entrée du pilote d'alarme (Fig. 1)1.

Pour qu'un intrus soit détecté par un capteur IR passif, les conditions suivantes doivent être remplies :

Les capteurs IR passifs se composent de trois éléments principaux :

Système optique

Selon la conception de la lentille de Fresnel, les détecteurs IR optiques-électroniques passifs ont différentes dimensions géométriques de l'espace contrôlé et peuvent être soit avec une zone de détection volumétrique, soit avec une zone de détection surfacique ou linéaire. La portée de ces détecteurs varie de 5 à 20 m. Apparence Ces détecteurs sont représentés sur la Fig. 2.

Système optique

Les capteurs IR modernes se caractérisent par une grande variété de diagrammes de rayonnement possibles. La zone de sensibilité des capteurs IR est un ensemble de rayons de configurations diverses divergeant du capteur dans des directions radiales dans un ou plusieurs plans. Du fait que les détecteurs IR utilisent des récepteurs pyroélectriques doubles, chaque faisceau dans le plan horizontal est divisé en deux :

La zone de sensibilité du détecteur peut ressembler à :

La variété et la configuration complexe des formes de la zone sensible sont principalement dues aux facteurs suivants :

Il convient de s'attarder plus en détail sur l'exigence d'une sensibilité uniforme. Le signal à la sortie du détecteur pyroélectrique, toutes choses égales par ailleurs, est d'autant plus élevé que le degré de chevauchement de l'intrus dans la zone de sensibilité du détecteur est important et que la largeur du faisceau et la distance au détecteur sont faibles. Pour détecter un intrus à une grande distance (10...20 m), il est souhaitable que la largeur du faisceau dans le plan vertical ne dépasse pas 5°...10° ; dans ce cas, la personne bloque presque complètement le faisceau. , ce qui garantit une sensibilité maximale. À des distances plus courtes, la sensibilité du détecteur dans ce faisceau augmente considérablement, ce qui peut conduire à de fausses alarmes, par exemple de la part de petits animaux. Pour réduire la sensibilité inégale, on utilise des systèmes optiques qui forment plusieurs faisceaux obliques, tandis que le détecteur IR est installé à une hauteur supérieure à la hauteur humaine. La longueur totale de la zone de sensibilité est ainsi divisée en plusieurs zones, et les faisceaux « les plus proches » du détecteur sont généralement élargis pour réduire la sensibilité. Cela garantit une sensibilité presque constante à distance, ce qui, d'une part, contribue à réduire les fausses alarmes et, d'autre part, augmente la capacité de détection en éliminant les zones mortes à proximité du détecteur.

Lors de la construction de systèmes optiques de capteurs IR, les éléments suivants peuvent être utilisés :

En règle générale, chaque segment de la lentille de Fresnel forme son propre faisceau du diagramme de rayonnement. L'utilisation de technologies modernes de fabrication de lentilles permet d'assurer une sensibilité quasi constante du détecteur pour tous les faisceaux grâce à la sélection et à l'optimisation des paramètres de chaque segment de lentille : surface du segment, angle d'inclinaison et distance au récepteur pyro, transparence, réflectivité, degré de défocalisation. DANS Dernièrement La technologie de fabrication de lentilles de Fresnel à géométrie complexe et précise est maîtrisée, ce qui permet une augmentation de 30 % de l'énergie collectée par rapport aux lentilles standards et, par conséquent, une augmentation du niveau de signal utile d'une personne à longue distance. Le matériau à partir duquel les lentilles modernes sont fabriquées protège le récepteur pyro de la lumière blanche. Un fonctionnement insatisfaisant du capteur IR peut être provoqué par des effets tels que des flux de chaleur résultant de l'échauffement des composants électriques du capteur, des insectes tombant sur des détecteurs pyroélectriques sensibles, d'éventuelles réflexions du rayonnement infrarouge provenant de pièces internes détecteur. Pour éliminer ces effets dans les capteurs IR dernière génération une chambre étanche spéciale est utilisée entre la lentille et le pyro-récepteur (optique scellée), par exemple dans les nouveaux capteurs IR de PYRONIX et C&K. Selon les experts, les lentilles de Fresnel de haute technologie modernes ne sont pratiquement pas inférieures en termes de caractéristiques optiques à celles des optiques à miroir.

L'optique à miroir en tant que seul élément d'un système optique est assez rarement utilisée. Les capteurs IR à optique miroir sont produits par exemple par SENTROL et ARITECH. Les avantages de l'optique à miroir sont la possibilité d'une mise au point plus précise et, par conséquent, d'une sensibilité accrue, ce qui vous permet de détecter un intrus sur de longues distances. L'utilisation de plusieurs miroirs de forme spéciale, notamment multisegments, permet d'assurer une sensibilité à distance quasi constante, et cette sensibilité à longue distance est d'environ 60 % supérieure à celle des simples lentilles de Fresnel. Grâce à l'optique à miroir, il est plus facile de protéger la zone proche située directement sous le site d'installation du capteur (dite zone anti-sabotage). Par analogie avec les lentilles de Fresnel remplaçables, les capteurs IR à optique miroir sont équipés de masques miroir amovibles remplaçables dont l'utilisation permet de sélectionner la forme souhaitée de la zone de sensibilité et permet d'adapter le capteur aux différentes configurations des locaux protégés .

Les détecteurs IR modernes de haute qualité utilisent une combinaison de lentilles de Fresnel et d'optiques à miroir. Dans ce cas, des lentilles de Fresnel sont utilisées pour former une zone de sensibilité à moyenne distance, et des optiques à miroir sont utilisées pour former une zone anti-effraction sous le capteur et offrir une très longue distance de détection.

Récepteur pyro :

Le système optique concentre le rayonnement IR sur un récepteur pyroélectrique qui, dans les capteurs IR, utilise un convertisseur pyroélectrique à semi-conducteur ultra-sensible capable d'enregistrer une différence de plusieurs dixièmes de degré entre la température du corps d'une personne et celle de l'environnement. Le changement de température est converti en un signal électrique qui, après un traitement approprié, déclenche une alarme. Les capteurs IR utilisent généralement des pyroéléments doubles (différentiels, DUAL). Cela est dû au fait qu'un seul pyroélément réagit de la même manière à tout changement de température, quelle que soit sa cause - le corps humain ou, par exemple, le chauffage d'une pièce, ce qui entraîne une augmentation de la fréquence des faux bruits. alarmes. Dans un circuit différentiel, le signal d'un pyroélément est soustrait d'un autre, ce qui permet de supprimer considérablement les interférences associées aux changements de température de fond, ainsi que de réduire considérablement l'influence de la lumière et des interférences électromagnétiques. Le signal d'une personne en mouvement n'apparaît à la sortie du double élément pyroélectrique que lorsque la personne traverse le faisceau de la zone de sensibilité et est un signal bipolaire presque symétrique, de forme proche de la période d'une sinusoïde. Pour cette raison, le faisceau lui-même d'un élément pyroélectrique double est divisé en deux dans le plan horizontal. Dans les derniers modèles de capteurs IR, afin de réduire davantage la fréquence des fausses alarmes, des pyroéléments quadruples (QUAD ou DOUBLE DUAL) sont utilisés - il s'agit de deux capteurs pyroélectriques doubles situés dans un capteur (généralement placés l'un au-dessus de l'autre). Les rayons d'observation de ces pyro-récepteurs sont différents, et donc une source thermique locale de fausses alarmes ne sera pas observée dans les deux pyro-récepteurs en même temps. Dans ce cas, la géométrie de placement des pyro-récepteurs et de leur circuit de connexion est sélectionnée de manière à ce que les signaux provenant d'une personne soient de polarité opposée et que les interférences électromagnétiques provoquent des signaux dans deux canaux de même polarité, ce qui conduit à la suppression de ce type d'interférence. Pour les pyroéléments quadruples, chaque faisceau est divisé en quatre (voir Fig. 2), et donc la distance de détection maximale lors de l'utilisation de la même optique est environ réduite de moitié, car pour une détection fiable, une personne doit, avec sa taille, bloquer les deux faisceaux de deux pyroéléments détecteurs. La distance de détection des pyroéléments quadruples peut être augmentée en utilisant une optique de précision qui forme un faisceau plus étroit. Une autre façon de corriger dans une certaine mesure cette situation est l'utilisation de pyroéléments à géométrie complexe entrelacée, que la société PARADOX utilise dans ses capteurs.

Bloc de traitement du signal

L'unité de traitement du signal du récepteur pyro doit assurer une reconnaissance fiable d'un signal utile provenant d'une personne en mouvement sur fond d'interférences. Pour les capteurs IR, les principaux types et sources d’interférences pouvant provoquer de fausses alarmes sont :

L'identification par l'unité de traitement d'un signal utile sur fond d'interférences est basée sur une analyse des paramètres du signal en sortie du détecteur pyroélectrique. Ces paramètres sont la taille du signal, sa forme et sa durée. Le signal d'une personne traversant le faisceau de la zone de sensibilité du capteur IR est un signal bipolaire presque symétrique dont la durée dépend de la vitesse de déplacement de l'intrus, de la distance au capteur, de la largeur du faisceau, et peut être environ 0,02...10 s avec une plage de vitesses de déplacement enregistrée de 0,1...7 m/s. Les signaux parasites sont pour la plupart asymétriques ou ont une durée différente des signaux utiles (voir Fig. 3). Les signaux représentés sur la figure sont très approximatifs, en réalité tout est beaucoup plus compliqué.

Le paramètre principal analysé par tous les capteurs est l’amplitude du signal. Dans les capteurs les plus simples, ce paramètre enregistré est le seul, et son analyse s'effectue en comparant le signal avec un certain seuil, qui détermine la sensibilité du capteur et affecte la fréquence des fausses alarmes. Afin d'augmenter la résistance aux fausses alarmes, des capteurs simples utilisent une méthode de comptage d'impulsions, qui compte combien de fois le signal a dépassé le seuil (c'est-à-dire, en substance, combien de fois l'intrus a traversé le faisceau ou combien de faisceaux il a traversé). Dans ce cas, une alarme n'est pas émise au premier dépassement du seuil, mais seulement si, dans un certain temps, le nombre de dépassements devient supérieur à une valeur spécifiée (généralement 2...4). L'inconvénient de la méthode de comptage d'impulsions est la détérioration de la sensibilité, particulièrement visible pour les capteurs dotés d'une zone de sensibilité telle qu'un simple rideau, etc., lorsqu'un intrus ne peut traverser qu'un seul faisceau. En revanche, lors du comptage des impulsions, de fausses alarmes sont possibles en raison d'interférences répétées (par exemple électromagnétiques ou vibratoires).

Dans les capteurs plus complexes, l'unité de traitement analyse la bipolarité et la symétrie de la forme du signal issu de la sortie du récepteur pyroélectrique différentiel. La mise en œuvre spécifique d’un tel traitement et la terminologie utilisée pour y faire référence1 peuvent varier d’un fabricant à l’autre. L'essence du traitement consiste à comparer un signal avec deux seuils (positif et négatif) et, dans certains cas, à comparer l'amplitude et la durée de signaux de polarités différentes. Une combinaison de cette méthode avec un comptage séparé des dépassements de seuils positifs et négatifs est également possible.

L'analyse de la durée des signaux peut être réalisée soit par une méthode directe de mesure du temps pendant lequel le signal dépasse un certain seuil, soit dans le domaine fréquentiel en filtrant le signal issu de la sortie du récepteur pyro, notamment à l'aide d'un « flottant ", en fonction de la plage d'analyse de fréquence.

Un autre type de traitement destiné à améliorer les performances des capteurs IR est la compensation thermique automatique. Dans la plage de température ambiante de 25°C...35°C, la sensibilité du récepteur pyro diminue en raison d'une diminution du contraste thermique entre le corps humain et l'arrière-plan ; avec une nouvelle augmentation de la température, la sensibilité augmente à nouveau , mais « avec le signe opposé ». Dans les circuits de compensation thermique dits « classiques », la température est mesurée, et lorsqu'elle augmente, le gain est automatiquement augmenté. La compensation « vraie » ou « bidirectionnelle » prend en compte l'augmentation du contraste thermique pour des températures supérieures à 25°C...35°C. L'utilisation d'une compensation automatique de température garantit une sensibilité presque constante du capteur IR sur une large plage de température.

Les types de traitement répertoriés peuvent être effectués par des moyens analogiques, numériques ou combinés. Les capteurs IR modernes utilisent de plus en plus des méthodes de traitement numérique utilisant des microcontrôleurs spécialisés avec des CAN et des processeurs de signal, ce qui permet un traitement détaillé de la structure fine du signal pour mieux le distinguer du bruit de fond. Récemment, des rapports ont fait état du développement de capteurs IR entièrement numériques qui n'utilisent aucun élément analogique.
Comme on le sait, en raison du caractère aléatoire des signaux utiles et interférents, les meilleurs algorithmes de traitement sont ceux basés sur la théorie des solutions statistiques.

Autres éléments de protection pour détecteurs IR

Les capteurs IR destinés à un usage professionnel utilisent des circuits dits anti-masquage. L'essence du problème est que les capteurs infrarouges conventionnels peuvent être désactivés par un intrus en collant d'abord (lorsque le système n'est pas armé) ou en peignant sur la fenêtre d'entrée du capteur. Pour lutter contre cette méthode de contournement des capteurs IR, des systèmes anti-masquage sont utilisés. La méthode est basée sur l'utilisation d'un canal de rayonnement IR spécial, qui se déclenche lorsqu'un masque ou un obstacle réfléchissant apparaît à une courte distance du capteur (de 3 à 30 cm). Le circuit anti-masquage fonctionne en continu pendant que le système est désarmé. Lorsque le fait de masquage est détecté par un détecteur spécial, un signal à ce sujet est envoyé du capteur à la centrale, qui n'émet cependant pas d'alarme jusqu'au moment d'armer le système. C'est à ce moment que l'opérateur recevra des informations sur le masquage. De plus, si ce masquage est accidentel (gros insecte, apparition d'un gros objet pendant un certain temps à proximité du capteur, etc.) et qu'au moment du déclenchement de l'alarme, il s'est dissipé, le signal d'alarme n'est pas émis.

Un autre élément de sécurité dont sont équipés presque tous les détecteurs IR modernes est un capteur d'effraction à contact, qui signale une tentative d'ouverture ou d'effraction du boîtier du capteur. Les relais des capteurs d'auto-surveillance et de masquage sont connectés à une boucle de sécurité distincte.

Pour éliminer le déclenchement du capteur IR par les petits animaux, soit des lentilles spéciales avec une zone morte (Pet Alley) allant du niveau du sol à une hauteur d'environ 1 m sont utilisées, soit des méthodes spéciales de traitement du signal sont utilisées. Il convient de noter qu'un traitement spécial du signal permet d'ignorer les animaux uniquement si leur poids total ne dépasse pas 7...15 kg et s'ils ne peuvent pas s'approcher du capteur à moins de 2 m. Ainsi, s'il y a un chat sauteur dans une zone protégée, alors une telle protection ne sera pas utile.

Pour se protéger contre les interférences électromagnétiques et radio, un montage en surface dense et un blindage métallique sont utilisés.

Installation de détecteurs

Les détecteurs IR optiques-électroniques passifs présentent un avantage remarquable par rapport aux autres types de dispositifs de détection. Il est facile à installer, à configurer et à entretenir. Les détecteurs de ce type peuvent être installés soit sur une surface plane d'un mur porteur, soit dans le coin d'une pièce. Il y a des détecteurs qui sont placés au plafond.

Un choix compétent et une utilisation tactiquement correcte de tels détecteurs sont la clé d'un fonctionnement fiable de l'appareil et de l'ensemble du système de sécurité dans son ensemble !

Lors du choix des types et du nombre de capteurs pour assurer la protection d'un objet particulier, il convient de prendre en compte les itinéraires et méthodes de pénétration possibles d'un intrus, le niveau requis de fiabilité de détection ; les coûts d'acquisition, d'installation et d'exploitation des capteurs ; caractéristiques de l'objet ; caractéristiques tactiques et techniques des capteurs. Une caractéristique des capteurs passifs IR est leur polyvalence - grâce à leur utilisation, il est possible d'empêcher l'approche et l'entrée d'une grande variété de pièces, de structures et d'objets : fenêtres, vitrines, comptoirs, portes, murs, plafonds, cloisons, coffres-forts et objets individuels. , couloirs, volumes des pièces. De plus, dans certains cas, un grand nombre de capteurs ne sera pas nécessaire pour protéger chaque structure ; il peut suffire d'utiliser un ou plusieurs capteurs avec la configuration de zone de sensibilité requise. Jetons un coup d'œil à certaines des fonctionnalités de l'utilisation des capteurs IR.

Principe généralà l'aide de capteurs IR - les rayons de la zone de sensibilité doivent être perpendiculaires à la direction de mouvement prévue de l'intrus. L'emplacement d'installation du capteur doit être choisi de manière à minimiser les zones mortes causées par la présence de gros objets dans la zone protégée qui bloquent les poutres (par exemple, meubles, plantes d'intérieur). Si les portes de la pièce s'ouvrent vers l'intérieur, vous devriez envisager la possibilité de masquer l'intrus avec des portes ouvertes. Si les points morts ne peuvent pas être éliminés, plusieurs capteurs doivent être utilisés. Lors du blocage d'objets individuels, le ou les capteurs doivent être installés de manière à ce que les rayons de la zone de sensibilité bloquent toutes les approches possibles des objets protégés.

La plage de hauteurs de suspension autorisées spécifiée dans la documentation (minimum et hauteur maximale). Ceci s'applique particulièrement aux diagrammes de rayonnement avec faisceaux inclinés : si la hauteur de suspension dépasse le maximum admissible, cela entraînera une diminution du signal de la zone lointaine et une augmentation de la zone morte devant le capteur, mais si la hauteur de suspension est inférieur au minimum autorisé, cela entraînera une diminution de la portée de détection tout en réduisant simultanément la zone morte sous le capteur.

1. Les détecteurs avec une zone de détection volumétrique (Fig. 3, a, b) sont généralement installés dans le coin de la pièce à une hauteur de 2,2 à 2,5 m. Dans ce cas, ils couvrent uniformément le volume du pièce protégée.

2. Dans les pièces avec une hauteur sous plafond de 2,4 à 3,6 m, il est préférable de placer les détecteurs au plafond. Ces détecteurs ont une zone de détection plus dense (Fig. 3, c) et leur fonctionnement est moins affecté par le mobilier existant.

3. Les détecteurs avec zone de détection de surface (Fig. 4) sont utilisés pour protéger le périmètre, par exemple les murs non permanents, les ouvertures de portes ou de fenêtres, et peuvent également être utilisés pour limiter l'accès à d'éventuels objets de valeur. La zone de détection de tels dispositifs doit être orientée, en option, le long d'un mur comportant des ouvertures. Certains détecteurs peuvent être installés directement au-dessus de l'ouverture.

4. Les détecteurs avec une zone de détection linéaire (Fig. 5) sont utilisés pour protéger les couloirs longs et étroits.

Interférences et faux positifs

Lors de l'utilisation de détecteurs IR optiques-électroniques passifs, il est nécessaire de garder à l'esprit la possibilité de fausses alarmes dues à divers types d'interférences.

Les interférences de nature thermique, lumineuse, électromagnétique ou vibratoire peuvent conduire à de fausses alarmes des capteurs IR. Malgré le fait que les capteurs IR modernes offrent un degré élevé de protection contre ces influences, il est néanmoins conseillé de respecter les recommandations suivantes :

flux d'air

Interférence thermique - causée par l'échauffement du fond de température lorsqu'il y est exposé radiation solaire, l'air convectif provient du fonctionnement des radiateurs des systèmes de chauffage, des climatiseurs, des courants d'air.
Interférence électromagnétique - causée par l'interférence de sources d'émissions électriques et radio sur des éléments individuels de la partie électronique du détecteur.
Interférences étrangères - associées au mouvement de petits animaux (chiens, chats, oiseaux) dans la zone de détection du détecteur. Examinons plus en détail tous les facteurs affectant le fonctionnement normal des détecteurs IR optiques-électroniques passifs.

Interférence thermique

Il s'agit du facteur le plus dangereux, caractérisé par des changements dans la température ambiante. L'exposition au rayonnement solaire provoque une augmentation locale de la température de certaines sections des murs de la pièce.

Les interférences convectives sont causées par l'influence des flux d'air en mouvement, par exemple des courants d'air avec une fenêtre ouverte, des fissures dans les ouvertures des fenêtres, ainsi que lors du fonctionnement des appareils de chauffage domestiques - radiateurs et climatiseurs.

Interférence électromagnétique

Ils se produisent lorsque des sources de rayonnement électrique et radio sont allumées, telles que des équipements de mesure et ménagers, des éclairages, des moteurs électriques et des appareils de transmission radio. De fortes perturbations peuvent également être causées par la foudre.

Interférence étrangère

Les petits insectes tels que les cafards, les mouches et les guêpes peuvent constituer une source unique d'interférences dans les détecteurs IR optiques-électroniques passifs. S'ils se déplacent directement le long de la lentille de Fresnel, une fausse alarme de ce type de détecteur peut se produire. Les fourmis domestiques, qui peuvent pénétrer à l'intérieur du détecteur et ramper directement sur l'élément pyroélectrique, constituent également un danger.

Erreurs d'installation

Une place particulière dans le fonctionnement incorrect ou incorrect des détecteurs IR optiques-électroniques passifs est occupée par les erreurs d'installation lors des travaux d'installation de ces types d'appareils. Faisons attention aux exemples frappants de placement incorrect des détecteurs IR afin d'éviter cela dans la pratique.

En figue. 6 heures du matin ; 7a et 8a montrent l'installation correcte et correcte des détecteurs. Il vous suffit de les installer de cette façon et pas d’une autre !

Sur les figures 6b, c ; 7 b, c et 8 b, c présentent des options en cas d'installation incorrecte de détecteurs IR optiques-électroniques passifs. Avec cette installation, de réelles intrusions dans des locaux protégés peuvent être manquées sans émettre de signal « Alarme ».

N'installez pas de détecteurs optiques-électroniques passifs de manière à ce qu'ils soient exposés aux rayons directs ou réfléchis du soleil, ainsi qu'aux phares des véhicules qui passent.
Ne dirigez pas la zone de détection du détecteur vers les éléments chauffants des systèmes de chauffage et de climatisation, vers les rideaux et rideaux qui peuvent osciller à cause des courants d'air.
Ne placez pas de détecteurs opto-électroniques passifs à proximité de sources de rayonnement électromagnétique.
Scellez tous les trous du détecteur IR optique-électronique passif avec le mastic fourni avec le produit.
Détruisez les insectes présents dans la zone protégée.

Actuellement, il existe une grande variété d'outils de détection, qui diffèrent par leur principe de fonctionnement, leur portée, leur conception et leurs performances.

Le choix correct d'un détecteur IR optique-électronique passif et de son emplacement d'installation est la clé d'un fonctionnement fiable du système d'alarme de sécurité.

Lors de la rédaction de cet article, des documents ont été utilisés, entre autres, du magazine « Security Systems » n° 4, 2013.

Les activités de notre boutique de vidéosurveillance en ligne couvrent toute la gamme d'équipements pour systèmes de sécurité et de sûreté, qui comprend :

et beaucoup plus

Effectuant des livraisons dans toute la Russie, notre entreprise livre des marchandises même dans les régions les plus reculées du pays. Nous essayons de satisfaire le client le plus exigeant.

Les spécialistes d'Aktiv-SB comprennent les spécificités du fonctionnement des systèmes de sécurité et de vidéosurveillance non seulement à Moscou, mais également dans les régions reculées aux conditions climatiques difficiles. Nos collaborateurs vous proposeront les options les plus adaptées tant en termes de fonctionnalité que de coût, vous informeront de leurs capacités et justifieront la nécessité d'utiliser certains systèmes techniques.
La maison de commerce de systèmes de sécurité Aktiv-SB assure le service et la maintenance sous garantie des équipements vendus, accepte et contrôle les marchandises de qualité insuffisante et échange les équipements défectueux.

Nos clients sont des organisations commerciales et des consommateurs finaux, des entreprises d'installation et des entreprises gouvernementales. Plus de 50 000 utilisateurs enregistrés du site Internet de l'entreprise ont accès à une base de données constamment mise à jour documentation technique, des certificats pour les systèmes de sécurité modernes, et participent également au programme d'affiliation et aux promotions spéciales organisées par l'entreprise.

Pour la commodité de nos relations avec les clients, nous coopérons avec des organismes d'installation qui sont prêts à installer des systèmes de vidéosurveillance de toute complexité et qui viendront toujours à votre aide. Ainsi, si nécessaire, vous pouvez non seulement acheter du matériel chez nous, mais aussi, par exemple, commander l'installation de systèmes de vidéosurveillance ou effectuer la maintenance d'autres systèmes de sécurité.

Le travail de notre hypermarché de systèmes de sécurité est basé sur les principes d'honnêteté, d'ouverture et de décence. Nous envisageons l’avenir avec confiance et nous efforçons de nous développer et de nous améliorer chaque jour.

Un détecteur de mouvement infrarouge passif alimenté en ~220 V est fourni avec un spot halogène et est conçu comme un seul appareil. On l'appelle passif car il n'éclaire pas la zone contrôlée avec un rayonnement infrarouge, mais utilise son rayonnement infrarouge de fond, il est donc absolument inoffensif.

Objectif du capteur IR et application pratique

Le capteur est conçu pour allumer automatiquement une charge, par exemple un projecteur, lorsqu'un objet en mouvement entre dans sa zone de contrôle et l'éteindre une fois que l'objet quitte la zone. Il est utilisé pour éclairer les façades des maisons, les cours techniques, les chantiers de construction, etc.

Données techniques du capteur PIR modèle 1VY7015

La tension d'alimentation du capteur et de l'ensemble de l'appareil est de ~220 V, la consommation de courant du capteur lui-même en mode sécurité est de 0,021 A, ce qui correspond à une consommation électrique de 4,62 W.

Naturellement, lorsque vous allumez une lampe halogène de 150 ou 500 W, la consommation électrique augmente en conséquence. Rayon de détection maximal d'un objet en mouvement (devant le capteur) 12 m, zone de sensibilité dans le plan horizontal 120...180°, délai d'éclairage réglable (après que l'objet quitte la zone de contrôle) de 5...10 s à 10 ...15 min. La plage de température de fonctionnement autorisée est de –10…+40°С. Humidité admissible jusqu'à 93%.

Le capteur IR peut être dans l'un des modes suivants. « Mode de sécurité », dans lequel il surveille « avec vigilance » la zone contrôlée et est prêt à allumer le relais exécutif (charge) à tout moment. « Mode alarme », dans lequel le capteur, à l'aide d'un relais exécutif, a allumé la charge dès qu'un objet en mouvement est entré dans sa zone contrôlée. « Mode veille », dans lequel le capteur, étant allumé (sous courant), pendant la journée, ne répond pas aux stimuli externes, et avec l'apparition du crépuscule (obscurité), il passe automatiquement en « Mode sécurité ». Ce mode est conçu pour éviter d'allumer l'éclairage pendant la journée. Après la mise sous tension, le capteur démarre en « Mode alarme » puis passe en « Mode sécurité ».

Des capteurs similaires sont également vendus séparément. Ils sont beaucoup plus utilisés qu'un kit (projecteur avec capteur), et selon le mode d'alimentation, ils peuvent être conçus pour une tension de ~220 V ou = 12 V.

Principe de fonctionnement d'un capteur infrarouge passif

Le rayonnement infrarouge de fond de la zone contrôlée est focalisé par la vitre avant (lentille) sur un phototransistor sensible aux rayons infrarouges. La basse tension qui en sort est amplifiée à l'aide d'amplificateurs opérationnels (amplis opérationnels) du microcircuit inclus dans le circuit du capteur. DANS conditions normales Le relais de l'interrupteur de charge électromécanique est hors tension. Dès qu'un objet en mouvement apparaît dans la zone contrôlée, l'éclairage du phototransistor change et il émet une tension modifiée à l'entrée de l'ampli opérationnel. Le signal amplifié déséquilibre le circuit, déclenchant un relais qui allume une charge, telle qu'une lampe d'éclairage. Dès que l'objet quitte la zone, la lampe continue de briller pendant un certain temps, en fonction de la durée réglée du relais temporisé électronique, puis passe dans son état initial - « Mode de sécurité ».

Le diagramme schématique du capteur infrarouge passif modèle 1VY7015 est présenté sur la figure 1. Comparé aux capteurs IR 12 V similaires, le circuit de ce modèle est simple. Il est dessiné selon le schéma de câblage. Les constructeurs n'ayant pas indiqué tous les éléments radio sur le schéma de câblage, l'auteur a dû le faire lui-même. Sur une planche mesurant 80x68 mm, les éléments radio montés sont placés sans utilisation d'éléments CHIP.

Objectif des principaux éléments radio du schéma de circuit

1. Le bloc d'alimentation du capteur est sans transformateur, réalisé à l'aide d'un condensateur d'extinction C2 d'une capacité de 0,33 μF x 400 V. Après le pont redresseur, la diode Zener ZD (1N4749) règle la tension à 25 V, qui est utilisée pour alimenter l'enroulement. du relais K1, et le stabilisateur DA1 (78L08) de 25 V stabilise le 8 V, qui sert à alimenter la puce LM324 et l'ensemble du circuit en général. Le condensateur C4 est un condensateur de lissage et C3 protège le capteur des interférences haute fréquence.

2. Le phototransistor infrarouge à trois bornes PIR D203C est « l'œil vigilant » du capteur, son élément principal, c'est celui qui donne la « commande » d'allumer le relais exécutif lorsque le fond infrarouge de la zone contrôlée change rapidement. Alimenté par +8 V via la résistance R15. Le condensateur C13 est un condensateur de lissage et C12 protège le phototransistor des interférences haute fréquence.

3. La puce LM324N (valeur marchande 0,1 $) est l'amplificateur principal du capteur. Il se compose de 4 amplificateurs opérationnels connectés en série (4 3 2 1) par le circuit capteur (éléments radio R7, C6 ; D1, D2 ; R21, D3), ce qui assure une forte amplification du signal produit par l'IR1. phototransistor et haute sensibilité de l'ensemble du capteur. Il est alimenté en 8 V (« plus » – broche 4, « moins » – broche 11).

4. Le relais électromécanique K1 modèle LS-T73 SHD-24VDC-F-A (valeur marchande 0,8 $) a pour fonction d'allumer la charge, ou plutôt de lui fournir ~220 V. La tension +25 V à l'enroulement du relais est fournie par le transistor VT1. La tension nominale de fonctionnement de l'enroulement du relais est de 24 V et ses contacts, selon l'inscription sur le boîtier, permettent un courant de 10 A à ~ 240 V, ce qui fait douter de la capacité d'un relais de si petite taille à commuter une charge de 2400 W. Les fabricants étrangers surestiment souvent les paramètres de leurs radioéléments.

5. Transistor VT1 type SS9014 ou 2SC511 (valeur marchande environ 0,2$). Principaux paramètres limites : Uke.max=45 V, Ik.max=0,1 A. Permet l'allumage/extinction du relais K1 en fonction des rapports de tension (broche 1 du LM324N et collecteur VT2) sur sa base.

6. Le pont (R5, R6, R7, VR2, photorésistance CDS) et le transistor VT2 (SS9014, 2SC511) sont conçus pour établir l'un des deux modes de fonctionnement du capteur : « Mode sécurité » ou « Mode veille ». Le mode recherché est assuré par l'éclairage de la photorésistance CDS (c'est elle qui, avec sa résistance qui change en fonction de l'éclairage, indique au capteur s'il fait jour ou nuit) et la position de la résistance variable VR2 (DAY LIGHT ) glissière. Ainsi, lorsque le curseur de la résistance variable est en position « Jour », le capteur fonctionne de jour comme de nuit, et en position « Nuit » – uniquement la nuit, et pendant la journée, il est en mode « veille ».

7. Un relais temporisé électronique réglable (C14, R22, VR1) fournit un délai d'extinction de la lampe lumineuse de 5...10 s à 10...15 minutes après que l'objet quitte la zone contrôlée. Le réglage est assuré par la résistance variable TIME VR1.

8. La résistance variable SENS VR3 régule la sensibilité du capteur en modifiant la profondeur du négatif retour dans l'UO n°3.

9. Le circuit amortisseur R1C1 absorbe les surtensions qui se produisent lorsque la lampe halogène est allumée/éteinte.

10. Les éléments radio restants (par exemple, R16-R20, R11, R12, etc.) assurent le fonctionnement normal de l'ampli-op de la puce LM324N.

Lorsque vous commencez à réparer un capteur IR, n'oubliez pas que tous ses radioéléments sont sous tension de phase, ce qui met la vie en danger. Lors de la réparation de tels appareils, il est recommandé de les allumer via un transformateur d'isolement. Le capteur fonctionne de manière fiable et doit rarement être réparé, mais s'il est endommagé, la réparation commence par une inspection externe de son circuit imprimé. Si aucun dommage n'est constaté, vous devez alors vérifier les tensions de sortie de l'alimentation (25 et 8 V). Le dispositif d'alimentation et tout autre élément du circuit (microcircuit, transistors, stabilisateur, condensateurs, résistances) peuvent tomber en panne en raison de surtensions dans le réseau d'alimentation ou de coups de foudre et, malheureusement, il n'y a aucune protection contre eux dans le circuit capteur fourni. Le testeur peut vérifier le bon fonctionnement de tous ces éléments, à l'exception du microcircuit. Si vous pensez qu'il ne fonctionne pas, le microcircuit peut être remplacé. Le maillon faible du capteur peut être les contacts du relais K1, car ils commutent des courants d'appel importants de la lampe halogène ; leurs performances sont vérifiées à l'aide d'un testeur.

Configuration du capteur IR

La mise en place du capteur IR consiste à installer correctement trois résistances de réglage situées en bas du capteur (Fig. 2). Que régulent ces résistances ?

TEMPS– règle le délai d'extinction de la lampe halogène après que l'objet qui a provoqué son allumage ait quitté la zone contrôlée. Plage de réglage de 5...10 s à 10...15 min.

LUMIÈRE DU JOUR– règle le capteur sur « Mode sécurité » ou « Mode veille » pendant la journée. D'un point de vue physique, la position du curseur de résistance variable permet ou interdit au capteur de fonctionner dans certaines conditions d'éclairage. Plage d'éclairage réglable 30 lux. Ainsi, si le régulateur est tourné dans le sens inverse des aiguilles d'une montre (réglé sur le signe « croissant »), le capteur ne fonctionne que dans l'obscurité et « dort » pendant la journée. Si vous le tournez jusqu'à la position extrême dans le sens inverse des aiguilles d'une montre (le signe « petit soleil »), le capteur fonctionne aussi bien de jour que de nuit, c'est-à-dire toute la journée. Dans une position intermédiaire entre ces valeurs, le capteur peut passer en « Mode Sécurité » dès le crépuscule. Le capteur passe automatiquement à l'un des modes ci-dessus.

SENS– ajuste la sensibilité du capteur, c'est-à-dire définit une zone (ou une plage) plus grande ou plus petite de la zone contrôlée.

Inconvénients du capteur IR

Les inconvénients du capteur IR ~220 V sont ses fausses alarmes. Cela se produit lorsque des branches d'arbres ou d'arbustes situés dans une zone contrôlée bougent ; du passage d'une voiture, ou plus précisément de la chaleur de son moteur ; d'une source de chaleur changeante, si elle est située sous le capteur ; des changements brusques de température dus à des rafales de vent ; des éclairs et des phares de voiture ; du passage d'animaux (chiens, chats) ; Lorsque l'alimentation clignote, le capteur se déclenche et la lampe continue de s'allumer pendant un certain temps. Les inconvénients du capteur décrit ci-dessus incluent son état de non-fonctionnement en l'absence de tension ~220 V. Le nombre de fausses alarmes peut être réduit en changeant la position du capteur.

Le but de la vitre avant est la lentille du capteur IR. Pour étendre la zone surveillée à 120° et même 180°, la lentille du capteur est rendue semi-circulaire ou sphérique. Lors de sa fabrication (coulée), de nombreuses lentilles rectangulaires sont prévues sur sa face intérieure. Ils divisent le secteur contrôlé en petites zones. Chaque lentille, à partir de sa propre section, concentre le rayonnement infrarouge au centre du phototransistor. La division de la zone contrôlée en sections conduit au fait que la zone contrôlée prend la forme d'un éventail (Fig. 3). De ce fait, le capteur « voit » l'intrus uniquement dans la zone noire, et dans la zone blanche il est « aveugle ». Ces zones, en fonction du nombre et de la taille des lentilles, ont une configuration précisée par les concepteurs. L'utilisation de microprocesseurs permet d'éliminer un certain nombre des inconvénients décrits ci-dessus de ces capteurs. L'objectif est l'élément le plus important du capteur IR. Cela dépend de la largeur que le capteur « voit » horizontalement et verticalement. Certains capteurs infrarouges sont dotés d'objectifs interchangeables qui créent une zone surveillée pour une tâche spécifique. Le verre de la lentille doit être intact (non brisé), sinon la configuration de sa zone contrôlée est imprévisible.

Applications des capteurs infrarouges passifs

1. Éclairage de diverses pièces, c'est-à-dire Allumage/extinction automatique de l'éclairage dans les entrées, entrepôts, appartements (maisons), cours de ferme et fermes. Pour ce faire, selon la situation, vous pouvez utiliser soit les ensembles de capteurs IR avec projecteurs décrits ci-dessus, soit des capteurs vendus séparément. Le coût du kit (capteur avec projecteur) avec une lampe halogène de 150 W est de 8 à 14 $ et avec une lampe de 500 W – de 12 à 18 $. Installez le kit sur des objets fixes à une hauteur de 2,5...4,5 m (Fig. 4). Les inclinaisons recommandées et admissibles du kit selon les instructions sont indiquées sur la Fig. 5.

Les capteurs infrarouges passifs vendus séparément peuvent être conçus pour une tension d'alimentation de ~220 V ou +12 V. Pour l'éclairage, il est préférable d'utiliser des capteurs ~220 V ; ils sont relativement bon marché (coût de 8 à 14 $) et produisent également ~ 220 V à la charge, il est donc facile d'y connecter des ampoules. Une variante d'un tel capteur, le modèle YCA 1009, est illustrée à la figure 6. Il ne contient que deux résistances de réglage : Time Delay, qui régule le temps pendant lequel la charge est éteinte après que l'objet quitte la zone contrôlée, et Light Control, qui autorise ou interdit le fonctionnement du capteur pendant la journée. La charge maximale autorisée est de 1 200 W. L'angle de vision de la zone contrôlée est de 180° et sa longueur maximale est de 12 m.

Trois fils colorés sortent du capteur, destinés à connecter le réseau et la charge. La figure 7 montre un schéma de connexion d'un tel capteur à une lampe séparée de ~ 220 V, qui peut également être utilisée comme lampe de table.

Lors de la connexion du capteur au câblage électrique existant de la maison (appartement), c'est-à-dire Pour les ampoules et interrupteurs déjà installés, il est important de trouver correctement le fil commun du capteur et de le combiner avec le câblage électrique. La figure 8, a, b montre les schémas de la section de câblage électrique avant d'allumer le capteur et après l'avoir allumé. Si vous utilisez un capteur pour éclairer le porche d'une maison, il est préférable d'installer le capteur lui-même à proximité de l'ampoule.

L'utilisation de capteurs infrarouges dans les circuits d'éclairage permet d'économiser considérablement de l'énergie et crée un confort lorsqu'ils sont automatiquement allumés/éteints.

2. Allumage automatique de l'éclairage dans les appartements et les maisons. Dans une telle situation, il est préférable d'adapter le capteur à une lampe de table, afin qu'il puisse être facilement éteint lorsqu'il n'est pas nécessaire.

3. Informer le propriétaire de la maison de l'arrivée des invités. Dans ce cas, le capteur doit être dirigé vers le portail de la clôture ou l'espace à proximité, et pour la notification sonore, utiliser une cloche ou un autre détecteur sonore alimenté en ~220 V.

4. Sécurité d'une cour domestique, d'un garage, d'une ferme, d'un bureau, d'un appartement. À cette fin, vous pouvez également utiliser les capteurs IR bon marché décrits ci-dessus, alimentés en ~ 220 V.

Cependant, de tels capteurs présentent un gros inconvénient : si le réseau tombe en panne, ils ne fonctionnent pas et ne sont donc utilisés que pour protéger des objets sans importance. Les capteurs IR alimentés en +12 V ne présentent pas ces inconvénients, car ils sont facilement alimentés par une alimentation de secours à partir de piles. À cet effet, un petit panneau de commande (RCD) a été développé, qui est monté au mur. Il abrite l'alimentation électrique, les batteries 12 V 4 Ah ou 7 Ah et les composants électroniques. Tous les capteurs de l'objet protégé sont connectés à un seul panneau de commande, qui leur fournit une alimentation électrique fiable, reçoit leurs signaux d'alarme et les transmet à la sécurité. En l'absence de sécurité, vous pouvez connecter une puissante sirène sonore à la centrale, qui fera fuir les intrus. Ainsi, pour protéger les objets importants, il convient d'utiliser des kits de centrale avec capteurs IR 12 V ; entre eux, un câble standard à 4 fils est tiré (deux fils pour l'alimentation 12 V, deux pour un signal d'alarme). Les résistances de réglage externes ne sont pas installées sur les capteurs IR +12 V, car certaines de leurs fonctions sont transférées au « remplissage électronique » du dispositif de la centrale.

Pour protéger votre cour, les capteurs infrarouges doivent être installés de manière à ce qu'ils ne soient pas visibles, sinon ils pourraient être endommagés. Pour ce faire, des capteurs infrarouges peuvent être installés près des fenêtres de la maison, pointant leur lentille vers les objets protégés. Pour la protection des appartements et des bureaux Capteurs infrarouges Ils sont installés dans l'angle des pièces, et pour protéger les garages et les fermes, leurs lentilles sont dirigées vers le portail d'entrée. Comme nous l'avons déjà indiqué, les capteurs IR bon marché pour ~220 V et 12 V présentent un certain nombre d'inconvénients, comme le déclenchement du capteur au passage de chiens, de chats ou de souris. Pour éliminer ce phénomène, il est nécessaire d'installer un capteur IR à l'intérieur de la maison sur le rebord de la fenêtre, de le diriger vers la cour et de placer un écran de protection devant lui (Fig. 9). Dans ce cas, une « zone aveugle » se forme entre le sol et la zone de capture du capteur IR, dans laquelle le capteur ne répond pas aux petits intrus, mais il réagira au passage d'une personne, puisque la personne est plus haute que celle-ci. zone.

Dans les nouveaux capteurs 12 V, les concepteurs, en compliquant le circuit et la conception du capteur, ont éliminé cet inconvénient. Ainsi, le capteur infrarouge israélien Crow SRX-1100 est doté d'un microprocesseur ajouté et d'un émetteur radio micro-ondes installé, qui détermine la taille de l'intrus, la compare aux seuils établis et décide de donner ou non une commande à l'alarme. Les designers du Japon et d’autres pays ont résolu ce problème d’une manière différente. Ils prévoyaient un déplacement (à l'intérieur du capteur IR) de la carte électronique avec le phototransistor vers le haut ou vers le bas par rapport au point de focalisation des lentilles en verre. En conséquence, les segments noirs sensibles les plus proches du sol sont coupés et une « zone aveugle » est établie près du sol, dans laquelle le capteur « ne voit pas » les petits animaux. La hauteur de la « zone aveugle » peut être réglée par le même déplacement de la carte électronique. Il existe d'autres moyens d'empêcher les capteurs infrarouges de réagir au passage de petits animaux. Le problème du déclenchement du capteur infrarouge lorsqu'il est éclairé par la foudre ou les phares d'une voiture a été résolu. Naturellement, toutes ces améliorations rendent les capteurs infrarouges passifs plus chers, mais elles augmentent la fiabilité de la sécurité.

Le principe de fonctionnement de l’ICSO passif. Le principe de fonctionnement de l'ICS passif repose sur l'enregistrement des signaux générés par le flux de chaleur émis par l'objet à détecter. Le signal utile en sortie d'un récepteur de rayonnement monosite sans inertie est déterminé par l'expression :

où S u est la sensibilité en volts du récepteur de rayonnement, est le changement de l'ampleur du flux thermique incident sur la fenêtre d'entrée du système optique et provoqué par le mouvement de l'objet dans la zone de détection.

La valeur maximale correspond au cas où l'objet se trouve entièrement dans le champ de vision de l'ICS. Notons cette valeur comme

En supposant que les pertes dans le système optique sont si faibles qu’elles peuvent être négligées, nous les exprimons à travers les paramètres de l’objet et de l’arrière-plan. Soit, en arrière-plan, dont la surface a une température absolue Tf et une émissivité E F, apparaît un objet dont la température absolue Tob, et émissivité Eov. La zone de projection d'un objet sur un plan perpendiculaire à la direction d'observation sera désignée par Donc, et la zone de projection d'arrière-plan dans le champ de vision est B f. Ensuite, l'ampleur du flux thermique incident sur la fenêtre d'entrée du système optique avant l'apparition de l'objet est déterminée par l'expression :

où est la distance entre la fenêtre d'entrée et la surface de fond ; 1. f - luminosité de l'arrière-plan ; S BX est la zone de la fenêtre de saisie du système optique.

La quantité de flux de chaleur générée par un objet est déterminée de la même manière :

Où t - distance de l'ICSO à l'objet ; - luminosité de l'objet.

En présence d'un objet, le flux thermique incident sur la fenêtre d'entrée est créé par l'objet et la partie de la surface de fond qui n'est pas masquée par l'objet, d'où le flux thermique total

Alors l’évolution du flux thermique AF s’écrit :

En supposant que la loi de Lambert soit valable pour l’objet et l’arrière-plan, nous exprimons la luminosité Lo6 et b f par émissivité et températures absolues:

où est la constante de Stefan-Boltzmann.

En remplaçant et, nous obtenons une expression pour AF en termes de températures absolues et d'émissivités de l'objet et de l'arrière-plan :

Pour des paramètres donnés du système optique et du récepteur de rayonnement, la valeur du signal conformément à est entièrement déterminée par le changement d'irradiance DE.

L'émissivité de la peau humaine est très élevée, elle est en moyenne de 0,99 par rapport à un corps complètement noir aux longueurs d'onde supérieures à 4 microns. Dans la région IR du spectre, les propriétés optiques de la peau sont proches des caractéristiques d'un corps noir. La température de la peau dépend de l'échange thermique entre la peau et l'environnement. Les mesures effectuées à l'aide de la caméra thermique Aga-750 ont montré qu'à une température de l'air de +25°C, la température à la surface de la paume d'une personne varie entre +32...+ 34°C, et à une température de l'air de + 19°C - entre +28...+30°С. La présence de vêtements réduit la luminosité d’un objet car la température des vêtements est inférieure à la température de la peau nue. À une température ambiante de +25°C, la température moyenne mesurée à la surface du corps d'une personne vêtue d'un costume était de +26°C. L’émissivité des vêtements peut également être différente de celle de la peau nue.

D'autres paramètres inclus dans l'expression peuvent prendre des valeurs différentes en fonction de la situation spécifique et/ou de la tâche opérationnelle.

Examinons de plus près le processus de génération de signal et les principaux types d'interférences qui influencent le faux déclenchement de l'ICS passif.

Signalisation. Pour mieux comprendre les méthodes et les algorithmes permettant d'augmenter l'immunité au bruit des ICS, il est nécessaire de comprendre les paramètres de base du signal - forme, amplitude, durée, dépendance à la vitesse de déplacement humain et température de fond.

Considérons une zone de détection de faisceau de 10 m de long avec un diamètre de faisceau à la base du cône de 0,3 m. On suppose qu'une personne traverse la zone qui lui est normale avec des vitesses maximales et minimales à une distance du récepteur de 10, 5 et 1 M. La forme du signal en traversant le faisceau à une distance de 10 m ressemble à un triangle avec un maximum lorsque la zone est complètement couverte. En figue. 4.8.6 montre le spectre de ce signal. Lorsque le faisceau se coupe à une distance plus courte, le signal prend la forme d'un trapèze avec des fronts raides et le spectre de ce signal prend la forme montrée sur la Fig. 4.9.6.

Évidemment, la durée du signal est inversement proportionnelle à la vitesse de déplacement et à la distance au récepteur.

Le signal réel diffère de l'image idéale en raison des distorsions introduites par le chemin d'amplification et de la superposition de bruit chaotique créé par les fluctuations de température de fond. Les enregistrements de signaux réels obtenus à l'aide du récepteur pyro domestique PM2D sont présentés sur la Fig. 4.10. Ses caractéristiques spectrales sont également présentées ici, obtenues en faisant passer les signaux réellement enregistrés via l'analyseur de spectre de l'entreprise.

L'analyse des enregistrements permet de déterminer la « fenêtre » spectrale nécessaire à la transmission des signaux générés lors du franchissement de la zone n'importe où dans toute la plage de vitesse de 0,1 à 15 Hz. Dans le même temps, aux limites de la plage, le signal peut s'affaiblir, car le détecteur pyroélectrique a une caractéristique amplitude-fréquence avec une diminution de l'ordre de 5... 10 Hz. Pour compenser cela, il est nécessaire d'introduire un amplificateur correcteur spécial dans le chemin de traitement du signal, permettant une augmentation de la réponse en fréquence de l'ordre de 5...20 Hz.

Contraste de température. L'amplitude du signal, comme déjà mentionné, est déterminée par le contraste de température entre le corps humain et l'arrière-plan vers lequel le faisceau est dirigé. Étant donné que la température de fond change suite au changement de la température ambiante, le signal proportionnel à leur différence change également.

Au point où la température de la personne et celle du fond coïncident, la valeur du signal de sortie est nulle. À des températures plus élevées, le signal change de signe.

La température de fond dans la pièce reflète l’état de l’air extérieur avec un certain retard dû à l’inertie thermique des matériaux de structure du bâtiment.

Le contraste de température dépend également de la température de la surface externe d'une personne, c'est-à-dire principalement à cause de ses vêtements. De plus, la circonstance suivante s’avère ici significative. Si une personne entre dans une pièce où un ICSO est installé de l'extérieur, par exemple depuis la rue, où la température peut différer considérablement de la température de la pièce, alors au premier instant le contraste thermique peut être important. Puis, à mesure que la température des vêtements « s’adapte » à la température ambiante, le signal diminue. Mais même après un long séjour à l'intérieur, l'ampleur du signal dépend du type de vêtement. En figue. La figure 4.11 montre les dépendances expérimentales du contraste de température d'une personne sur la température ambiante. La ligne pointillée montre l'extrapolation des données expérimentales pour des températures supérieures à 40°C.

La zone grisée 1 est une gamme de contrastes selon la forme du vêtement, le type de fond, la taille de la personne et la vitesse de son mouvement.

Il est important de noter que le passage de la valeur du contraste de température à zéro ne se produit que si, dans la plage de température de 30 à 39,5°C, les mesures sont effectuées après qu'une personne s'est adaptée à une pièce chauffée pendant 15 minutes. En cas d'intrusion dans la zone sensible au CO d'une personne qui se trouvait auparavant dans une pièce avec une température inférieure à 30°C ou à l'air libre avec une température de 44°C, les niveaux de signal dans la plage de température 30...39,5 Les °C se situent dans la région 2 et n’atteignent pas zéro.

La répartition de la température sur la surface d'une personne n'est pas uniforme. Elle est la plus proche de 36°C sur les parties ouvertes du corps - le visage et les mains, et la température de la surface des vêtements est plus proche du fond de la pièce. Par conséquent, le signal à l'entrée du détecteur pyroélectrique dépend de la partie du corps chevauchant la zone de sensibilité radiale.

La prise en compte du processus de formation du signal permet de tirer les conclusions suivantes :

L'amplitude du signal est déterminée par le contraste de température entre la surface humaine et le fond, qui peut aller de fractions de degré à des dizaines de degrés ;

La forme du signal est triangulaire ou trapézoïdale, la durée du signal est déterminée par l'intersection de la zone du faisceau et, lors d'un déplacement normal au faisceau, peut aller de 0,05 à 10 s. Lorsque vous vous déplacez selon un angle par rapport à la normale, la durée du signal augmente. La densité spectrale maximale du signal est comprise entre 0,15 et 5 Hz ;

Lorsqu’une personne se déplace le long du faisceau, le signal est minime et est déterminé uniquement par la différence de température des zones individuelles de la surface de la personne et s’élève à des fractions de degré ;

Lorsqu'une personne se déplace entre les faisceaux, il n'y a pratiquement aucun signal ;

Lorsque la température ambiante est proche de la température de surface du corps humain, le signal est minime, c'est-à-dire la différence de température est d'une fraction de degré ;

Les amplitudes des signaux dans les différents faisceaux de la zone de détection peuvent différer considérablement les unes des autres, car elles sont déterminées par le contraste de température du corps humain et la zone de fond vers laquelle ce faisceau est dirigé. La différence peut atteindre dix degrés.

Interférence dans ICSO passif. Passons à l'analyse des effets d'interférence qui provoquent une fausse activation de l'ICSO passif. Par interférence, nous entendons toute influence de l'environnement extérieur ou du bruit interne de l'appareil récepteur qui n'est pas associé au mouvement humain dans la zone de sensibilité au CO.

Il existe la classification suivante des interférences :

Thermique, provoqué par l'échauffement du fond lorsqu'il est exposé au rayonnement solaire, l'air de convection s'écoule lors du fonctionnement des radiateurs, des climatiseurs, des courants d'air ;

Électrique, causé par les interférences des sources d'émissions électriques et radio sur les éléments individuels de la partie électronique du CO ;

Inhérent, provoqué par le bruit du récepteur pyroélectrique et le chemin d'amplification du signal ;

Les étrangers associés au mouvement de petits animaux ou d'insectes dans la zone de sensibilité au CO le long de la surface de la fenêtre optique d'entrée du CO.

L'interférence la plus importante et la plus « dangereuse » est l'interférence thermique, provoquée par les changements de température des zones de fond vers lesquelles sont dirigées les zones de sensibilité aux rayonnements. L'exposition au rayonnement solaire entraîne augmentation locale température de sections individuelles du mur ou du sol de la pièce. Dans ce cas, un changement progressif de température ne passe pas par les circuits de filtrage de l'appareil, cependant des fluctuations de température relativement brusques et « inattendues », associées, par exemple, à l'ombrage du soleil par le passage des nuages ou au passage des véhicules , provoquent des interférences similaires au signal provenant du passage d’une personne. L'amplitude de l'interférence dépend de l'inertie du fond vers lequel le faisceau est dirigé. Par exemple, le temps de changement de température pour un mur en béton nu est beaucoup plus long que pour un mur en bois ou recouvert de papier peint.

En figue. Un enregistrement d'interférence solaire typique à la sortie d'un détecteur pyroélectrique lors du passage d'un nuage est donné, ainsi que son spectre.

Dans ce cas, le changement de température lors des interférences solaires atteint 1,0...1,5 °C, en particulier dans les cas où le faisceau est dirigé vers un fond à faible inertie, par exemple vers un mur en bois ou un rideau en tissu. La durée de ces interférences dépend de la vitesse d’ombrage et peut se situer dans la plage de vitesses caractéristiques du mouvement humain. Il convient de noter une circonstance importante permettant de lutter contre de telles interférences. Si deux faisceaux sont dirigés vers des zones adjacentes de l'arrière-plan, alors le type et l'amplitude du signal d'interférence provenant de l'exposition au soleil sont presque les mêmes dans chaque faisceau, c'est-à-dire il existe une forte corrélation d’interférence. Cela permet à la conception appropriée du circuit de les supprimer en soustrayant des signaux,

Les interférences convectives sont causées par l'influence des flux d'air en mouvement, par exemple les courants d'air avec une fenêtre ouverte, les fissures dans la fenêtre, ainsi que les appareils de chauffage domestiques - radiateurs et climatiseurs. Les flux d'air provoquent une variation chaotique de la température de fond, dont l'amplitude et la plage de fréquence dépendent de la vitesse du flux d'air et des caractéristiques de la surface de fond.

Contrairement à l'éclairage solaire, les interférences convectives provenant de différentes parties du fond, agissant même à une distance de 0,2 à 0,3 m, sont faiblement corrélées les unes aux autres et leur soustraction n'a aucun effet.

Les interférences électriques se produisent lorsque des sources de rayonnement électrique et radio, des équipements de mesure et ménagers, des éclairages, des moteurs électriques, des appareils de transmission radio sont allumés, ainsi que lors de fluctuations de courant dans le réseau câblé et les lignes électriques. Les décharges de foudre créent également un niveau d’interférence important.

La sensibilité du récepteur pyroélectrique est très élevée : avec un changement de température de 1 °C, le signal de sortie directement du cristal est d'une fraction de microvolt, de sorte que les interférences provenant de sources d'interférence de plusieurs volts par mètre peuvent provoquer une impulsion d'interférence qui est des milliers de fois supérieure au signal utile. Cependant, la plupart des bruits électriques ont une durée courte ou un front raide, ce qui permet de les distinguer du signal utile.

Le bruit interne du détecteur pyroélectrique détermine la limite la plus élevée de sensibilité de l'IRSO et se présente sous la forme d'un bruit blanc. Pour cette raison, les méthodes de filtrage ne peuvent pas être utilisées ici. L'intensité de l'interférence augmente à mesure que la température du cristal augmente d'environ deux fois tous les dix degrés. Les récepteurs pyro modernes ont un niveau de bruit correspondant à un changement de température de 0,05...0,15°C.

Conclusions :

1. La plage spectrale des interférences couvre la gamme des signaux et s'étend des fractions aux dizaines de hertz.

2. La plupart regard dangereux interférence - illumination solaire du fond, dont l'impact augmente la température du fond de 3...5°C.

3. Les interférences de l'éclairage solaire sur les zones proches de l'arrière-plan sont strictement corrélées les unes aux autres et peuvent être atténuées lors de l'utilisation d'un schéma à deux faisceaux pour construire le CO.

4. Les interférences convectives des appareils thermiques électroménagers se présentent sous la forme de fluctuations aléatoires de température, atteignant 2...3°C dans la gamme de fréquences de 1 à 20 Hz avec une faible corrélation entre les rayons.

5. Les interférences électriques prennent la forme d'impulsions courtes ou d'effets progressifs avec un front raide ; la tension induite peut être des centaines de fois supérieure au signal.

6. Le bruit intrinsèque du récepteur pyroélectrique, correspondant au signal lorsque la température change de 0,05...0,15°C, se situe dans la gamme de fréquences qui couvre la plage du signal et augmente proportionnellement à la température environ deux fois pendant tous les 10°C.

Méthodes pour augmenter l'immunité au bruit des ICS passifs.Mode d'admission différentiel Le rayonnement F est devenu très répandu. L'essence de cette méthode est la suivante : à l'aide d'un récepteur à deux sites, deux zones de sensibilité spatialement séparées sont formées. Les signaux générés dans les deux canaux se soustraient mutuellement :

Il est clair que deux zones de sensibilité spatialement séparées ne peuvent pas être traversées simultanément par un objet en mouvement. Dans ce cas, les signaux dans les canaux apparaissent les uns après les autres, leur amplitude ne diminue donc pas. Il résulte de la formule que le brouillage à la sortie du récepteur différentiel est nul lorsque les conditions suivantes sont simultanément remplies :

1. Les formes d’interférences dans les canaux sont les mêmes.

2. Les amplitudes d'interférence sont les mêmes.

3. Les interférences ont la même position temporelle.

Dans le cas d'interférences solaires, les conditions 1 et 3 sont remplies. La condition 2 n'est remplie que dans le cas où le même matériau ou les mêmes angles d'incidence servent de fond dans les deux canaux. énergie solaire le fond est identique dans les deux canaux ou dans les deux canaux le flux de rayonnement solaire tombe sur toute la surface du fond limitant les zones de sensibilité. En figue. La dépendance de l'amplitude du bruit à la sortie de l'étage différentiel sur l'amplitude du bruit à son entrée est représentée.

Le paramètre est le rapport des amplitudes des effets d'interférence dans les canaux. Dans ce cas, cela signifie que les conditions 1 et 3 sont remplies.

De la fig. On peut constater qu'avec une coïncidence suffisamment bonne des amplitudes des effets d'interférence dans les canaux, on obtient une suppression de ces interférences de 5 à 10 fois. Aux valeurs U B xi/U B x2> 1,2, la suppression des interférences diminue et la caractéristique de sortie =/ tend vers une caractéristique similaire à celle d'un seul récepteur.

Lorsqu'il est exposé à une interférence convective, le degré de sa suppression par le récepteur différentiel est déterminé par le degré de sa corrélation en des points spatialement séparés de la surface de fond. Le degré de corrélation spatiale des interférences convectives peut être évalué en mesurant son intensité à l'aide de méthodes de réception différentielles et conventionnelles. Les résultats de certaines mesures sont présentés sur la Fig. 4.14.

Filtrage de fréquence optimal. Une suppression efficace des interférences par cette méthode est possible lorsqu'il existe une différence significative dans les spectres de fréquence des signaux et des interférences. Il ressort des données ci-dessus qu’une telle différence n’existe pas dans notre cas. Par conséquent, il n’est pas possible d’utiliser cette méthode pour supprimer complètement les interférences.

Le principal type de bruit qui détermine la sensibilité de l'ICS est le bruit propre au récepteur. Par conséquent, l'optimisation de la bande passante de l'amplificateur en fonction du spectre du signal et de la nature du bruit du récepteur permet d'exploiter au maximum les capacités du système de réception.

Filtrage spectral optique. L'essence de la méthode de filtrage spectral optique est la même que dans le cas du filtrage de fréquence optimal. Avec le filtrage spectral, les interférences sont supprimées en raison des différences dans les spectres optiques des signaux et des interférences. Ces différences sont pratiquement absentes pour les interférences convectives et pour la composante d'interférence solaire résultant de changements dans la température de fond sous l'influence du rayonnement solaire, mais le spectre de la composante d'interférence solaire réfléchie par l'arrière-plan diffère considérablement du spectre du signal. La densité spectrale de la luminosité énergétique d'un corps absolument noir est déterminée par la formule de Planck :

où est la longueur d'onde ; k - constante de Boltzmann ; T - température corporelle ; h - constante de Planck ; c est la vitesse de la lumière.

Une représentation graphique de la fonction, normalisée par, pour le contraste du rayonnement de l'objet et du rayonnement solaire est présentée dans la Fig. 4.15.

Selon théorie classique Filtrage linéaire optimal pour garantir un rapport signal/bruit maximal, la bande passante spectrale du filtre optique doit correspondre au spectre du rayonnement de contraste de l'objet et avoir la forme illustrée sur la Fig. 4.15.

Le verre sans oxygène IKS-33 satisfait le mieux à cette condition parmi les matériaux produits dans le commerce.

Le degré de suppression des interférences solaires par les filtres spécifiés pour différents arrière-plans est indiqué dans le tableau. 4.1. Le tableau montre que la plus grande suppression des interférences solaires est obtenue par le filtre IKS-33. Le film de polyéthylène noir est quelque peu inférieur à l'IKS-33.

Ainsi, même en utilisant le filtre IKS-33, les interférences solaires ne sont supprimées que 3,3 fois, ce qui ne peut pas conduire à une amélioration radicale de l'immunité au bruit d'un dispositif de détection optique passif.

Filtrage optimal des fréquences spatiales. Il est connu que les caractéristiques de détection dans des conditions de filtrage linéaire optimal sont uniquement liées au rapport signal sur bruit. Pour les évaluer et les comparer, il convient d'utiliser la quantité

où U est l'amplitude du signal ; est la densité spectrale de puissance du signal ; est la densité spectrale de puissance d'interférence.

Tableau 1. Le degré de suppression des interférences solaires par différents filtres pour différents arrière-plans

Dans sa signification physique, la quantité est le rapport entre l'énergie du signal et la densité spectrale de puissance de l'interférence. Il est évident que lorsque l'angle solide de la zone élémentaire de sensibilité change, l'intensité des interférences émises par le fond et entrant dans le canal de réception change. Parallèlement, l'amplitude du signal dépend de la forme géométrique de la zone élémentaire de sensibilité. Voyons à quelle configuration de la zone de sensibilité élémentaire la valeur µ atteint sa valeur maximale, pour laquelle nous considérons le modèle de détection le plus simple. Laissez la zone de sensibilité IRSO être stationnaire par rapport à l'arrière-plan et l'objet détecté se déplace avec vitesse angulaire Vo6 par rapport au point d'observation. La zone de sensibilité et l'objet dans le plan normal à l'axe optique sont rectangulaires, et les dimensions angulaires de l'objet et du champ de vision sont si petites qu'avec un degré de précision suffisant on peut considérer

où est l'angle solide sous lequel l'objet est visible ; est l'angle solide de la zone de sensibilité ; est la taille angulaire de l'objet correspondant à

respectivement dans les plans horizontal et vertical ; taille angulaire de la zone de sensibilité dans les plans horizontal et vertical, respectivement ;

La luminosité énergétique de l'objet B est la même sur toute sa surface, et la densité spectrale de la luminosité énergétique du bruit de fond est la même sur toute sa surface. Le signal et le bruit de fond s'additionnent. L'objet se déplace uniformément dans le plan de l'angle a„. Le récepteur d'énergie est sans inertie, quadratique. Le signal du récepteur est transmis à un filtre optimal réglable. Alors la densité spectrale de puissance du bruit de fond à la sortie du récepteur sera déterminée par l'expression :

Où Copte- coefficient de transmission du système optique ; À T- coefficient de transmission du chemin de propagation du signal ; À P.- sensibilité du récepteur.

Lorsqu'un objet traverse le champ de vision, une impulsion de signal est générée à la sortie du récepteur, dont la forme et le spectre, le cas échéant, sont déterminés par les expressions :

où U0 est une impulsion de signal d'amplitude unitaire ; - spectre d'une impulsion de signal d'amplitude unitaire.

Pour une interférence émettrice de fond, dont la densité spectrale de puissance a la forme, la valeur de sortie du récepteur sans inertie conformément à l'expression est déterminée comme

La nature de la dépendance de la quantité sur a la forme montrée sur la Fig. 4.16. De ce qui précède, il résulte que pour garantir le rapport signal/bruit de fond maximal, la forme de la zone de sensibilité doit être adaptée à la forme de l'objet.

En cas de bruit de fond fluctuant valeur maximum Le rapport signal/bruit de fond est atteint lorsque la forme géométrique de la zone élémentaire de sensibilité coïncide avec la forme de l'objet. Cette conclusion s’applique également au cas des interférences solaires pulsées. Ceci est confirmé par le fait évident que lorsque l'angle solide de la zone de sensibilité augmente à partir d'une valeur égale à l'angle solide sous lequel l'objet est visible, l'amplitude du signal ne change pas et l'amplitude des interférences solaires augmente proportionnellement à la angle solide de la zone de sensibilité. Autrement dit, la méthode de filtrage spatial-fréquence optimal permet d'augmenter l'immunité au bruit d'un dispositif de détection optique passif aux interférences convectives et solaires.

Méthode bi-bande de réception du rayonnement IR. L'essence de cette méthode est d'introduire un deuxième canal dans l'ICS, qui assure la réception du rayonnement IR dans les plages visibles ou proches de l'IR, afin d'obtenir des informations supplémentaires qui distinguent le signal des interférences. L'utilisation d'un tel canal conjointement avec le canal principal d'une pièce est inefficace, car le signal et les interférences en présence d'éclairage se forment dans les deux plages spectrales. Il est beaucoup plus efficace d'utiliser un canal à portée visible lorsqu'il est installé à l'extérieur de locaux protégés, dans des endroits inaccessibles pour bloquer ce canal avec des sources de lumière artificielle. Dans ce cas, lorsque l'éclairage solaire change, le canal génère un signal qui interdit une éventuelle activation de l'ICSO sous l'influence d'interférences solaires. Avec cette organisation, la méthode bi-bande permet d'éliminer complètement les fausses alarmes de l'ICS, possibles du fait de l'apparition d'interférences solaires. La possibilité de bloquer le canal thermique pendant la durée de l'interférence est évidente.

Méthodes paramétriques pour augmenter l'immunité au bruit des ICS. La base des méthodes paramétriques pour augmenter l'immunité au bruit de l'ICSI est l'identification de signaux utiles par un ou un ensemble de paramètres caractéristiques des objets provoquant l'apparition de ces signaux. Comme tels paramètres, la vitesse de déplacement de l'objet, ses dimensions et la distance à l'objet peuvent être utilisées. En pratique, en règle générale, les valeurs spécifiques des paramètres ne sont pas connues à l'avance. Il existe cependant une certaine marge pour leur définition. Ainsi, la vitesse d’une personne qui marche est inférieure à 7 m/s. La combinaison de ces restrictions peut réduire considérablement la portée de la définition du signal utile et, par conséquent, réduire le risque de fausses alarmes.

Considérons quelques façons de déterminer les paramètres d'un objet lors de sa détection optique passive. Pour déterminer la vitesse de déplacement d'un objet, sa dimension linéaire dans le sens de déplacement et la distance à celui-ci, il est nécessaire d'organiser deux zones de sensibilité parallèles, espacées dans le plan de déplacement de l'objet à une certaine distance de base L. Il est alors facile de déterminer que la vitesse de déplacement de l'objet est normale aux zones de sensibilité

où est le temps de retard entre les signaux dans les canaux de réception.

Taille linéaire d'un objet Bob dans le plan normal aux zones de sensibilité est défini comme

où est Thio .5 - durée de l'impulsion du signal au niveau U=0,5U max.

Sous la condition, la distance à l'objet est déterminée par l'expression

où est la taille angulaire de la zone élémentaire de sensibilité en radians ; est la durée du front d'impulsion du signal.

Valeurs des paramètres reçues Wob, b^, D o6 sont comparés aux zones de leur définition, après quoi une décision est prise de détecter l'objet. Dans le cas où l'organisation de deux zones de sensibilité parallèles est impossible, les paramètres de l'impulsion du signal peuvent servir de paramètres d'identification : temps de montée, durée de l'impulsion, etc. La condition principale pour la mise en œuvre de cette méthode est la large bande passante du trajet de réception, nécessaire pour recevoir le signal sans déformer sa forme, c'est-à-dire dans ce cas, l'utilisation de la méthode de filtrage optimale est exclue. Le paramètre qui n'est pas déformé lors du processus de filtrage optimal est la durée du retard entre les signaux qui se produisent dans des canaux spatialement séparés. Par conséquent, l'identification à l'aide de ce paramètre peut être effectuée sans augmenter la bande passante du trajet de réception. Pour identifier un signal utile dans un ICS avec une zone de sensibilité multifaisceaux selon le paramètre m 3, il est nécessaire qu'il soit formé dans le plan de mouvement de l'objet à l'aide de récepteurs indépendants.

A titre d'exemple, considérons les zones de détermination des paramètres de l'impulsion du signal et de la valeur de m 3 pour un ICS monoposition avec une zone de sensibilité multifaisceau avec des valeurs réelles de la divergence angulaire de la zone de sensibilité élémentaire a p = 0,015 rad, la taille de la pupille d'entrée d = 0,05 m et l'angle entre les zones de sensibilité a p = 0,3 rad.

La durée de l'impulsion au niveau zéro est déterminée par l'expression

Plage de définition de durée d'impulsion pour la plage de vitesse V Ô 6 =0,1,7,0 m/s, est t io =0,036... 4,0 s. Plage dynamique

La plage de détermination de la durée d'impulsion au niveau de 0,5U max est déjà de 0,036... 2,0 s, et la plage dynamique

La durée du front d'impulsion du signal est déterminée par l'expression

D'où vient la portée de la définition et la dynamique

gamme

La durée du délai entre les impulsions apparaissant dans des canaux adjacents peut être déterminée par la formule :

La plage de détermination de la valeur du retard est de 0 à 30 s. Pour la valeur acceptée d=0,05 m et la plage D o6 = 1... 10 m, la plage de détection est de 4,5... 14,0 et la plage dynamique est de 3,1.

À d=0 plage dynamique pour toutes les plages Faire6=0...10 m.

Ainsi, le paramètre d'identification le plus stable est la valeur m 3 /tf.

En raison de la synchronicité de l’apparition des interférences solaires dans des canaux spatialement séparés, notée dans la Sect. 4.3, il est possible de s'en déconnecter complètement à l'aide du paramètre

L'utilisation de canaux indépendants permet d'augmenter la résistance de l'appareil aux interférences convectives, puisque la décision finale de détection n'est prise que si des signaux sont détectés dans au moins deux canaux pendant un certain intervalle de temps déterminé par le retard maximum possible du impulsion de signal entre les canaux. Dans ce cas, la probabilité d'une fausse alarme est déterminée par l'expression

où est le radar1. RLSG - la probabilité d'une fausse alarme dans des canaux individuels.

Analyse comparative des méthodes pour augmenter l'immunité au bruit des ICS. Les méthodes discutées ci-dessus pour augmenter l'immunité au bruit de l'ICSO sont assez diverses tant par leur essence physique que par la complexité de mise en œuvre. Chacun d’eux présente individuellement certains avantages et inconvénients. Pour faciliter la comparaison de ces méthodes sur la base de l'ensemble des qualités positives et négatives, nous dresserons un tableau morphologique. 4.2.

Le tableau montre qu’aucune méthode ne peut à elle seule supprimer complètement toutes les interférences. Cependant, l'utilisation simultanée de plusieurs méthodes peut augmenter considérablement l'immunité au bruit de l'ICSO avec une légère complication de l'appareil dans son ensemble. Basée sur la combinaison des qualités positives et négatives, la combinaison la plus préférable est : filtrage spectral + filtrage spatio-fréquence + méthode paramétrique.

Considérons les principales méthodes et outils mis en pratique dans les ICSS modernes, qui permettent d'assurer une probabilité de détection suffisamment élevée avec une fréquence minimale de fausses alarmes.

Pour protéger l'appareil récepteur de l'exposition à des rayonnements en dehors de la plage spectrale du signal, les mesures suivantes sont prises :

La fenêtre d'entrée du pyromodule est recouverte d'une plaque de germanium qui ne transmet pas de rayonnement d'une longueur d'onde inférieure à 2 microns ;

La fenêtre d'entrée de l'ensemble du CO est constituée de polyéthylène haute densité, qui offre une rigidité suffisante pour maintenir les dimensions géométriques et en même temps ne transmet pas de rayonnement dans la plage de longueurs d'onde de 1 à 3 μm ;

Tableau 2. Méthodes pour augmenter l'immunité au bruit de l'ICSO

	Traits positifs	Qualités négatives
Différentiel		Faible immunité au bruit aux interférences non corrélées
Filtrage de fréquence	Suppression partielle des interférences solaires et convectives	Complexité de mise en œuvre pour les systèmes multicanaux
Filtrage spectral	Facilité de mise en œuvre. Suppression partielle des interférences solaires.	Les interférences convectives ne sont pas supprimées
Bi-bande	Suppression complète des interférences solaires, chemin de traitement simple	Possibilité de bloquer le produit par des sources lumineuses externes. Les interférences convectives ne sont pas supprimées. La nécessité d'un canal optique supplémentaire
Filtrage de fréquence spatiale optimal	Suppression partielle des interférences de fond et solaires. Facilité de mise en œuvre	La nécessité d'utiliser des récepteurs avec formulaire spécial zone sensible
Méthodes paramétriques	Suppression partielle du bruit de fond. Suppression significative des interférences solaires	Complexité du chemin de traitement

Les lentilles de Fresnel sont réalisées sous la forme de cercles concentriques estampés sur la surface de la fenêtre d'entrée en polyéthylène avec une distance focale correspondant au niveau de rayonnement maximum caractéristique de la température du corps humain. Les rayonnements d’autres longueurs d’onde seront « flous » lorsqu’ils traversent cette lentille et, ainsi, atténués.

Ces mesures permettent de réduire des milliers de fois l'impact des interférences provenant de sources situées en dehors de la plage spectrale et d'assurer la capacité de l'ICSO à fonctionner dans des conditions de fort éclairement solaire, d'utilisation de lampes d'éclairage, etc.

Un moyen puissant de protection contre les interférences thermiques est l'utilisation d'un récepteur pyro à deux sites avec formation d'une zone de sensibilité à deux faisceaux. Le signal de passage humain se produit séquentiellement dans chacun des deux faisceaux, et le bruit thermique est largement corrélé et peut être atténué à l'aide d'un simple circuit de soustraction. Tous les ICSO passifs modernes utilisent des éléments à deux plaques, et les derniers modèles utilisent également des pyroéléments quadruples.

Au début de notre considération sur les algorithmes de traitement du signal, la remarque suivante doit être faite. Pour désigner un algorithme, différentes entreprises de fabrication peuvent utiliser une terminologie différente, puisque le fabricant donne souvent un nom unique à un certain algorithme de traitement et l'utilise sous sa propre marque, bien qu'en substance il puisse utiliser n'importe quel algorithme. méthode traditionnelle analyse du signal, également utilisée par d'autres sociétés.

Algorithme filtration optimale implique d'utiliser non seulement l'amplitude du signal, mais toute son énergie, c'est-à-dire le produit de l'amplitude et de la durée. Une caractéristique informative supplémentaire du signal est la présence de deux fronts - à l'entrée du "faisceau" et à sa sortie, ce qui permet d'éliminer de nombreuses interférences qui ont la forme d'une "marche". Par exemple, dans l'IKSO Vision-510, l'unité de traitement analyse la bipolarité et la symétrie de la forme du signal provenant de la sortie d'un récepteur pyroélectrique différentiel. L'essence du traitement est de comparer un signal avec deux seuils et, dans certains cas, de comparer l'amplitude et la durée de signaux de polarités différentes. Une combinaison de cette méthode avec un comptage séparé des dépassements de seuils positifs et négatifs est également possible. La société PARADOX a donné à cet algorithme le nom d’Analyse d’Entrée/Sortie.

Étant donné que les interférences électriques ont soit une courte durée, soit un front raide, pour augmenter l'immunité au bruit, il est plus efficace d'utiliser un algorithme de désaccord - identifiant un front raide et bloquant le périphérique de sortie pour la durée de son action. De cette manière, un fonctionnement stable du CO est obtenu même dans des conditions d'interférences électriques et radio intenses allant de centaines de kilohertz à un gigahertz à des intensités de champ allant jusqu'à SE/m. Les passeports pour les ICSO modernes indiquent la résistance aux interférences électromagnétiques et radio avec des intensités de champ allant jusqu'à 20...30 V/m.

La prochaine méthode efficace pour augmenter l'immunité au bruit consiste à utiliser un circuit "compter le pouls" Le diagramme de sensibilité des CO « volumes » les plus courants présente une structure multifaisceaux. Cela signifie qu'en se déplaçant, une personne traverse plusieurs rayons successivement. De plus, leur nombre est directement proportionnel au nombre de rayons formant la zone de détection du CO et à la distance parcourue par une personne. La mise en œuvre de cet algorithme varie en fonction de la modification du SO. Le plus souvent, un réglage manuel du commutateur est utilisé pour compter un certain nombre d'impulsions. Évidemment, à cet égard, avec une augmentation du nombre d'impulsions, l'immunité au bruit de l'ICSO augmente. Pour que l'appareil fonctionne, une personne doit traverser plusieurs faisceaux, mais cela peut réduire la capacité de détection de l'appareil en raison de la présence de « zones mortes ». Le PARADOX ICSO utilise un algorithme breveté de traitement du signal pour le récepteur pyro APSP, qui permet une commutation automatique du comptage d'impulsions en fonction du niveau du signal. Pour les signaux de haut niveau, le détecteur génère immédiatement une alarme, fonctionnant comme un seuil, et pour les signaux de bas niveau, il passe automatiquement en mode comptage d'impulsions. Cela réduit le risque de fausses alarmes tout en conservant la même capacité de détection.

Les algorithmes de comptage d'impulsions suivants sont utilisés dans ICSO Enforcer-QX :

SPP - le comptage d'impulsions est effectué uniquement pour les signaux à signes alternés ;

SGP3 - seuls les groupes d'impulsions de polarité opposée sont comptés. Ici, une condition d'alarme se produit lorsque trois de ces groupes apparaissent dans un délai spécifié.

DANS dernières modifications Le circuit ICSO est utilisé pour augmenter l'immunité au bruit "accueil adapté". Ici, le seuil de réponse surveille automatiquement le niveau de bruit, et lorsqu'il augmente, il augmente également. Toutefois, cette méthode n’est pas exempte d’inconvénients. Dans un diagramme de sensibilité multifaisceaux, il est très probable qu'un ou plusieurs faisceaux soient dirigés vers une zone d'interférence intense. Ceci définit la sensibilité minimale de l'ensemble de l'appareil, y compris les faisceaux où l'intensité des interférences est insignifiante. Cela réduit la probabilité globale de détection de l’ensemble de l’appareil. Pour éliminer cet inconvénient, il est proposé d'« identifier » les rayons avec le niveau de bruit maximum avant d'allumer l'appareil et de les ombrer à l'aide d'écrans opaques spéciaux. Dans certaines modifications d'appareils, ils sont inclus dans le colis de livraison.

L'analyse de la durée des signaux peut être réalisée à la fois par la méthode directe de mesure du temps pendant lequel le signal dépasse un certain seuil, et dans le domaine fréquentiel en filtrant le signal issu de la sortie du détecteur pyroélectrique, notamment à l'aide seuil "flottant", en fonction de la plage d'analyse de fréquence. Le seuil de réponse est fixé à un niveau bas dans la gamme de fréquences du signal utile et à plus haut niveau en dehors de cette plage de fréquence. Cette méthode est intégrée à l'Enforcer-QX ICSO et a été brevetée sous le nom IFT.

Un autre type de traitement destiné à améliorer les caractéristiques de l'ICSO est compensation automatique de la température. Dans la plage de température ambiante de 25...35°C, la sensibilité du récepteur pyro diminue en raison d'une diminution du contraste thermique entre le corps humain et l'arrière-plan, et avec une nouvelle augmentation de la température, la sensibilité augmente à nouveau, mais « avec le signe opposé ». Dans les circuits de compensation de température dits « classiques », la température est mesurée et lorsqu'elle augmente, elle augmente automatiquement plus fortement. À "réel" ou "dans les deux sens" compensation, l'augmentation du contraste thermique pour les températures supérieures à 25...35°C est prise en compte. L'utilisation d'une compensation automatique de température garantit une sensibilité IR presque constante sur une large plage de températures. Une telle compensation thermique est utilisée dans ICSO de PARADOX et S&K SYSTEMS.

Les types de traitement répertoriés peuvent être effectués par des moyens analogiques, numériques ou combinés. Dans les ICSO modernes, les méthodes de traitement numérique sont de plus en plus utilisées à l'aide de microcontrôleurs spécialisés dotés d'ADC et de processeurs de signal, ce qui permet un traitement détaillé de la structure « fine » du signal pour mieux le distinguer du bruit de fond. Récemment, des rapports ont été publiés sur le développement d'ICSO entièrement numériques, qui n'utilisent aucun élément analogique. Dans cet ICSO, le signal de la sortie du récepteur pyro est directement envoyé à un convertisseur analogique-numérique avec une plage dynamique élevée et tous les traitements sont effectués sous forme numérique. L'utilisation d'un traitement entièrement numérique vous permet de vous débarrasser de ces « effets analogiques » tels que d'éventuelles distorsions du signal, des déphasages et un bruit excessif. Le Digital 404 utilise l'algorithme de traitement du signal breveté de SHIELD, qui inclut APSP, et analyse les paramètres du signal tels que l'amplitude, la durée, la polarité, l'énergie, le temps de montée, la forme d'onde, le temps d'apparition et l'ordre. Chaque séquence de signaux est comparée aux modèles correspondant au mouvement et aux interférences, et même le type de mouvement est reconnu et si les critères d'alarme ne sont pas remplis, les données sont stockées en mémoire pour l'analyse de la séquence suivante ou la séquence entière est supprimée. L'utilisation combinée d'un blindage métallique et d'une suppression logicielle du bruit a permis d'augmenter la résistance du Digital 404 aux interférences électromagnétiques et radioélectriques à 30...60 V/m dans la plage de fréquences de 10 MHz à 1 GHz.

On sait qu'en raison du caractère aléatoire des signaux utiles et interférents, les meilleurs algorithmes de traitement sont ceux basés sur la théorie des solutions statistiques. À en juger par les déclarations des développeurs, ces méthodes commencent à être utilisées dans les derniers modèles IKSO de S&K SYSTEMS.

D'une manière générale, il est assez difficile de juger objectivement de la qualité du traitement utilisé, en se basant uniquement sur les données du fabricant. Les signes indirects d'un CO ayant des caractéristiques tactiques et techniques élevées peuvent être la présence d'un convertisseur analogique-numérique, d'un microprocesseur et d'un grand volume de programmes de traitement utilisés.