Линза Френеля и ее роль в датчиках движения
Несмотря на разнообразие инфракрасных датчиков движения, практически все они одинаковы по своей структуре. Основным элементом в них является пироприемник, или пиродетектор, который включает в себя два чувствительных элемента.
Зона обнаружения пироприемника – два узких прямоугольника. Чтобы увеличить зону обнаружения с одного луча прямоугольной формы до максимально возможного значения
и повысить ее чувствительность, используются собирающие линзы.
Собирающая линза по форме выпуклая, она направляет падающие на нее оптические лучи в одну точку F – это главный фокус линзы. Если использовать несколько таких линз, зона обнаружения увеличится.
Использование сферических выпуклых линз утяжеляет и удорожает конструкцию устройства. Поэтому в инфракрасных датчиках движения и присутствия используется линза Френеля.
Линза Френеля. История создания
Французский физик Огюст Френель в 1819 году предложил свою конструкцию линзы для маяка.
Линза Френеля образована от сферической линзы. Последнюю разделили на множество колец, уменьшенных по толщине. Так получилась плоская линза.
Благодаря такой форме, линзы начали изготавливать из тонкой пластиковой пластины, что позволило применять их в осветительных устройствах и датчиках движения и присутствия.
Линзы датчика состоят из множества сегментов, представляющих собой линзы Френеля. Каждый сегмент сканирует определенную область зоны охвата датчика. Формы линз датчиков движения определяют форму зоны обнаружения.
Например, у потолочных устройств форма линз – полусфера, соответственно зона обнаружения 360 градусов. У устройств с цилиндрической формой линз она обычно составляет 110-140 градусов. Есть и квадратные формы зон обнаружения.
Линейка инфракрасных датчиков движения и присутствия компании B.E.G имеет высококачественные линзы Френеля, которые обеспечивают отличные параметры обнаружения.
Линза в датчике движения играет важную роль и без нее устройство не может функционировать правильно.
Источник
Что такое пиродатчик и как самому сделать ИК-датчик движения
Датчики движения уже давно стали привычными в охране помещений.В качестве детектора-сенсора перемещения в основном применяют пиродатчик,реагирующий на инфракрасное ИК излучение.Белое и сферичное на фото-это линза Френеля,о ней позже.
Для начала надо узнать,из чего состоит пиродатчик и как он работает. Пиродатчик в моем варианте имеет три вывода,это ик -пиродатчик 834S.Черное окошко это инфракрасный фильтр,который пропускает ик волны а другие задерживает.
На корпусе есть выступ,возле него находится вывод плюс питания.Далее идет вывод выхода и минус питания.
За ик фильтром можно увидеть хрупкую пластину,именно эта пластина улавливает изменение температуры и изменяет свою величину поляризации и появляется электрическое поле.Называется пластина-пироэлектрик.За этой пластиной находится полевой транзистор,который усиливает это электрическое поле,появляющееся на пластине-пироэлектрике при изменении температуры(перемещении).
Линза Френеля служит для фокусировки ик-лучей на пироэлектрик.
На основе этого пиродатчика,можно собрать простейший датчик движения,чувствительность у него будет очень низкая,но для эксперимента сойдет.В качестве регистрации изменений подключен микроамперметр.При включении,надо подождать пока стрелка не установится на середине шкалы.Теперь,если рядом с датчиком зажечь зажигалку или взмахнуть рукой,стрелка будет чуть отклоняться и снова приходить в исходное положение.
Источник
Форумы на DIYProjector.info: Самодельная Френель — Форумы на DIYProjector.info
Самодельная Френель как создать большую линзу-заменитель френели
#1 
PhenoMen
PhenoMen - Активный участник
В етой теме обсуждаем идеи как можно дома создать большую линзу-заменитель френели из обыкновенного оргстекла или оптических компаундов.
Некоторые спросят: почему же я создал такую тему если есть френели? Отвечаю — потому что не везде можно купить ети френели(на Украине например нет нигде френелей с размерами пригодными для создания проектора), а в случае с Френелью под монитор 21.5 дюйма я и в росии не нашел предложений с такими размерами (60х60см получаеться размер). Только за бугром.
У меня возникла идея сделать большую линзу так:
1) берем сателитную антенну (тарелку) диаметром 0.6м (для линзы на монитор 21.5 дюйма должно хватить). снимаем с антенны фарбу смывкой для фарбы (по идее должен быть гладкий металл после отмывки фарбы).
2) кладем в тарелку куски прозрачного оргстекла, предварительно рассчитав суммарный обьем кусочков. (обьем должен быть больше полости тарелки)
3) кладем тарелку с оргстеклом и квадратный кусок оконного стекла с размером стороны 0.6м в кухонную духовку и выставляем температуру нагрева 180-200 град и разогреваем. (внимание температура воспламенения оргстекла 260 градусов — будьте осторожны! более подробно
-википедия)
4) когда пластик полностью расплавиться и температура достигнет 200 градусов, открываем духовку вынимаем квадрат из оконного стекла и кладем его на тарелку с расплавленным оргстеклом сверху для создания плоской ровной поверхности нашей линзы.
5) выключаем духовку, ждем остывания. Проверяем результат. Должна создаться плоско-выпуклая линза (полный аналог одной френели)
6) делаем такую же линзу и складываем по схеме для проектора (выпуклостями одна к одной а плоскостями наружу)
Вопрос : возможно ли так создать приемлемую по качеству линзу-заменитель френели? (френель ведь тоже не можно считать качественной линзой- изображения из нее не получишь, только свет можно собрать в фокус более-менее равномерно с поверхности, что и нужно для проектора).
И еще я слышал такой термин как «параболическая антенна» для сателлитных антенн . Ето значит что форма кривизны в такой антенны парабола а не круг? Если да то будет ли работать в таком случае отлитая линза ? (ето уже получиться асферический тип линз какбы)
Если не будет работать тогда я предлагаю заменить сателлитную антенну на сферический отражатель для прожектора (правда где купить сферический отражатель диаметром 0.6м я не нашел в интернете) или еще на что то другое сферической формы (высказывайте свои идеи).
Возможно просто взять компаунд оптический создать линзу по такой же схеме с оконным стеклом и тарелкой но без духовки, но я не уверен в результате и такое количество компаунда будет стоить не дешево имхо и нужно день ждать минимум, а если будет косяк (пузырьки или дефект поверхности) то переделать такую линзу невозможно — надо новый компаунд покупать, а если с оргстекла делать — то можно опять переплавить линзу в духовке и исправить косяк (так более дешево получается).
Сообщение отредактировал PhenoMen: 10 Август 2012 — 19:00
#2 МАКС
- Активный участник
— фокус парабалической антены откланен от ее оси — сам глянь, приемник устанавливают не по центру тарелки а ниже, соответствено данная форма не подайдет.
«ето уже получиться асферический тип линз какбы»
— асферический тип линз тоже используют в качестве соберающей оптики..
— «спекании» акрила не под давлением практически гарантированно даст немеренное количество пузырьков и неоднородностей. — а опт полимеры да, удавольствие не дешовое подороже комплекта френей.
— по поводу формы вопрос не простой и скорее всего какогото готового решение не найдешь..
#3 luckylamer
- Активный участник
харошая однако у тебя духовка (0.6м) наверное свиной окорочок целиком запечь можно. можно санки круглые было бы, кстати тоже параболоид говорят. отливать хоть плав, хоть компаунд, хоть насыщенный раствор нужно с разряжением, что бы вышли пузырьки.
полировать пластик(а это по любому) занятие весьма и весьма не благодарное.
Сообщение отредактировал luckylamer: 10 Август 2012 — 10:42
#4 PhenoMen
- Создатель темы
- Активный участник
Сообщение отредактировал PhenoMen: 10 Август 2012 — 20:46
#5 МАКС
- Активный участник
— дихлорэтан черезвычайно ядовит даже в малых количествах а для того чтобы растворить необходимое количество акрила для такой линзы его понадобится литры.
«думаю можно еще взять форму для отливки из под сферических зеркал (есть такие в продаже диаметром до 1.2м, используют для надзора и на дорогах для улучшения безопасности движения).»
— ты сперва прикинулбы какой фокус получится у такой линзы — не один метр.
— поищи в инете формулу расчета линзы, посчитай, начерти а после прикинь какой будет ВЕС у линзы диаметром в 0,6м и с фокусом хотябы в 1метр />
Источник
Датчик движения для охранных систем
В последнее время в устройствах охраны нередко можно встретить бесконтактные датчики, реагирующие на тепловое излучение. Внешне они выглядят как некие коробочки с матовым стеклом, обращенным к зоне охраны. «Матовое стекло» неоднородно: оно разграничено на сектора с разным углом наклона и разной плотностью относительно поверхности. Это линзы Френеля. В зависимости от типа применяемой линзы можно получать территорию перекрытия (охраны) такого датчика вертикальную — типа «занавес», широкую по глубине, сфокусированную или размытую. Когда в зоне защиты появляется излучатель тепла — человек или животное, — тепловое излучение в инфракрасном спектре улавливается датчиком, усиливается и управляет оконечным силовым каскадом. Оконечное устройство — реле может управлять сиреной либо любой другой нагрузкой. Таким образом, удалось создать автоматический выключатель освещения, который в активное состояние приводится при появлении человека в комнате. Чувствительность прибора регулируется изменением угла наклона и приближения к линзе самого датчика и электронным способом — регулировкой усиления первого каскада схемы. В схемах охраны такие датчики получили названия инфракрасных датчиков движения или просто «датчиков движения». Инфракрасный датчик — это пироэлектрический детектор, состоящий из чувствительных керамических поверхностей, закрытых кварцевым окном, пропускающим только ИК лучи. В корпусе типа ТО-5 реализован полевой транзистор, усиливающий сигнал с чувствительной поверхности.
Электрическая схема устройства (рис. 1.17) состоит из инфракрасного датчика PR2, двухкаскадного усилителя и схемы задержки выключения. Кроме того, на одном элементе D1.3 выполнено фотореле, реагирующее на общую освещенность площади перекрытия. Задержка выключения 30. 60 с необходима квартирному автомату для плавного выключения света после возможного быстрого выхода человека из помещения. Фотореле также необходимо для того, чтобы свет включался только во время явно недостаточной освещенности комнаты, например, вечером, а не каждый раз, шэгда входит человек. Оба второстепенные устройства можно Последствий из схемы исключить или дополнить. Если оставить ітолько датчик движения, то элементы D1.3, D1.4, R17, R18, R19, •R20, PR1, R6, R7, R11, R12, R13.R14, R15, С6, С8 из схемы нужно Исключить, а между выв. 1 и 3 D1.2 включить компенсационную ідепь обратной связи, аналогичную C3R2 в первом каскаде. Ограничительный резистор R16 в таком варианте следует подключать к точке соединения катодов VD1, VD2.
Наш полный вариант прибора без сбоев работает на кухне, ^обеспечивая управление освещением. Самая дорогостоящая деталь схемы — сам датчик — пироэлектрический детектор марки RE46, который взят из схем охраны. Однако ввиду массового производства датчиков движения стоимость его стала невелика, а .эффективность предлагаемой схемы превосходит распространенные на практике среди радиолюбителей устройства типа емкостных и индуктивных датчиков и инфракрасных барьеров.
Схема работает следующим образом. Быстрое изменение теплового поля в зоне активности датчика приводит к небольшим до (50 мВ) скачкам напряжения на его выходе. Этот сигнал усиливается первым каскадом на полосовом усилителе D1.1 подается на неинвертирующий вход элемента ОУ D1.1 с той же полярностью. Микросхема D1 КР1401УД2А состоит из четырых независимых однотипных операционных усилителей, объединенных по питанию, и реализованных на полевых транзисторах по КМОП-технологии. Следующий усилительный каскад выполнен на втором ОУ. Конденсатор С2 ослабляет помехи, вызываемые искусственным освещением, когда свет уже зажжен. Если увеличить его емкость, усилится помехоподавление, но снизится чувствительность — медленные во времени перемещения останутся без реакции прибора, что недопустимо.
Чувствительность датчика можно незначительно изменить резистором R4 и конденсатором С1. Делитель напряжения R8 R5 R9 задает смещение ОУ около 8В, т. е. 2/3 Un. На компараторе D1.3 реализовано фотореле, порог срабатывания которого регулируется переменным резистором R14. Фоторезистор чувствительной поверхностью должен быть закреплен на раме и обращен к стеклу окна. При затемненности фоторезистора PR1 (СФЗ-1) на выходе ОУ D1.3 имеется положительный потенциал, корректирующий режим усиления второго каскада. Конденсатор С4 не пропускает постоянную составляющую двух каскадов усиления, а конденсатор С5 стабилизирует напряжение смещения D1.2. Коэффициент усиления первых двух ОУ регулируется резистором R4. На элементе D1.4 реализовано реле времени, запускаемое выпрямленным положительным сигналом, приходящим с выхода D1.2. Время задержки выключения зависит от номиналов элементов С6, R6, R7. Цепь R6 R7 при нахождении оптимальной задержки целесообразно заменить на один постоянный резистор. Диод VD1 препятствует току утечки конденсатора Сб. С выхода D1.4 импульс включения поступает на транзисторный ключ, который коммутирует реле К1. Реле своими контактами на замыкание включает лампу освещения кухни. К1 — реле на напряжение срабатывания 10. 12 В с контактами управления нагрузкой до 2 А. В качестве К1 подходит автомобильное реле. Эксперименты со схемой показали, что есть еще один, альтернативный, вариант подключения инфракрасного (рис. 1.18) где показан первый каскад усиления. Регулируется усиление переменным резистором R6.
Схему можно питать постоянным стабилизированным напряжением +12. +14 В, полученным от стабилизатора с понижающим трансформатором Т1 типа ТВЗ-1-12(рис. 1.19) или от сетевого бес-трансформаторного источника (рис. 1.20).
Печатная плата не разрабатывалась. Элементы схемы крепятся на монтажной плате и закрываются пластмассовым корпусом типа ОПК-10. При монтаже необходимо быть осторожным. Паять датчик PR2 нужно аккуратно, желательно с антистатическим заземленным браслетом, не перегревая его выводов — пайка каждого вывода не более 1 с.
Перегрев может вывести прибор из строя или (что также подтверждено практикой) ухудшить его чувствительные характеристики.
Линза Френеля заимствована из охранной системы, так как дает наибольший эффект, а изготовить ее самостоятельно не представляется возможным. Датчик PR2 чувствительной стороной аккуратно приклеивают к линзе микрокаплей моментального клея типа «Супермомент-гель». Клей не должен попадать на защитное кварцевое окно. Линза СЕ12 создает 24 сектора (зоны контроля) и обеспечивает стабильную реакцию на излучатель тепла в зоне от 1,5 до 7 м от датчика. Края линзы перед установкой в пластмассовый корпус необходимо проложить прорезиненной прокладкой, например, кембриком от электрического кабеля. При отсутствии промышленной линзы можно использовать выпуклое или плоское матовое оргстекло размерами 40×60 мм. Тогда чувствительность ухудшится, но будет обеспечен контроль территории на глубину 2. 3 м от поверхности датчика.
Немного об особенностях установки. Датчики движения редко дают сбои, связанные с ложными срабатываниями, однако совсем исключить их нельзя. Чаще всего причиной ложных срабатываний датчиков движения являются насекомые, в частности пауки, плетущие паутину под потолком в углах помещения — местах расположения пироэлектрических детекторов. Выйти из положения можно двояко: скомбинировать датчик движения с другим, например, емкостным датчиком или использовать для монтажа корпусов датчиков движения стойки из каштанового дерева (пауки избегают его), периодически распылять инсектициды вокруг корпусов пироэлектрических детекторов. Кроме того, нежелательно размещать датчики движения вблизи нагревательных приборов (камин, электровентилятор, кондиционер и другие сами по себе являются источником излучения тепловых сигналов ИК спектра). В комнате необходимы шторы, прикрывающие рабочую поверхность датчика от попадания прямых солнечных лучей из окна по причине, рассмотренной выше.
Литература: А. П. Кашкаров, А. Л. Бутов — Радиолюбителям схемы, Москва 2008
Источник