Напруга зсуву

Піроприймач є джерелом сигналу для наступних каскадів (опір навантаження рекомендується вибирати рівним 47 кОм). Напруга зсуву – це постійна складова вихідної напруги піроприймача. При розробці підсилювача, що підключається після піроелемента, необхідно враховувати діапазон можливих значень напруги зсуву. Напруга зсуву виміряється при кімнатній температурі при зазначеній величині опору навантаження.

Оптичні властивості

Серед оптичних параметрів піроелектричного приймача слід зазначити: смугу пропускання оптичного фільтра, кут огляду і продуктивність у межах кута огляду.

Матеріал піроелементу чутливий до випромінювання в широкій смузі частот, починаючи з видимого світла і закінчуючи випромінюванням з довжиною хвилі, більшою за 100 мкм. Оптичні властивості, зокрема оптичний діапазон, будуть у значній мірі визначатися оптичним фільтром. Вибір цього фільтра визначається задачею, що вирішується піроприймачем. Для можливості використання піроприймача в спеціальних додатках використовують оптичні фільтри з різною смугою пропускання. Наприклад, для пристроїв, які використовуються для виявлення руху, звичайно застосовують фільтри зі смугою пропускання, відповідною спектральним характеристикам інфрачервоного випромінювання тіла людини. На рис. 3.6 наведені для приклада характеристики декількох фільтрів. Зокрема, фільтр G9 - це найпоширеніший тип фільтра фірми Heimann. Це оптичний фільтр, щїо пропускає випромінювання з довжинами хвиль від 8 до 14 мкм.

Рис.3.6. Характеристики оптичних фільтрів

Конструкції піроелектричних приймачів показана на рис. 3.7.

Рис. 3.7. Конструкції піроелектричних приймачів

Вихідний сигнал піроприймача

Спочатку розглянемо особливості формування вихідного сигналу піроприймача при відсутності руху в контрольованій зоні. На рис. 3.8 показано, як формуються елементарні чутливі зони піроприймача.

Рис. 3.8. Формування елементарних чутливих зон

Оптична система фокусує на площадках піроприймача ІЧ-випромінювання з визначеної елементарної зони, тобто формує визначену діаграму спрямованості. При цьому, оскільки піроелемент складається з двох частин, то і контрольована елементарна зона буде розділена на дві частини. Дві частини піроелемента з протилежною полярністю при однаковому засвічені ІЧ-випромінюванням формують струми протилежного напрямку і рівної величини. Тому випромінювання з однієї частини діаграми спрямованості буде створювати сигнал позитивної полярності, а з іншої - негативної. Назвемо умовно відповідні сегменти діаграми "позитивним" і "негативним".

При рівності потоків ІЧ-енергії, що падає на кожну площадку ПЕ, сумарний струм буде дорівнювати нулю. Цим досягається насамперед компенсація повільних змін теплового фону. Якщо збільшується температура в приміщенні (природні коливання температури протягом доби, включення опалювальних приладів і т.ін.), то відбувається відповідне збільшення потоку ІЧ-енергії, що падає на ПЕ. Але оскільки повільне підвищення температури на всій поверхні відбувається практично однаково, то і ІЧ-випромінювання, що падає на обидві частини ПЕ, буде зростати також однаково. Отже, вихідний сигнал піроприймача буде залишатися близьким до нуля (при симетрії частин ПЕ). Таким чином, такий подвійний піроелемент, що використовується у сучасних ПІЧ-сповіщувачах, дозволяє компенсувати повільні зміни теплового тла.

Що буде відбуватися при русі порушника в контрольованій зоні (рис.3.9)? Для простоти спочатку припустимо, що випромінююча поверхня порушника строго прямокутна, має однакову температуру і рухається він рівномірно. Також не будемо враховувати обмежену смугу пропускання піроприймача.

Рис. 3.9. Рух порушника

Припущення про прямокутність поверхні тіла порушника відповідає стандартній цілі, обумовленій державним стандартом на ПІЧ-сповіщувач. Стандартна ціль - конструктивний елемент, характеристики випромінювання в ІЧ-діапазоні електромагнітного спектра якого аналогічні характеристикам випромінювання людини. Відповідно до цього стандарту це паралелепіпед розмірами 1500 300 235 мм (рис. 3.10).

Розподіл температур по поверхні цілі не повинен відрізнятися більш ніж на 0,2 °С. Тло повинно мати ту ж емісійну здатність, що і стандартна ціль, а його температура повинна складати 20-25 °С. Розподіл температури повинен бути рівномірним по її поверхні з різницею не більш, ніж 0,5 °С. Середня температура стандартної цілі повинна бути на 4±0,25 °С вище середньої температури тіла.

Якщо випробування проводяться з реальною ціллю, то це людина масою 50-70 кг, ростом 165-170 см, одягнена у ватні штани, куртку стандартного зразка і хутряну шапку.

Розглянемо сигнал, зформований "позитивною" частиною ПЕ. Рухаючись порушник починає перетинати діаграму спрямованості (рис. 3.11, а). По мірі збільшення площі перекриття "позитивного"

Рис.3.10 Стандартна ціль

сегменту діаграми спрямованості вихідний сигнал буде зростати лінійно при наших припущеннях (рис. 3.12, а). Сигнал досягає максимуму при повному перекритті сегмента (рис. 3.11, б). При подальшому русі площа перекриття зменшується (рис. 3.11, в) і рівень сигналу, відповідно, падає. Аналогічно буде змінюватися сигнал від "негативного" сегмента ПЕ (рис. 3.12, б).

а б в

Рис. 3.11. Перетин діаграми спрямованості стандартною ціллю

Рис. 3.12. Вхідний вплив на піроприймач

(указать а, б,...)

З урахуванням полярності сумарний сигнал буде дорівнювати різниці сигналів, зформованих при перетині "позитивного" і "негативного" сегментів променя діаграми спрямованості і мати вигляд двополярного імпульсу (рис. 3.12,__).

Очевидно, що при русі реального порушника (рис. 3.13), форма сигналу буде залежати від багатьох параметрів, таких як швидкість руху, форма тіла людини, розподіл температури по поверхні, постійної часу піроприймача, температури і рівномірності температури тла і багатьох інших. Звичайно реальний сигнал піроприймача при перетині порушником пелюстка діаграми спрямованості має форму, що нагадує період синусоїди (рис. 3.12,__).

Рис. 3.13. Проходження людини через зону виявлення

Порядок чередування позитивної і негативної частин імпульсу буде залежати від напрямку перетину діаграми спрямованості і знака різниці температур тла і людини.

Як приклади на рис. 3.14, 3.15 наведені осцилограми реальних сигналів на фоні шумів на виході піроприймача ПМ2Д при перетинанні зони людиною зі швидкостю відповідно 5 і 0,1 м/с.

Рис. 3.14. Сигнал на виході піроприймача при швидкості руху 5 м/с

Рис. 3.15. Сигнал на виході піроприймача при швидкості руху 0,1 м/с

(Числа по оси х)

Діаграма спрямованості

Принципи формування діаграми спрямованості

Одна з основних характеристик сповіщувача - це зона виявлення, обумовлена діаграмою спрямованості. Зона виявлення – це зона, у якій сповіщувач видає повідомлення про тривогу при переміщенні стандартної цілі (людини) на постійній відстані від сповіщувача. Зона виявлення складається з елементарних чутливих зон - зон оптичної діаграми спрямованості сповіщувача, у яких він реагує на ІЧ-випромінювання. Форма і параметри зони виявлення, як і кількість, розташування і параметри елементарних чутливих зон, у значній мірі визначають чутливістьсповіщувача. Це числове значення контрольованого параметра (величини переміщення людини в зоні виявлення), при якому сповіщувач повинен видавати повідомлення про проникнення.

У межах зони виявлення сповіщувач повинен виявляти рух стандартної цілі, яка переміщується в зоні виявлення поперечно її бічній границі в діапазоні швидкостей 0,3-3 м/с. При цьому відстань між сповіщувачем і ціллю повинна залишатися постійною.

Розглянемо, яка повинна бути форма діаграми спрямованості. При цьому припускаємо, що на об'єкті немає джерел, що викликають швидку і неоднорідну зміну температури (наприклад, кондиціонерів). У цьому випадку, якщо на об'єкті нікого нема, то зміни сигналу можуть бути викликані лише зміною теплового тла.

Рух поперек діаграми спрямованості

Якщо діаграма спрямованості буде складатися з одного подвійного сегмента (рис. 3.16), що перекриває всю контрольовану зону, і її перетин значно більше розміру тіла порушника, то зміни рівня ІЧ-випромінювання, які приймає ПІЧ-сповіщувач, будуть мати місце тільки при перетині порушником границь сегментів. Коли порушник увесь знаходиться в межах одного сегмента, його рух поперек зони практично не буде викликати зміни ІЧ-випромінювання, сприйнятого ПЕ. При цьому ми припускаємо, що температура фону постійна. При русі в радіальному напрямку (на сповіщувач) буде мати місце рівномірна зміна рівня сигналу, викликана зміною відстані від цілі до сповіщувача. Відповідно, можливості обробки сигналу та реєстрації порушника будуть низькі.

Рис. 3.16. Діаграма спрямованості з двома елементарними

Дата добавления: 2015-10-26