패시브 적외선 센서

Passive infrared sensor
일반적인 주거용/상업용 PIR 기반 동작 검출기(PID).

패시브 적외선 센서(PIR 센서)는 시야에서 물체로부터 방사되는 적외선(IR) 빛을 측정하는 전자 센서다. 그것들은 PIR 기반의 동작 감지기에 가장 자주 사용된다. PIR 센서는 일반적으로 보안 경보와 자동 조명 애플리케이션에 사용된다.

PIR 센서는 일반적인 움직임을 감지하지만, 누가 무엇을 움직였는지에 대한 정보는 제공하지 않는다. 이를 위해 영상 IR 센서가 필요하다.

PIR 센서는 일반적으로 "수동 적외선 검출기"를 뜻하는 "PIR" 또는 "PID"라고 불린다. 패시브(passive)라는 용어는 PIR 장치가 검출 목적으로 에너지를 방출하지 않는다는 사실을 가리킨다. 물체에서 방출되거나 반사되는 적외선 복사(방사열)를 검출해 온전히 작용한다.

작동 원리

절대 영도 이상의 온도를 가진 모든 물체는 전자기 방사선의 형태로 열에너지를 방출한다. 보통 이 방사선은 적외선 파장에서 방사하기 때문에 사람의 눈에는 보이지 않지만, 그러한 목적을 위해 설계된 전자기기에 의해 감지될 수 있다.

PIR 기반 동작 검출기

실외 자동 조명을 제어하는 데 사용되는 PIR 동작 검출기.
PIR 모션 디텍터가 있는 카메라 트랩.
PIR 기반 승객 감지 센서가[1] 장착된 실내등 스위치

PIR 기반 동작 감지기는 사람, 동물 또는 다른 물체의 움직임을 감지하는 데 사용된다. 그것들은 일반적으로 도난 경보기와 자동 작동 조명 시스템에 사용된다.

작전

PIR 센서는 그것에 충돌하는 적외선 방사선의 양의 변화를 감지할 수 있으며, 이는 센서 앞의 물체의 온도 및 표면 특성에 따라 달라진다.[2] 사람과 같은 물체가 벽과 같은 배경 앞을 지날 때 센서의 시야에서 그 지점의 온도는 실온에서 체온으로 상승했다가 다시 되돌아온다. 센서는 들어오는 적외선 방사선의 결과 변화를 출력 전압의 변화로 변환하고, 이로 인해 검출이 트리거된다. 온도는 비슷하지만 표면 특성이 다른 물체도 적외선 방출 패턴이 다를 수 있으며, 따라서 배경과 관련하여 물체를 움직이면 검출기(Detector)[3]도 트리거될 수 있다.

PIR은 다양한 용도를 위해 많은 구성으로 제공된다. 가장 일반적인 모델은 수많은 프레스넬 렌즈나 거울 세그먼트를 가지고 있으며 유효 범위는 약 10m(30피트), 시야는 180° 미만이다. 360°를 포함하여 시야가 넓은 모델을 사용할 수 있으며, 일반적으로 천장에 장착하도록 설계된다. 일부 대형 PIR은 단일 세그먼트 미러로 만들어지며 PIR에서 30m(100피트) 이상에서 적외선 에너지의 변화를 감지할 수 있다. 넓은 범위(110° 폭) 또는 매우 좁은 "커튼" 커버리지 또는 개별적으로 선택할 수 있는 세그먼트를 "모양"할 수 있는 가역 방향 미러로 설계된 PIR도 있다.

미분탐상

센서 요소 쌍은 차동 증폭기에 대한 반대 입력으로 배선될 수 있다. 그러한 구성에서 PIR 측정은 전기 신호에서 시야의 평균 온도를 제거하기 위해 서로를 취소한다. 전체 센서에서 IR 에너지의 증가는 자체 취소되며 장치를 트리거하지 않는다. 이를 통해 장치는 짧은 광선 깜박임 또는 전계 조명에 노출될 경우 잘못된 변화 표시를 견딜 수 있다. (지속적인 높은 에너지 노출은 여전히 센서 소재를 포화시키고 센서가 추가 정보를 등록할 수 없게 할 수 있다.) 동시에 이 차동 배치는 공통 모드 간섭을 최소화하여 장치가 근처의 전기장으로 인한 트리거에 저항할 수 있게 한다. 그러나 차동 쌍의 센서는 이 구성에서 온도를 측정할 수 없으므로 모션 감지에만 유용하다.

실제 구현

PIR 센서가 차동 모드로 구성되면 동작 검출기 장치로 구체적으로 적용할 수 있게 된다. 이 모드에서 센서의 "시선" 내에서 움직임이 감지되면 센서의 출력 핀에서 한 쌍의 보완 펄스가[4] 처리된다. 릴레이, 데이터 로거 또는 경보 장치 경보와 같은 로드의 실제 트리거를 위해 이 출력 신호를 구현하기 위해, 차동 신호를 브리지 정류기를 사용하여 정류하고 트랜지스터 릴레이 드라이버 회로에 공급한다. 이 릴레이의 접점은 PIR로부터의 신호에 반응하여 닫히고 열리며, 미리 정해진 제한 구역 내에서 사람이 검출되었음을 인정하면서 접촉부에 걸쳐 부착된 하중을 활성화한다.

제품 디자인

PIR 센서는 일반적으로 센서 자체의 신호를 해석하는 데 필요한 전자장치를 포함하는 인쇄 회로 기판에 장착된다. 전체 어셈블리는 보통 센서가 모니터링할 영역을 커버할 수 있는 위치에 장착되는 하우징 안에 포함된다.

PIR 모션 센서 설계

하우징에는 보통 적외선 에너지가 들어갈 수 있는 플라스틱 "창"이 있을 것이다. 종종 가시광선에 반투명하게 보이기도 하지만, 적외선에 사용되는 플라스틱은 적외선 방사선에 투명하기 때문에 적외선 에너지는 창문을 통해 센서에 도달할 수 있다. 플라스틱 창은 이물질(먼지, 곤충, 비 등)이 센서의 시야를 가리고 메커니즘을 손상시키거나 잘못된 경보를 발생시킬 가능성을 감소시킨다. 이 창은 파장을 8-14마이크로미터로 제한하기 위해 필터로 사용할 수 있는데, 이는 인간이 방출하는 적외선에 가장 가까운 것이다. 그것은 또한 집중 메커니즘의 역할을 할 수 있다. 아래를 참조하라.

포커싱

먼 적외선 에너지를 센서 표면에 집중시키기 위해 다른 메커니즘을 사용할 수 있다.

렌즈

플라스틱 창문 덮개는 적외선 에너지를 센서에 집중시키기 위해 여러 개의 면을 성형할 수 있다. 각각의 면은 프레스넬 렌즈다.

  • PIR의 다중 프레임 렌즈형

  • 원통형 전면 윈도우가 있는 PIR 모션 검출기 하우징 애니메이션은 각각의 면을 강조하는데, 각각의 면은 프레스넬 렌즈로 아래 센서 요소에 빛을 집중시킨다.

  • PIR 전면 커버 전용(전자 제거), 포인트 광원 뒤에 개별 렌즈를 표시하기 위해.

  • 전면 커버가 제거된 PIR은 화력 센서(녹색 화살표)의 위치를 보여준다.

거울

일부 PIR은 적외선 에너지의 초점을 맞추기 위해 내부 분할 포물선 미러로 제조된다. 거울을 사용하는 곳에서는 일반적으로 플라스틱 창문 커버에 프레스넬 렌즈가 성형되어 있지 않다.

  • 분할된 PIR 미러 유형

  • 초점을 맞추기 위해 내부 세그먼트 미러를 사용하는 일반적인 주거/상업 PID.

  • 커버 제거. 하단에 PC(인쇄회로) 보드가 있는 세그먼트 미러.

  • 분할된 미러를 표시하기 위해 인쇄 회로 기판을 탈거했다.

  • 하우징에서 분리된 분할 포물선 미러.

  • 제자리에 있을 때 거울을 마주 보는 회로 기판의 후면. 녹색 화살표로 표시된 열전 센서.

보 패턴

초점을 맞춘 결과, 검출기 뷰는 실제로 빔 패턴이 된다. 특정 각도(존)에서는 PIR 센서가 방사선 에너지를 거의 받지 않으며 다른 각도에서는 PIR이 집중된 양의 적외선 에너지를 받는다. 이 분리는 운동 감지기가 현장 전체 조명과 움직이는 물체를 구별하는 데 도움이 된다.

사람이 한 각(빔)에서 다른 각도로 걸어갈 때, 검출기는 움직이는 사람을 간헐적으로만 볼 수 있다. 이로 인해 전자 장치가 알람을 트리거하거나 조명을 켜는 데 사용하는 센서 신호가 빠르게 변화하게 된다. 천천히 변화하는 신호는 전자제품에 의해 무시될 것이다.

이러한 구역의 수, 형태, 분포 및 민감도는 렌즈 및/또는 거울에 의해 결정된다. 제조업체는 각 용도에 맞는 최적의 감도 빔 패턴을 만들기 위해 최선을 다한다.

  • Passive Infrared motion detector with sensitivity beam pattern.

    빔 패턴이 중첩된 모션 검출기. 빔의 길이는 해당 방향의 검출기 감도의 측정값이다.

자동 조명 응용 프로그램

조명 시스템의 일부로 사용될 때, PIR의 전자 장치는 일반적으로 주 전압을 전환할 수 있는 통합 릴레이를 제어한다. 움직임이 감지되면 PIR에 연결된 조명을 켜도록 PIR을 설정할 수 있다는 뜻이다. 이것은 범죄자(보안등)를 저지하기 위해 야외 시나리오에서 가장 일반적으로 사용되거나, 여러분이 어둠 속에서 열쇠를 찾을 수 있도록 현관문 등이 켜지는 것과 같은 실용적인 용도로 사용된다.

공중 화장실, 워크인 팬티, 복도 또는 조명의 자동 제어가 유용한 모든 곳에서 추가적인 사용이 가능하다. 이것은 필요한 경우에만 조명이 켜지고 사용자가 이 지역을 떠날 때 조명을 끄도록 기억하는 사용자에게 의존하지 않기 때문에 에너지 절약을 제공할 수 있다.

보안 응용 프로그램

보안 시스템의 일부로 사용될 때, PIR의 전자제품은 일반적으로 작은 릴레이를 제어한다. 이 릴레이는 도난 경보 제어판의 감지 입력 구역에 연결된 전기 접점에 걸쳐 회로를 완성한다. 이 시스템은 일반적으로 모션이 감지되지 않을 경우 릴레이 접점이 닫히도록 설계된다. (NC) 릴레이. 모션이 감지되면 릴레이가 회로를 열어 경보를 트리거하거나, 와이어가 분리되면 경보도 작동한다.

배치

제조업체는 허위 경보(즉 침입자가 야기하지 않는 탐지)를 방지하기 위해 제품을 신중하게 배치할 것을 권장한다.

그들은 PIR이 창문 밖으로 "보이지" 않는 방식으로 PIR을 탑재할 것을 제안한다. 칩이 민감하게 반응하는 적외선 방사선의 파장은 유리를 잘 관통하지 않지만 강력한 적외선원(차량 헤드라이트나 햇빛 등)이 센서에 과부하를 일으켜 허위 경보를 유발할 수 있다. 유리의 반대편에서 움직이는 사람은 PID에 의해 "보이지" 않을 것이다. 그것은 공공 보도를 마주보는 창문에 좋을 수도 있고, 내부 칸막이에 있는 창문에 나쁠 수도 있다.

또한 HVAC 환기구가 하우징의 창문을 덮는 플라스틱 표면에 뜨겁거나 차가운 공기를 불어 넣을 수 있는 위치에 PIR을 배치하지 않는 것이 좋다. 공기는 방출성이 매우 낮지만(적외선 에너지의 매우 적은 양) 플라스틱 창문 커버에 부는 공기는 플라스틱의 온도를 거짓 경보를 발생시킬 수 있을 정도로 변화시킬 수 있다.

센서는 또한 개나 고양이와 같은 가정용 애완동물을 더 높은 민감도 임계값을 설정하거나 방의 바닥이 초점을 벗어나도록 하여 "무시"하도록 설계되는 경우가 많다.

PIR 센서의 범위는 최대 10m(30피트)이기 때문에 출입구 근처에 설치된 단일 검출기는 출입구가 한 개뿐인 객실에 필요한 것이 일반적이다. PIR 기반 보안 시스템은 실외 보안과 동작에 민감한 조명에서도 사용할 수 있다. 한 가지 장점은 태양열로 구동할 수 있는 낮은 전력 소모량이다.[5]

PIR 원격 기반 온도계

PIR 회로가 원격 물체의 온도를 측정하는 설계가 구현되었다.[6] 그러한 회로에서는 비차동 PIR 출력이 사용된다. 출력 신호는 관측할 물질의 특정 유형의 IR 스펙트럼에 대한 교정에 따라 평가된다. 이를 통해 원격으로 비교적 정확하고 정확한 온도 측정을 얻을 수 있다. PIR 온도계 장치는 관찰되는 물질의 유형에 대한 교정이 없으면 온도 변화에 직접 대응하는 IR 방출의 변화를 측정할 수 있지만 실제 온도 값은 계산할 수 없다.

참고 항목

메모들

  1. ^ Product Specification for PR150-1L/PR180-1L. Leviton. Retrieved 6 September 2014.[영구적 데드링크]
  2. ^ "How Infrared motion detector components work". Non commercial research page. Glolab Corporation.
  3. ^ "PIR sensor technology". ecosirius.com. Retrieved 1 February 2014.
  4. ^ "PIR Sensor Output Pulse Generation".
  5. ^ D., Hallee. "Passive Infrared Sensors: A Brief Overview". InHomeSafetyGuide.org. In Home Safety Guide. Retrieved 6 May 2016.
  6. ^ C. F. Tsai and M. S. Young (December 2003). "Pyroelectric infrared sensor-based thermometer for monitoring indoor objects". Review of Scientific Instruments. 74 (12): 5267–5273. doi:10.1063/1.1626005.

외부 링크