Пироэлектрические приемники
Пироэлектрические преобразователи основаны на свойстве некоторых кристаллических диэлектриков (пироэлектриков) электризоваться при нагревании или охлаждении. Пироэлектрики спонтанно поляризованы, но в отличие от сегнетоэлектриков направление их поляризации не может быть изменено внешним электрическим полем. При неизменной температуре спонтанная поляризованность пироэлектрика скомпенсирована свободными зарядами противоположного знака за счет процессов электропроводности и адсорбции заряженных частиц из окружающей атмосферы. При изменении температуры спонтанная поляризованность изменяется, что приводит к освобождению некоторого заряда на поверхности пироэлектрика, благодаря чему в замкнутой цепи возникает электрический ток. Поверхностная плотность возникающих зарядов прямо пропорциональна градиенту температур на гранях пироэлектрика.
Значительным пироэффектом обладают некоторые сегнетоэлектрические кристаллы, к числу которых относятся ниобат бария-стронция, триглицинсульфат (ТГС), ниобат и танталат лития. Также к типичным линейным пироэлектрикам относятся турмалин и сульфат лития.
С практической стороны наибольший интерес представляют кристаллы триглицинсульфата и танталата лития. Наиболее сильным пироэффектом обладает водорастворимый кристалл ТГС, но его применение практически прекратилось из-за малой прочности и низкого значения температуры Кюри (около 49 °С), при превышении которой пироэффект необратимо исчезает. Поэтому основным серийным пироэлектриком для приема теплового излучения стал кристалл LiTaO3.
Отличительной особенностью пироприемников, предназначенных для регистрации теплового и электромагнитного излучений, является низкий коэффициент шумов и широкий спектральный диапазон излучений на частотах 10 10 -10 20 Гц (от сантиметровых волн до g-лучей). Чувствительность пироэлектрического конденсатора высока и достигает 20 В/°К независимо от его площади при постоянной времени 0,1-10 мкс. Порог чувствительности приемников определяют их тепловой и радиационный шумы.
Поскольку пироэлектрик реагирует на перепад температур, его целесообразно применять для контроля в динамическом режиме. В случае необходимости использования его в статическом режиме или при медленных изменениях потока инфракрасного излучения перед пироэлектрическим преобразователем устанавливают прерыватель потока или модулятор; модуляция потока может достигать 10 6 Гц.
Пироэлектрические приемники являются емкостными элементами, обладающими большим сопротивлением, что создает определенные трудности при согласовании с входным каскадом. К недостаткам пироэлектрических преобразователей также относится их подверженность влиянию вибраций и других внешних воздействий.
Пироэффект используется для создания тепловых датчиков и приемников лучистой энергии, предназначенных, в частности, для регистрации инфракрасного и СВЧ-излучения. Мощность и КПД пироэлектрических преобразователей энергии невелики, поэтому их основные технические применения находятся в области измерительной и преобразовательной техники.
Первые пироприёмники в СССР, на основе керамики титаната бария и ТГС, были разработаны в 1964 году в Институте физики АН УССР. Но основным отечественным разработчиком пироэлектрических приемников был московский НИИ «Полюс».
Этот приёмник работает в более ближнем ИК-диапазоне — 1. 14 мкм — чем более массовые из этого семейства.
Технические параметры
Одним из самых известных примеров такого приёмника является пироэлектрический модуль ПМ-4. Этот неохлаждаемый приемник инфракрасного излучения нашёл широкое применение в бесконтактных измерителях температуры и пожарных извещателях.
Модули ПМ-4 предназначены для детектирования энергии модулирования инфракрасного излучения в диапазоне длин волн от 2 до 25 мкм. Они могут быть использованы при частотах модуляции излучения от 0,1 Гц.
Условное обозначение пиромодулей в конструкторской документации: «модуль пироэлектрический ПМ-4 ОДО.299.003 ТУ». Производитель их мне неизвестен, однако это либо сам НИИ «Полюс, либо подчиненные ему серийные «специализированные Богородицкий и Сергачский заводы, входившие в научно-промышленное объединение «Полюс»».
Технические параметры
Принцип действия датчика основан на многократном изменении интенсивности длинноволнового инфракрасного излучения на пироэлектрической пластине при перемещении объекта перед многогранным вогнутым зеркалом, которое и производит модуляцию излучения за счёт наличия граней. В современной аппаратуре аналогичного назначения функцию многократной модуляции вместо многогранного зеркала выполняет многогранная линза.
По этому приёмнику никакой информации, к сожалению, нет.
Особенностью его является отсутствие германиевой оптики, кристалл датчика открыт и ничем не защищён.
И по этому пироприёмнику у меня, увы, никаких сведений.
Известны пироэлектрические приемные устройства с более старшими номерами, от ПП-02 и дальше, предназначенные для регистрации излучения в диапазоне от 4 до 300 мкм. Насколько это описание подходит для «ноль первого», пока не ясно.
Пироэлектрическое приемное устройство ПП-03 предназначено для регистрации излучения в диапазоне от 4 до 300 мкм. Оно состоит из чувствительного элемента размером 2х0,9мм, изготовленного из танталата лития (LiTaO3), и согласующего каскада на полевом транзисторе КП202, размещенных в едином корпусе. Интегральная вольтовая чувствительность при частотах модуляции излучения 20 Гц не менее 80 В/Вт, 2 Гц не менее 800 В/Вт; пороговая чувствительность не более 3х10 -9 Вт/√Гц.
1. М.Л. Бараночников. Приемники и детекторы излучений. Электронная авторская версия. Москва: 2017.
Источник
Инфракрасный датчик охранной сигнализации
Инфракрасный датчик охранной сигнализации
Схема работает весьма надежно несколько лет. Единственный ее недостаток, это ложные сработки при излучении радиостанций КВ диапазона на расстоянии не более 2 метров. Решается впрочем, это просто — экранировка, а при таких габаритах схемы труда это никакого не составит. Нынешний наплыв сотовых телефонов в плане ложных тревог так же не опасен, диапазон не тот, да и мощность невелика.
Подробные технические характеристики приводить не буду, поскольку некоторые термины вряд ли будут нести какой-либо информационный смысл для широкого круга. Кратко же скажу, что обнаружение «супостатов» производится на расстоянии не менее 12 метров, чего для бытовых условий хватает с излишком. Если Вам необходимо охранять большую площадь, то схемотехника там совсем другая. Надежная площадь закрытия данного прибора около 100 кв. метров (10х10м), по параметрам аналогичен ныне модным датчикам МН-10 и МН-20, имея те же габариты. Единственной трудной деталью является пиромодуль ПМ-4. Стояли они в свое время в ИК-датчиках «Фотон-1» и «Фотон-1М» — это такие угробища с металлической решеткой на лицевой. Сам пиромодуль размерами не более транзистора типа ГТ402 (404). Насписывали этих «Фотонов» море, так что добыть пиромодули особого труда не составляет. Если Вам в руки попадется прибор полностью, не спешите выбрасывать линзу в которой стоит модуль (это такая чашка, покрытая зеркальным слоем внутри), в плане поиграться и понять, что этот прибор может.
Линзы ИК приборов обеспечивают резкость перепада отраженного инфракрасного излучения на пиромодуле. Именно этот перепад при дальнейшей обработке и выдает тревогу. Соответственно, при малой скорости движения, тревоги не будет. Не только у этого датчика, но и у любого серийного. Но скорость должна быть настолько мала и не должно быть резких движений, что ни у кого терпения не хватит пройти 2 метра за 10 минут. Ну это так, отвлечение от темы. Могу сказать, что есть другие способы «надуть» ИК-датчики, но Вам это ни к чему, да и сопряжены они с определенными трудностями. Все это я к тому, что кроме схемы нужны будут эти линзы. Можно использовать от «Фотона», а можно от всех этих желто-израильских датчиков (корпус от него как раз подходит).
Источник
Сделай сам своими руками О бюджетном решении технических, и не только, задач.
Датчик движения своими руками
В статье рассказано о пиромодулях или датчиках движения (PIR Motion Sensor) и приведён пример их включения и использования в любительской конструкции.
Самые интересные ролики на Youtube
Пролог
Выражаю благодарность Сергею Соколову за помощь в приобретении пиромодулей!
В связи с попыткой перейти от растворимого кофе к натуральному продукту – кофе в зёрнах, решил модернизировать электрокофеварку «ЭК-0,3».
Дело в том, что данная допотопная модель кофеварки не умела автоматически выключаться по окончании приготовления ароматного напитка. А, памятуя о нескольких взорвавшихся электрочайниках без такой же автоматизации, предположил, что жизнь этой кофеварки тоже будет недолгой, если не предпринять никаких мер.
Сначала хотел было ограничиться термо-выключателем, который мог бы отключить кофеварку, когда температура корпуса превысит 110-120°С или, проще говоря, когда резервуар окажется обезвоженным. Но, это бы привело к перерасходу электроэнергии и перегреву корпуса кофеварки. Так что, решил использовать датчик движения, который бы отслеживал момент, когда кофе начнёт выливаться в кофейник.
Должен заметить, что мне очень понравились опыты с пиромодулями, и один из моих будущих проектов будет посвящён антивандальному датчику движения, который я собираюсь установить на лестничной клетке.
Что такое пиромодуль или PIR (motion) Sensor?
Аббревиатура ПИР или PIR расшифровывается, как Passive Infra-Red или Пассивный Инфракрасный.
Пиромодуль, или PIR-sensor, это устройство преобразующее изменение интенсивности инфракрасного излучения в электрический ток. Работа пиромодуля основана на пиростатическом эффекте, который возникает в некоторых кристаллических материалах при изменении температуры. Изменение же температуры сенсора может быть вызвано инфракрасным излучением.
Так как изменение электрического поля кристаллических диэлектриков компенсируется полем свободных электрических зарядов, то зарегистрировать поле можно только при его изменении. Это замечательное свойство датчиков, построенных на основе пироэлектриков, позволяет отслеживать мизерные изменения интенсивности излучения, произошедшие за сравнительно короткие промежутки времени, тогда как плавно меняющаяся температура самого пиромодуля не оказывает влияние на результаты измерений.
Для защиты от помех и других вредных воздействий, пиро-сенсор заключён в герметичный металлический корпус, который снабжён окошком. Окошко закрыто инфракрасным режекторным фильтром, пропускающим свет в узком диапазоне излучения, горб спeктральной характеристики которого находится в районе 10мкм (1*10 4 нм). На картинке изображены пиромодули: советский «ПМ-4» и импортный «D203S».
В импортных пиромодулях за инфракрасным фильтром расположен не только сам пиро-сенсор, но и усилитель на малошумящем униполярном (полевом) транзисторе. На картинке схема включения и цоколёвка пиромодуля иностранного производства «PIR D203S».
Для подключения пиромодулей советского производства, полевой транзистор требовалось устанавливать дополнительно. На картинке схема включения и распиновка пиромодуля «ПМ-4» советского производства.
Когда-то пиромодули были секретной разработкой военно-промышленного комплекса и устанавливались в ТГС Тепловые Головки Самонаведения (Heatseeker) ракет и другие боевые устройства.
Но сейчас пиромодули широко используются и в гражданской технике. В основном, они применяются в качестве детекторов движения систем сигнализации и управления освещением. На картинке один из таких датчиков «Feron LX20/SEN5», предназначенный для управления освещением.
Техническое задание для блока управления кофеваркой
Техническое задание состоит всего из двух пунктов.
1. Полное обесточивание кофеварки сразу после того, как кофе начнёт вытекать в кофейник. Тепловой энергии, накопленной корпусом достаточно, чтобы процесс был успешно завершён.
2. Аварийное отключение кофеварки при превышении температуры 120°С. Это, чтобы кофеварка не перегорела, если в резервуаре включённой кофеварки не окажется воды.
Схема блока управления кофеваркой
Конструирование блока управления кофеваркой начал с того, что нарисовал вот такую блок-схему.
Как видите, сигналы от датчика движения и температуры поступают в «Блок управления», который в нужный момент отключает электромагнитное реле. Последнее отключает от сети не только нагревательный элемент, но и блок питания, то есть, всю кофеварку.
А это уже электрическая схема блока управления. Назначение элементов схемы следующее.
ПМ-4 пиромодуль (не содержит встроенного усилителя).
VT1 усиливает сигнал пиромодуля.
DA1-1-DA1-2 корректирующий усилитель сигнала пиромодуля.
VD1 датчик температуры на основе германиевого диода.
DA1-3 усилитель сигнала датчика температуры.
DA1-4 стабилизатор виртуальной земли.
VS1 пороговый элемент, блокирующий питание реле Р1.
VT2 реле задержки. Предотвращает отключение кофеварки во время переходных процессов, возникающих в схеме усилителя датчика движения, после подачи питания.
Z1 стабилизатор напряжения 12 Вольт.
Z2 стабилизатор напряжения 8 Вольт.
Конструкция и детали
Все детали конструкции, кроме датчика температуры, собраны на печатной плате размером 45х85мм.
Печатная плата блока управления кофеваркой в сборе.
Датчик температуры выполнен на основе германиевого диода, который вставлен в крепление, изготовленное из жести от консервной банки.
Закреплён термодатчик на корпусе кофеварки с помощью силиконового герметика. Между жестяным кронштейном и корпусом нанесена небольшая капля термопасты КПТ-8. Подключение датчика осуществлено с помощью провода МГТФ во фторопластовой изоляции.
Вся слесарная доработка свелась к сверлению всего двух отверстий в подставке кофеварки.
Через эти отверстия были проложены два провода питания, один провод управления нагрузкой и два провода термодатчика. Как видите, ремонтопригодность блока управления обеспечена.
Для защиты глазка пиромодуля была использована пластинка полипропилена, которую я отрезал от поршня одноразового шприца.
Интересно, что узкий спектр инфракрасного излучения, в котором работает пиромодуль, блокируется обычным стеклом и плексигласом, хотя пропускается многими типами пластмасс, включая капрон (полиэтилен), полипропилен и др.
А вот как это работает. Видеоролик в разрешении HD (1280x720px).
Дополнительные материалы
Электрическая схема и перечень элементов советского датчика движения для систем сигнализации типа «Извещатель ИОП 409-1» или «Фотон-1».
Скачать электрическую схему датчика «Извещатель ИОП 409-1» («Фотон-1»).
Скачать перечень элементов датчика «Извещатель ИОП 409-1» («Фотон-1»).
Скачать схему и перечень элементов блока питания «ИОП 409-1» («Фотон-1»).
Скачать схему импортного датчика движения.
Комментарии (32)
Страниц: « 1 2 3 [4] Показать все
Сергей, теперь понял. Я думал, что вы нашли датчик, у которого в одном корпусе два независимых датчика и напряжения которых можно сравнивать. Я не видел таких датчиков и такого схемного решения.
Для данной же схемы, количество датчиков непринципиально. На выходе, мы всё равно будем иметь некоторую постоянную составляющую, которую придётся отсекать, чтобы можно было работать с переменной составляющей, причём в определённом диапазоне частот, генерируемых движущимся человеком. То есть, что внутри «чёрного ящика», большого значения не имеет. Датчик будет работать даже с несфокусированным ИК светом, что я и использовал в «антивандальном датчике». Или, говоря иначе, достаточно изменить температуру объекта перед датчиком с некоторой скоростью и он отреагирует, хотя на оба датчика внутри корпуса будет попадать один и тот же уровень ИК излучения.
Глубоко в физику работы этих датчиков я не вдавался. Но, смею предположить, что два сенсора внутри датчика используются для какой-нибудь компенсации дрейфа или других флуктуаций.
там один датчик дает положительный полупериод, а второй — отрицательный. Но суть не в этом, импортные датчики действительно, черные ящики. Я думал что советский тоже имеет несколько кристаллов пироелектриков и каждый имеет вывод на ноги.
Страниц: « 1 2 3 [4] Показать все
Источник