Универсальный детектор ИК и радиоволн

Введение

Датчики инфракрасного (ИК) диапазона широко применяются в различных областях техники. К таковым относятся, прежде всего:

• оборонная отрасль, безопасность и наблюдение, спасательные работы в чрезвычайных ситуациях;
• космос — наблюдение за поверхностью Земли, в том числе гиперспектральное, и спектроскопия;
• промышленность — неразрушающий контроль, мониторинг, обнаружение утечек различных газов;
• научные исследования;
• автомобильные системы ночного видения;
• пользовательский ИК-интерфейс;
• системы видеонаблюдения.

В практических областях, где требуется обнаружить, распознать и идентифицировать объекты, максимум теплового излучения приходится на длинные волны (8–12 мкм) диапазона ИК-спектра. Область применения ИК-датчиков постоянно расширяется, прежде всего, за счет развития детекторов длинноволнового диапазона на основе нанотехнологий. Появление таких детекторов относится к середине 1980-годов. В 1986 году шведская компания Acreo приступила к проведению исследований по ИК-тематике с полупроводниками III и V групп из арсенида галлия / арсенида алюминия-галлия (GaAs/AlGaAs). Исследования и разработки продолжались более 10 лет, и в 1999 году компания Acreo одной из первых в мире приступила к промышленному выпуску FPA (Focal Plane Array) на квантовых ямах — матриц из чувствительных в ИК-диапазоне пикселей (QWIP-датчиков). В 2007 году часть активов фирмы Acreo была передана новой компании IRnova, в штат которой были включены сотрудники, занятые разработкой и производством QWIP-датчиков.

За время своего существования компания IRnova выпустила тысячи QWIP-датчиков, успешно функционирующих по всему миру в разных областях применения. Сочетание знаний и опыта сотрудников IRnova, внедрение современных технологий производства и достижение соответствия стандарту ISO9001 предопределили высочайшее качество выпускаемой продукции: за весь период производства не было ни одного случая рекламации от заказчиков на QWIP-датчики IRnova.

Основные виды по принципу действия

В зависимости от принципа действия различают такие виды устройств:

• Инфракрасные модели.
• Ультразвуковые товары.
• Лазерные новинки.
• Радиолучевые приборы.
• Сейсмические.
• Магнитные.

Инфракрасный тип

Устройство данного типа работает по принципу изменения теплового фона. Основным элементом выступает пироэлектрический сенсор. Инфракрасные модели наиболее распространены среди охранных агентств, и считаются относительно недорогими. Если разбирать устройство, применяется линза Френеля, компактная оптическая система. Инфракрасное излучение, в конечном счете, попадает на участок электрического сенсора. Прибор срабатывает за счёт изменения температуры луча.

Ультразвуковой тип

Модели функционируют за счет отражения радиоволн. В центре датчика имеется генератор, и он выступает приемником электроколебаний. Ультрафиолетовые детекторы отличаются по параметрам, и в первую очередь, учитывается частотный диапазон. Устройство фиксирует колебания, тепловое излучение.

К недостаткам относят восприимчивость к промышленным звукам. Если применяется слабозащищенный корпус, и наблюдаются перепады температуры и влажности, детектора выйдет из строя.

Лазерный тип

Устройства являются новыми и используются на улицах вблизи жилых, коммерческих объектов. У них применяется детектор движения высокой проводимости, модели функционируют по принципу триангуляции, подключается система интеллектуального анализа. За счёт этого происходит точное распознавание движущихся объектов. Сигнал чаще всего посылается по беспроводной связи, дистанционно на пульт.

К основным характеристикам лазерных датчиков относят следующее:

• Разрешение прибора.
• Размеры конструкции.
• Рабочий диапазон температур.
• Проводимость микроконтроллера.
• Количество режимов.
• Точность устройства.

Радиолучевой тип

Датчики данного типа функционируют за счет приемника, который способен улавливать СВЧ-сигнал. Сенсор отслеживает изменения амплитуды, способен анализировать принимающий сигнал. Система автоматически распознаёт посторонние предметы. К недостаткам относят жесткие требования касаемо охраняемой поверхности. Она должна быть ровной, по периметру недопустимы кустарники, деревья.

При установке радиолучевых систем учитывается площадь объекта. На большой территории элементы устанавливаются вдоль ограды. Также рассматриваются варианты с контролем выборочных участков. Вблизи приёмника находится слепая зона, и злоумышленники могут этим воспользоваться. На небольшом расстоянии от земли чувствительность передатчика понижается, поэтому есть ограничения касательно обнаружения людей. В комплекте включаются блоки, которые необходимы для питания системы, они устанавливаются на земле, применяются стойки.

Сейсмический тип

Датчики сейсмического типа устанавливаются под землей, их легко замаскировать. Нарушитель наверняка не сможет распознать устройство. Учитывается защищенность сенсора, улавливаются малейшие колебания. К недостаткам относится завышенная стоимость.

Магнитный тип

Выпускаются контактные и бесконтактные датчики, которые хорошо реагируют на металлические предметы, в центре устройства находится контакт, который может быть открыт либо закрыт. Как понятно из названия, принцип действия построен на изменении характеристик магнитного поля.

Помимо контакта в устройстве применяется катушка индуктивности. При движении металлического предмета происходит изменение амплитуды колебаний от генератора. Вследствие этого создаются вихревые токи и сигнал от датчика поступает на пульт.

Усреднение по нескольким измерениям

Как будет описано в следующей главе, современные анализаторы обладают возможностью усреднения кривых по нескольким измерениям (усреднение графика по нескольким проходам, или «усреднение трассы»). Этот метод усреднения частично приводит к результатам, отличающимся от результатов при использовании узкополосных видеофильтров.

В зависимости от того, отображается ли записанная кривая в линейном или логарифмическом масштабе уровней, для усреднения используются линейные или логарифмические выборки. Искажение графика при усреднении зависит от режима отображения.

В случае усреднения по нескольким измерениям отображаемые уровни шума не сходятся для детекторов максимального пика, минимального пика и выборки. Среднее значение получается из максимального и минимального значений, тогда как при использовании видеофильтра выборки усредняются перед взвешиванием и, следовательно, сходятся.

Детектор выборки дает средний уровень шума. При отображении уровня в логарифмическом масштабе отображаемое среднее значение занижается на 1,45 дБ, как уже объяснялось выше. При отображении уровня в линейном масштабе и большой полосе пропускания видеосигнала (VBW ≥ 10 · RBW) в результате получается истинное среднее значение, как и при использовании детектора средних значений.

При использовании автоматического пикового детектора усреднение по нескольким кривым не рекомендуется, поскольку на дисплее отображаются максимальное и минимальное значения. При активировании функции усреднения трассы, часто выполняется автоматическое переключение на детектор выборки.

Для детектора RMS усреднение трассы не допускается ни в линейном, ни в логарифмическом режиме.

Технические характеристики

Среди основных технических характеристик выделяют такое:

• Дальность детекции.
• Допустимая высота установки.
• Рабочая температура.
• Скорость детекции.
• Размеры прибора.
• Направленность луча.
• Ток потребления.
• Допустимый уровень влажности.
• Потребление электроэнергии.

Рабочее напряжение и его тип

Одной из основных характеристик является рабочее напряжение. При подключении модели к сети учитываются её особенности. Если рассматривать жилое здание, напряжение составляет 220 вольт. Наиболее распространенными являются датчики на 12 вольт, и для них требуется блок питания. Производитель на товаре может указывать рабочее и максимальное напряжение. Для безопасной работы устройства рекомендуется придерживаться рекомендаций. Все что связано с электроснабжением, описано в ГОСТе 23875 88.

Тип и ток подключаемой нагрузки

Для стабильной работы датчиков применяются автоматические выключатели, которые отвечают за ток подключаемой нагрузки. Автоматы обеспечивают защиту от коротких замыканий. Чтобы избежать перегрузок, проводка скрывается, требуется соблюдать меры безопасности. При подключении автомата учитывается номинальный ток приемника. Также берется в расчет сечение токопроводящего провода. Любая перегрузка может привести к пожару.

Защита от пыли и влаги

При установке уличного датчика, в первую очередь, он подвергается воздействию пыли и влаги. Производитель в обязательном порядке указывает класс модели. На основании этого можно судить о том, насколько товар защищен. Стандартный датчик средней ценовой категории из Китая имеет защиту IP20.

Уровень действия устройства

При выборе подходящего датчика учитывается его уровень действия, оцениваются углы обзора. В любом случае у модели будут слепые зоны

При монтаже важно закрепить датчик таким образом, чтобы охватить большую территорию

Радар-детектор: зачем он нужен

Радар-детекторы – это устройства, которые позиционируются не для гонщиков, а наоборот – для спокойной, кмфортной езды. Это устройство не позволит вам ездить со скоростью 200 км/ч. Надавить на педаль «газ» вы конечно можете до упора, но радар-детектор не освобождает вас от наказания за превышение скорости. Кроме того, если на такой высокой скорости, радар-детектор у вас сработает, вы вряд ли успеете снизить скорость. Резкое торможение на таких скоростях будет даже опаснее.

В радар-детекторах речь идет о превышении скорости на 20-30 км/ч. Если ваша скорость превышена в таких диапазонах, то выйти из-под штрафа – вполне реально. Польза радар-детектора на трассе очевидна.

В последнее время, в больших городах, участилась установка камер, которые следят за скоростью и порой не успеваешь уследить где они стоят. Поэтому, как в городе так и, конечно же, на трассе радар-детекторы будут очень полезны.

Как выбрать радар-детектор:

Электрическая схема детектора-индикатора мощности радиоволн

   Основой конструкции является комнатная телевизионная антенна типа «полуволновой разрезной вибратор». Полоса пропускания антенны 40-862 МГц, согласно данным на упаковке. К плечам диполя подключается мостовая схема, собранная на диодах VD1-VD4. Диодный мост дает постоянный ток, который измеряется мультиметром. Скорее всего, подойдут любые маломощные высокочастотные германиевые диоды, например ГД507, Д311, Д9, Д18, Д20. Мной лично схема испытана с диодами Д311 и Д9, особой разницы незаметно, конструкция работает и с теми и с другими. В качестве основного измерительного прибора был использован мультиметр, но можно использовать микроамперметром с током полного отклонения 50-100 мкА. Блокировочный конденсатор, емкостью около 1000 пФ, можно включить параллельно мультиметру, но он дает совсем небольшой прирост чувствительности. Схема собрана навесным монтажом непосредственно на телескопических плечах диполя и помещается в основании антенны.

   Меняя длину плеч диполя можно настраивать индикатор на разные частоты. Как известно антенна такого типа лучше всего принимает сигнал, длина волны которого в два раза больше длины общей длины двух плеч диполя. На всех фото мультиметр включен в режиме измерения постоянного напряжения с пределом 200 мВ.

   Даже если в вашем жилище индикатор мощности радиоволн обнаружит только низкий уровень излучения (чего вам и желаю), данная конструкция будет полезна. Индикатор покажет, где целесообразнее поставит и как ориентировать комнатную телевизионную антенну или радиоприемник. Максимальный уровень сигнала антенны дает, если плечи диполя располагаются в плоскости перпендикулярной направлению на передатчик. При измерениях следует помнить, что радиоволны могут передаваться и с горизонтальной и с вертикальной поляризацией, соответственно надо и изменять положение диполя в пространстве. Даже в разных комнатах одной и той же квартиры показания могут заметно различаться, во всех случаях антенна ориентирована, так что бы уровень сигнала был максимален.

   Эту комнатную антенну можно использовать как антенну типа V, для этого разведем плечи антенны на угол 40-70 градусов. Такая антенна обладает значительной направленностью. Максимальный уровень сигнала V антенны дает, если направить концы плеч в сторону источника сигнала.

   Максимальный уровень радиосигнала:

   Если развернуть антенну в противоположном направлении. То уровень сигнала сильно уменьшается.

   Так же следует обращать внимание на положение тела человека, который производит измерения, на следующем фото автор стоит между плечами антенны, то есть экранирует сигнал с наиболее выгодного направления

Originally posted 2019-03-04 11:28:38. Republished by Blog Post Promoter

Работа схемы

   В левом нижнем углу вы видите делитель напряжения для запитки микросхемы. Делитель создаёт двухполярку по 4,5В. Выше — дипольная антенна. Антенна будет забирать часть излучаемой энергии и диод будет выпрямлять ВЧ сигнал в напряжение постоянного тока. Это напряжение еще довольно низкое и должно быть усилено, прежде чем сможет контролировать отклонение стрелки. Сигнал затем входит в ОУ, который усиливает напряжение. Второй элемент ОУ выступает в качестве повторителя напряжения и устанавливает смещение (ноль) на индикаторе. В общем этот маленький прибор помог настроить уже не один десяток радиомикрофонов и других передатчиков.

Поделитесь полезными схемами

ПРОСТЕЙШИЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ    Пальчиковая батарейка, круглый магнит и проволока — вот и всё, что нужно для электромоторчика.

ПРОСТАЯ САМОДЕЛЬНАЯ РАЦИЯ    Схема простой самодельной радиостанции состоит из ВЧ генератора и ЗЧ-усилителя. Обе части работают как на прием, так и на передачу. Приемник – сверх регенеративный детектор. Сигнал снимается с коллектора транзистора VT1. Передатчик представляет собой ЗЧ-усилитель, нагруженный ВЧ-генератором, с выходом сигнала на телескопическую антенну.

САМОДЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАРЯДА АВТОАККУМУЛЯТОРОВ    Добрый вечер всем автолюбителям. Наступила зима со всеми своими проблемами и появляется множество проблем связанных с автомобилем, чаще всего с аккумулятором. Как правило старые аккумуляторы быстро разряжаются или теряют часть заряда и не у каждого есть зарядное устройство под рукой.

ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПЕЧАТНЫХ ПЛАТ       Простая технология рисования печатных плат. Данный метод был придуман из-за отсутствия стандартных способов рисования печатных плат.

РАБОТА ТРИГГЕРА      Триггер определяется, как бистабильный элемент, то есть логическое устройство с обработанными связями, которое может находиться в одном из двух устойчивых состояний, обеспечиваемых этими связями. Входами триггера R, T и S служат кнопки SB1 – SB3, нажатием которых подается напряжение высокого уровня. Индикаторами выходов Q и Q– являются лампы HL1 и HL2. При включении питания триггера загорается одна из ламп, например HL2. Если теперь на вход R подать 1, нажав кнопку SB1, триггер перейдет в другое устойчивое состояние – загорится лампа HL1, а лампа HL2 погаснет.

Радиоволновые и радиолучевые средства обнаружения

Позволяют оборудовать скрытые или маскируемые рубежи охраны периметра.

Различие между радиоволновыми средствами обнаружения (РВСО) и радиолучевыми (РЛСО) состоит в способе формирования чувствительной зоны: РВСО использует ближнюю зону распространения радиоволн (менее 10 длин волн), а РЛСО – дальнюю зону (более 100 длин волн) (рис. 6.7).

а)	б)
Рис. 6.7. Внешний вид РВСО (а) и РЛСО (б)

В зависимости от принципа действия различают:

– пассивные РВСО и РЛСО используют собственное излучение объекта обнаружения или вызываемое им изменение электромагнитных полей (ЭМП) внешних источников (как правило, вещательных теле- и радиостанций).

– активные РВСО и РЛСО используют собственный источник ЭМП для формирования чувствительной зоны.

По конструкционному исполнению:

– однопозиционные имеют общий блок приемопередатчика (пассивные РВСО и РЛСО всегда являются однопозиционными);

– двухпозиционныеимеют разнесенные блоки передатчика и приемника.

Форма чувствительной зоны для пассивных РВСО определяется формой диаграммы направленности антенны (рис. 6.8).

В первом случае она, как правило, круговая, а используемый диапазон 10 Гц…10 ГГц.

Во втором случае, как правило, чувствительная зона имеет лучевую форму и используются метровый и дециметровый диапазоны.

В РВСО в качестве чувствительных элементов используются кабели. На некотором расстоянии параллельно друг другу прокладываются два кабеля (две антенны) специальной конструкции (рис. 6.9). Зазоры между разреженными проводами «экрана» своеобразного коаксиального кабеля образуют щелевую антенну.

а)	б)
Рис. 6.8. Схематичное изображение круговой (а) и лучевой (б) диаграмм направленности

Рис. 6.9. Конструкция кабеля радиоволновой системы

Один из кабелей служит передающей антенной, другой – приемной антенной. При возбуждении первой антенны высокочастотными колебаниями она начинает излучать электромагнитное поле, воспринимаемое второй антенной. При этом приемник, подключенный к приемной антенне, принимает сигнал. Если в окрестности двух антенн появляется тело определенного объема с диэлектрической и/или магнитной проницаемостью, отличной от проницаемости свободного пространства, электромагнитное поле, воспринимаемое приемной антенной, искажается (изменяются его амплитуда и фаза). Это изменение детектируется и анализируется приемником-анализатором. Если анализируемый сигнал превышает пороговое значение, формируется сигнал тревоги.

Во избежание образования мертвых зон кабели смежных зон охраны размещают с некоторым перекрытием (2…5 м) в продольном направлении.

РЛСО содержат передатчики и приемники с узконаправленными антеннами. Используемый диапазон частот обычно лежит в пределах 10…40 ГГц. Сечение радиолуча в горизонтальной (а) и вертикальной (б) плоскостях показано на рис. 6.10. Рабочей зоной радиолучевых систем считают зону на участке ВС. На участке АВ луч слишком узкий, и его можно обойти. На участке СD площадь поперечного сечения луча слишком велика по сравнению с площадью потенциального нарушителя, и обнаруживающая способность системы оказывается пониженной. В то же время наличие луча на достаточно протяженном участке CD за пределами рабочей зоны накладывает серьезные ограничения на минимальные размеры зоны отчуждения. При использовании одиночных совмещенных приемопередатчиков типа радиолокаторов зона отчуждения должна превышать размеры участка CD.

Рис. 6.10. Схематичное изображение зоны обнаружения радиолучевой системы

РЛСО чаще всего используют для контроля протяженных прямолинейных участков, когда имеется достаточно свободного пространства для вынесения приемников и передатчиков за пределы охраняемых зон. РЛСО, как правило, применяются одновременно с другими средствами, которые позволяют закрыть присущие РЛСО мертвые зоны.

Дата добавления: 2015-09-07 ; просмотров: 5155 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник

Критерии выбора

Выбор радиоволнового извещателя должен учитывать ряд эксплуатационных особенностей:

Размеры контролируемой зоны – это наиболее важная характеристика для прибора. Границы зоны обнаружения не должны выходить за охраняемый периметр;
Дальность обнаружения – фактически это показатель мощности прибора. В зависимости от этого критерия рассчитывается количество устройств необходимых для контроля периметра или площади помещения;
Место применения – наружное или внутреннее. В большинстве случаев производители выпускают универсальные приборы, которые могут использоваться и в помещениях, и на улице

Однако применение специальных навесов или козырьков для защиты прибора от осадков обязательно;
При установке прибора необходимо обратить внимание на внешние факторы, которые могут повлиять на его работу: повышенная влажность в помещении, постоянные вибрации.

Детектор выборки

Детектор выборки производит выборку из огибающей сигнала ПЧ только один раз для каждого пикселя графика. То есть, как показано на рисунке 1, он выбирает для отображения только одно значение из выборок, выделенных пикселю. Если полоса обзора намного превышает полосу разрешения (SPAN / RBW >> количество пикселей на оси частот), обнаружение входных сигналов на отображаемом спектре будет ненадежным. Такая же ненадежность проявляется при выборе слишком большого шага перестройки гетеродина (смотрите ). В этом случае уровни сигналов могут отображаться неправильно, либо входные сигналы могут быть потеряны полностью.

Популярные модели — обзор

В завершение приведем краткий обзор наиболее востребованных и надежных датчиков движения:

Пирон-8 — датчик движения, предназначенный для защиты открытой территории и помещений. Он работает на оптико-электронном принципе, имеет 12-метровую зону действия и угловой охват 90 градусов. Питание осуществляется напряжением в диапазоне от 9 до 30 Вольт. Высота монтажа составляет от 2 до 3 м. Отличительной особенностью модели является защита от влаги и пыли (IP 54), что позволяет использовать детектор на открытых участках. Кроме того, устройство отличается наличием микропроцессорной обработки сигнала, наличием трех пироприемников и высокой надежностью. Стоимость составляет 2800-3000 рублей. Производитель — Россия.

Сокол-2 — детектор движения комбинированного типа, в основе которого положен инфракрасный и СВЧ принцип. Датчик фиксирует объект на удалении до 12 м, а угол охвата этой модели составляет 90 градусов. Один детектор способен защитить площадь до 50 кв. метров. Для питания устройства требуется 10-15 Вольт. К плюсам модели необходимо отнести устойчивость к движению небольших животных, помехоустойчивость, самоконтроль каналов, защиту от несанкционированного доступа и другие опции. Стоимость изделия — 1500-1600 рублей. Производитель — Россия.

Для повышения эффективности работы датчиков движения перед началом монтажа важно внимательно изучить руководство по эксплуатации. Как правило, установка детекторов производится на высоте 1,8-2,2 метров с помощью специальных креплений с возможностью регулирования угла установки

В этом случае можно точно настроить работу датчиков и «выжать» из каждого из них максимум возможностей.

Работа на радиоволновом (СВЧ) излучении

На основе транзистора VT1 действует автогенератор с мягким самовозбуждением. Он одновременно выступает смесителем и гетеродином для отраженного, поступающего сигнала.

Его частота, при появлении в поле действия постороннего объекта, незначительно изменяется на несколько герц. Эту разницу называют Доплеровским смещением.

Этот сигнал принимается ФНЧ L3 и через конденсатор 2 поступает на каскадный усилитель А1, который одновременно является и фильтром инфранизкочастотных колебаний.

Высокую термостабильность сигнала обеспечивает усилитель переменного тока. Изменяя положение резистора R11 можно регулировать чувствительность устройства.

Для эффективной работы детекторов движения основанных на СВЧ излучении необходимо чтобы площадь сечения отражающей поверхности была достаточно большой.

Кроме того, на чувствительность влияют и отражающая способность материала из которого состоит объект. Материалы, имеющие хорошую токопроводимость, лучше отражают СВЧ волны, в то время как диэлектрические объекты ее поглощают.

Теоретически, если взять ровную металлическую пластину и поместить ее под углом 450 по направлению излучения детектора, то можно добиться его несрабатывания.

На практике попадание объекта в зону сканирования приводит к резким изменениям амплитуды поступающего сигнала, вдобавок, дублируемого параллельным ИК сенсором.

Основой микроволнового детектора является генератор Ганна, приемо-передающая (трансиверная) антенна и смесительный диод Шотки. При подаче питания генератор начинает вырабатывать электромагнитные волны, которые антенна направляет в зону сканирования.

Некоторая часть волн попадает на диод Шотки где является эталонной. Отражаемый сигнал так же перенаправляется на смесительный диод, где определяется разность фаз. Таким образом, можно не только выявить движение в сканируемой зоне, но и при дополнительном анализе определить расстояние до него.

Наиболее распространенные частоты, используемые в СВЧ детекторах: Х-диапазон – 10,525 ГГц и К-диапазон – 21,125 ГГц. Для снижения потребления энергии во многих моделях используют импульсный режим сканирования.

СВЧ детекторы преимущественно используются для контролирования больших площадей и объемов в условиях большого акустического и температурного загрязнения.