سنسور PIR چیست؟
برای بررسی دقیق تر و آشنایی کامل با سنسور PIR یا سنسور IR می توان گفت که سنسور PIR (سنسور مادون قرمز غیر فعال) یک سیستم الکترونیکی است که می تواند نور مادون قرمز تابش شده توسط اجسام را به صورت دقیق اندازه گیری کند. به طور کلی این سنسور به دلیل قابلیت های حرفه ای و عملکرد دقیقی که دارد، معمولا در تشخیص دهنده های حرکتی مبتنی بر PIR و سیستم نظارت تصویری استفاده می شود. به همین دلیل کاربرد عمده این سنسورها در سیستم های تشخیص روشنایی خودکار، هشدارهای تشخیص حرکت، و آلارم های امنیتی و … است.
بیشتر بخوانید: خرید برترین نرم افزار نظارت تصویری VMS
نحوه عملکرد حسگر PIR
سنسور PIR (سنسور مادون قرمز غیر فعال) با مجهز شدن به یک جفت سنسور پیر الکتریک توانایی و قابلیت تشخیص انرژی گرمایی در محیط اطراف را دارد. در واقع عملکرد این سنسور بدین صورت است که این دو سنسور پیر الکتریک در کنار یک دیگر قرار گرفته و زمانی که تفاوت سیگنال بین دو سنسور را تغییر می کند، این تفاوت سیگنال را تشخیص می دهد و شناسایی می کند. برای مثال در صورتی که سنسور PIR ورود یک فرد به اتاق را تشخیص دهد، سنسور فعال شده و شروع به کار می کند و زنگ هشدار فعال می شود یا چراغ نور افکن روشن می گردد و پس از آن مقامات مطلع می شوند.
در توضیحی دقیق تر می توان گفت که عملکرد حسگر PIR بدین صورت است که سنسورهای این حسگر با استفاده از تغییر تفاضلی مثبت کار می کند. عملکرد این سنسور به طراحی خاص آن و با توجه به این که از دو اسلات با مواد حساس تشکیل شده، پیچیده تر از سایر حسگرها است. این دو اسلات حساس (IR-sensitive) در جلوی لنز دوربین تعبیه شده و میدان دید آن ها میزان محدوده تشخیص مورد نظر را شناسایی می کند و تشخیص می دهد. در شرایطی که سطح مادون قرمز تشخیصی موجود در اتاق به صورت یکسان تشخیص داده شود، سنسور PIR در حالت غیر فعال خواهد بود.
اما در صورتی که یک انسان یا یک حیوان در محدوده تشخیصی مشاهده و شناسایی شود، یکی از اسلات ها سریع تر حرکت این شی یا شخص یا حیوان را تشخیص می دهد و این حالت باعث تغییر تفاضلی مثبت بین دو اسلات خواهد شد. همچنین پس از این که شی یا حیوان از ناحیه سنجش و تشخیصی خارج شود، این سنسور تغییرات تفاضلی را تشخیص داده و آن را به عنوان تغییر منفی نشان می دهد.
بنابراین نکته مهمی که باید به آن دقت و توجه کافی داشته باشید، این است که برای بهبود عملکرد سنسور PIR، این حسگر باید درون یک ماده مانند سیلیکون که باعث کاهش تاثیرات خارجی دما یا رطوبت می شود، قرار گیرد.
اجزای مورد استفاده در Passive Infrared Sensor
نکته مهمی که در مورد عملکرد سنسور PIR وجود دارد، این است که این سنسور به واسطه اجزا و قسمت های مختلف آن باعث تشخیص حرکت در محدوده های مشخص می شوند. بنابراین می توان گفت که به طور کلی مهم ترین اجزای مورد استفاده در Passive Infrared Sensor شامل موارد مختلف زیر است:
- سنسور
یکی از اجزای اصلی این سنسور، سنسور ان است که نور مادون قرمز را دریافت کرده و سپس آن را به میکرو ولت تبدیل می کند.
- لنز
جز مهم دیگر در این سنسور، لنز آن است که مناطقی که در فواصل مختلف از یک دیگر قرار گرفته اند، را تشخیص می دهد. همچنین وظیفه دیگر این لنز تشخیص دادن نور بین دو فاصله در یک محدوده مشخص است.
- مدار الکترونیکی
قسمت دیگر در سنسور Passive Infrared Sensor، مدار الکترونیکی است که قابلیت تشخیص و اندازه گیری تغییرات ولتاژ ناشی از انرژی مادون قرمز که به دلیل حرکت اجسام اتفاق می افتد، را برعهده دارد. در واقع این مدار می تواند در یک بازه زمانی مشخیص می توان این تغییر ولتاژ را سریعا شناسایی و اندازه گیری کند. سپس به این تغییر ولتاژ واکنش نشان می دهد.
بیشتر بخوانید: نرم افزار فنس مجازی | Virtual Fence
کاربرد سنسور مادون قرمز غیر فعال
همان طور که در بررسی عملکرد سنسور PIR نیز ذکر شد، این سنسور تغییرات انرژی مادون قرمز محیط را شناسایی و تحلیل می کند. به همین دلیل می توان از آن در کلیه مکان هایی که نیاز به تامین و افزایش امنیت احساس می شود، نصب کرد. به طور کلی مهم ترین کاربردهای سنسور مادون قرمز غیر فعال شامل موارد مختلف زیر است:
- سیستم های امنیتی و نظارتی
اولین و یکی از مهم ترین کاربردهای سنسور PIR، در سیستم های امنیتی و نظارتی است که به منظور تامین امنیت محل مورد نظر مورد استفاده قرار می گیرد. چون این سنسور سریعا تغییرات در تغییر ولتاژ مادون قرمز را شناسایی می کند، با نصب آن در مکان های حساس و مهم، ورود افراد به فضاهای مورد نظر را شناسایی کرده و تشخیص می دهد. پس از آن آژیر هشدار فعال شده و به سایر افراد اطلاع رسانی می شود تا اقدامات لازم را انجام دهند.
- سیستم های روشنایی خودکار
یکی دیگر از کاربردهای مهم سنسور مادون قرمز غیر فعال، در سیستم های روشنایی خودکار است که کمک می کند چراغ های یک محل یا یک راهرو زمان ورود افراد روشن شده و پس از خروج آن ها خاموش شود. بنابراین معمولا در راهروها، پارکینگ ها، سرویس بهداشتی و … با هدف کاهش مصرف انرژی نصب می شود .
- درب های اتوماتیک
کاربرد دیگر سنسور PIR، در درب های اتوماتیک است که با عملکرد دقیق خود حضور افراد جلوی درب را تشخیص داده و مانع بسته شدن درب و آسیب دیدن افراد می شود. همچنین زمان ورود و خروج افراد، فرمان باز و بسته شدن درب های اتوماتیک را می دهد. این فرایند نیز باعث کاهش مصرف انرژی و کاهش صرف زمان خواهد شد.
- تجهیزات رفاهی و محیطی
در بسیاری از سالن های پذیرایی بزرگ، سازمان ها، هتل ها، لابی ها و … به منظور تامین رفاه حال مراجعین و مشتریان، با نصب دوربین مدار بسته مجهز به سنسور مادون قرمز غیر فعال، حضور افراد در یک محل شناسایی می شود. پس از آن به صورت خودکار سیستم تهویه، فن های خنک کننده یا تهویه کننده هوا، بخاری و کولر و … زمان ورود افراد روشن و پس از خروج به صورت خودکار خاموش می شود. همچنین از این سنسور می توان برای کنترل هوشمند هتل ها و سالن های همایش و … نیز استفاده کرد.
- سیستم های صنعتی
سیستم ها و دستگاه های تولیدی و صنعتی با سرعت بالا فرایند تولید بدون دخالت انسان انجام می دهند. همچنین در صورتی که یک انسان (اپراتور) به این دستگاه ها نزدیک شود، با نصب سنسور مادون قرمز غیر فعال می توان، یا سرعت گردش و کار دستگاه تولیدی را کاهش داد یا عملکرد آن را به صورت کامل متوقف کرد.
- خانه های هوشمند
کاربرد آخر و مهم دیگر حسگر PIR، در خانه های هوشمند است که به محض ورود افراد به داخل فضای منزل، حضور آن ها را شناساسی کرده و تشخیص می دهد. سپس سیستم روشنایی منزل و سایر چراغ ها یکی پس از دیگری روشن می شود. علاوه بر این، سیستم های گرمایشی یا سرمایشی پس از ورود فرد فعال و روشن می شود . این فرایند تاثیر قابل توجهی در کاهش مصرف انرژی و سایر هزینه های جانبی دارد.
ویژگی های حسگر Passive Infrared Sensor
سنسور Passive Infrared Sensor به واسطه ویژگی های خاص و منحصر به فردی که دارد، به عنوان یکی از کاربردی ترین حسگرها در سیستم های نظارتی و دوربین های مدار بسته محسوب می شود. از جمله مهم ترین ویژگی های این حسگر می توان به موارد مهم زیر اشاره کرد:
- قابلیت غیر فعال بودن
یکی از ویژگی های جالب در مورد سنسور مادون قرمز غیر فعال، همین ماهیت غیر فعال بودن آن است. در واقع این حسگر هیچ نور یا انرژی یا سیگنالی را از خود ساطع نمی کند. بلکه فقط تابش مادون قرمز از سطوح مختلف را شناسایی می کند و تشخیص می دهد. در نتیجه میزان مصرف انرژی کم و بهینه ای دارد و از ایجاد هزینه های گزاف هم جلوگیری می کند.
این سنسور می توان با سرعت و دقت بالا تغییرات انرژی مادون قرمز که از حرکت انسان و موجودات گرم خون ساطع می شود، را شناسایی کند.
- دارای زاویه دید مناسب
زاویه دید سنسورهای pir، معمولا 110 تا 180 درجه سانتیگراد است، به همین دلیل می تواند زاویه دید را به بهترین نحو تنظیم کرده و با دقت و کارکرد بهتری کار کند. علاوه بر این، با توجه به نوع سنسور تعبیه شده روی این سنسور و نوع لنز نیز زاویه دید حسگر تعیین می شود.
- برد تشخیص سنسور
میزان برد تشخیص سنسورهای PIR، معمولا 5 تا 12 متر است و در مدل های حرفه ای تر، این برد تا 15 متر هم می رسد. به همین دلیل از فواصل طولانی و زیاد حضور حضور افراد یا حیوانات را شناسایی می کند و تشخیص می دهد.
- خروجی دیجیتال سنسور
یکی دیگر از ویژگی های مهم سنسور PIR، این است خروجی آن به صورت دیجیتال است. در واقع زمانی که حرکت تشخیص داده شود، خروجی HIGH تشخیص داده می شود و همچنین زمان HIGH بودن نیز قابل تنظیم است.
- عدم نفوذ از پشت موانع
یکی از ویژگی های حسگر Passive Infrared Sensor این است که مادون قرمز از شیشه، چوب، دیوار یا حتی پرده عبور نمی کند. بنابراین برای این که این سنسور بتواند به عملکرد خود به خوبی ادامه دهد، باید مستقیما در زاویه دید سنسور باشد.
- حساس به دمای محیط
ویژگی مهم دیگر سنسور تشخیص مادون قرمز غیر فعال این است که در محیط هایی که تغییرات دمایی با شدت بالایی وجود داشته باشد، ممکن است این حسگر عملکرد صحیح و سریعی نداشته باشد و حتی خطا کند. این سنسور در دمای 0 تا 50 درجه سانتیگراد بهترین عملکرد را دارد.
مزایا و محدودیت های استفاده از سنسور
استفاده از سنسور مادون قرمز غیر فعال، به دلیل ویژگی های خاص و منحصر به فردش، مزایا و محدودیت ها و معایبی دارد که در ادامه این مطلب به بررسی کامل این موارد می پردازیم.
مزایای سنسور PIR
مهم ترین مزایای استفاده از PIR در محیط های مختلف که ایجاد و تامین امنیت در آن ها اهمیت زیادی دارد، شامل موارد مهم زیر است:
- کاهش آلارم های خطا
یکی از مهم ترین مزایای سنسور مادون قرمز غیر فعال این است که به دلیل تاثیرات محیطی که معمولا این تاثیرات و این دماها ثابت هستند، و انرژی های حرارتی مشابه با انسان دارند، تعداد خطاهای هشدار آلارم کاهش می یابد.
- کاهش خطای آلارم در تشخیص حرکت
عملکرد سنسور PIR تا حدی دقیق است که حضور و حرکت اشیا یا حیواناتی که مشابه با انسان نیستند و حرکتی مانند انسان ندارند، را تشخیص می دهد. برای مثال این سنسور می تواند تغییر زاویه نور خورشید ، سایه و روشن شدن اتاق، و حرکت سطوح داغ را تشخیص دهد. در نتیجه تعداد خطاهای آلارم زمان تشخیص حرکت کاهش خواهد یافت.
- ثبت تمام وقایع
بسیاری از سیستم های نظارتی و دوربین های مدار بسته که به سنسور PIR مجهز می شوند، می توانند بدون این که هشدار دهند، همه وقایعی که در محیط رخ می دهد را شناسایی کنند. پس از آن مدیر یا مهندس ناظر هم با دیدن فیلم این وقایع می تواند مشکلات امنیتی یا هر گونه خطایی را بررسی و شناسایی کند.
محدودیت های سنسور PIR
استفاده از سنسور PIR با وجود ویژگی های مثبت و مزایای ویژه و منحصر به فردی که دارد، اما استفاده از آن محدودیت هایی هم خواهد داشت. مهم ترین محدودیت های این حسگر قدرتمند شامل موارد مهم زیر است:
- عدم تشخیص حضور ثابت
یکی از محدودیت های سنسور PIR که به عنوان یکی از معایب آن هم محسوب می شود، عدم تشخیص حضور ثابت است. برای مثال در صورتی که شخصی در اتاق حضور داشته باشد، اما حرکت نکند، این حسگر قابلیت تشخیص نخواهد داشت و سیگنالی هم دریافت نمی کند. بنابراین می توان گفت که این سنسور برای تشخیص حضور دائمی فرد مناسب نیست.
- عدم عبور سنسور از پشت موانع
سنسور مادون قرمز غیر فعال از موانعی نظیر پرده، دیوار، چوب و پلاستیک های ضخیم عبور نمی کند. بنابراین در صورتی که شخصی پشت این موانع پنهان شده باشد، سنسور توانایی تشخیص آن را نخواهد داشت.
- تاثیر پذیری از دمای محیط
سنسور PIR در محیط هایی که نزدیک به دمای بدن انسان و بین 35 درجه تا 38 درجه سانتی گراد باشد، حساسیت زیادی نشان نمی دهد. بنابراین تغییرات سریع در دما مانند باد گرم، وجود دستگاه تهویه یا بخاری، و … ممکن است باعث بروز خطا در عملکرد سنسور شود و دقت کافی را نداشته باشد.
- محدود شدن به موجودات گرم خون
محدودیت دیگری که استفاده از سنسور PIR دارد، این است که صرفا حضور موجودات گرم خون مانند حیوانات و انسان را تشخیص می دهد. اما در صورتی که ماشین ها، ربات ها، و … که گرمای قابل توجهی ندارند، در محل مورد نظر حضور و وجود داشته باشد، توسط سنسور تشخیص داده نمی شود.
- عدم تشخیص سرعت یا حرکت دقیق
این سنسور صرفا می تواند حرکت انسان و حیوانات را تشخیص دهد . اما نمی تواند در مورد مواردی مانند فاصله دقیق، سرعت حرکت، تعداد افراد، جهت حرکت، و … را تشخیص داده و شناسایی یا محاسبه کند.
بیشتر بخوانید: سنسور بیم خطی | beam sensor فنس لیزری
جمع بندی
در این مطلب به معرفی و بررسی ویژگی ها، کاربردها، و مزایای مختلف یکی از سنسورهای تعبیه شده در سیستم های نظارتی و دوربین مدار بسته به نام سنسور PIR پرداخته شد. این سنسور به دلیل ویژگی های خاص و مشخصات فنی منحصر به فردی که دارد، با نصب آن در محیط های حساس و امنیتی می توان تا حد قابل توجهی امنیت را در محیط مورد نظر افزایش داد. جهت خرید انواع دوربین های مدار بسته مجهز شده به این سنسور، یا سایر سیستم های نظارتی دقیق و حرفه ای می توانید از طریق وب سایت شرکت مکسا اقدام به خرید کنید. همچنین برای کسب اطلاعات بیشتر و خرید آگاهانه و حرفه ای می توانید با کارشناسان ما در شرکت مکسا در تماس باشید.
سوالات متداول
محدوده تشخیص سنسور PIR در مدل های مختلف چقدر است؟
این سنسور مدل های مختلفی دارد و هر کدام محدود تشخیص های متفاوتی دارند. فاصله تشخیص مادون قرمز غیر فعال داخلی، 25 تا 20 متر است، مدل پرده داخلی، 25 سانتیمتر تا 20 متر، مادون قرمز غیر فعال خارجی، 10 متر تا 150 متر، و … است.
آیا سنسورهای PIR در محیط های تاریک هم عملکرد خوبی دارد؟
بله. عملکرد این سنسور به روشنایی یا نور محیط وابسته نیست. بلکه اشعه مادون قرمز تمرکزش روی تشخیص حرکت در محیط است.
میزان برد تشخیص سنسور Passive Infrared Sensor چقدر است؟
برد تشخیص این سنسور در شرایط معمول و در مدل های معمولی بین 5 تا 12 متر و در مدل های حرفه ای تا 15 متر هم می رسد.
آیا سنسور PIR از پشت شیشه هم کار می کند و عملکرد مناسبی دارد؟
خیر. چون شیشه IR را معمولا جذب یا منعکس می کند، این سنسور از پشت شیشه نمی تواند حرکت را تشخیص داده و شناسایی کند.
چه دلایلی باعث می شود که این سنسور هشدارهای اشتباه دهد؟
هشدارهای اشتباه به دلایل مختلفی مانند تغییرات سریع دما، تابش مستقیم نور خورشید، وجود کولر یا بخاری، وجود محیط یا سطوح خیلی براق، لرزش سنسور، و نویز الکتریکی رخ می دهد.
مدت زمان پایدار شدن عملکرد سنسور مادون قرمز غیر فعال پس از روشن شدن چقدر است؟
10 تا 60 ثانیه بعد از روشن کردن سنسور طول می کشد که عملکرد ثابت و پایدار خود را آغاز کند.
آیا امکان نصب کردن سنسور مادون قرمز غیر فعال در محیط های باز وجود دارد؟
خیر. این سنسور در محیط و فضاهای باز به دلیل حساس بودن به تغییرات دمایی عملکرد خوبی ندارد.
در محیط های دمای نزدیک به دمای بدن انسان، چرا میزان دقت سنسور PIR کاهش پیدا می کند؟
چون اختلاف دمایی بین سوژه و محیط کاهش پیدا می کند، دامنه تغییرات سیگنال پیرو الکتریک هم کاهش می یابد.
سنسورهای PIR دیجیتال و آنالوگ چه تفاوتی با یک دیگر دارند؟
پیر سنسورهای دیجیتال دارای پردازش داخلی کم تری است، به همین دلیل نویز کم تر و پایداری بیشتری دارد. در صورتی که سنسورهای آنالوگ به مدار تقویت و پردازش داخلی نیاز دارند.
آیا برای بهبود عملکرد این سنسورها می توان از مدار تقویت کننده استفاده کرد؟
بله. استفاده از مدار تقویت کننده باعث بهبود و تقویت عملکرد سیگنال بسیار ضعیف پیروالکتریک (در حد µV)) می شود و می توان از آن برای آماده کردن مدار دیجیتال استفاده کرد.
آیا می توان میزان حساسیت سنسور مادون قرمز غیر فعال را نسبت به حیوانات کوچک کاهش داد؟
بله با استفاده از روش هایی مانند تغییر لنز ماسک، کاهش Gain آمپلیفایر یا استفاده از الگوریتمهای تشخیص حرکت سطح پایین و … می توان میزان این حساسیت را کاهش داد.
بهترین ارتفاع برای نصب کردن حسگر IR یا PIR چقدر است؟
بهترین ارتفاع برای نصب این سنسور بین 2 تا 2.4 متر برای تنظیم زاویه دید و کاهش نقاط کور است.
روش های مختلف تنظیم و افزایش برد تشخیص این سنسور چقدر است؟
برای افزایش برد این سنسور می توان از روش هایی مانند استفاده از لنز Fresnel با زون های بیشتر، فیلترهای اپتیکی با کیفیت، و آمپلی فایر با Gain بالاتر استفاده کرد.
