초전 IR 센서. 참조 데이터

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초전 IR 센서. 참조 데이터

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오늘날 기관이나 상점의 문이 방문객 앞에서 자동으로 열리는 것을 보고 놀라는 사람은 거의 없습니다. 대부분의 경우, 사람의 접근은 IR 방사선의 초전기 센서(수신기)가 장착된 문 위에 걸려 있는 장치에 의해 "느껴집니다". 이러한 센서는 매우 민감하고 내구성이 뛰어나며 사용하기 쉽습니다. 보안 및 화재 경보 시스템, 원격 온도계 등 널리 사용됩니다.

열의 영향으로 결정에 전하가 생성되는 초전 효과(그리스어로 파이로스 - 불)는 오랫동안 알려져 왔으며, 독일의 유명한 물리학자 빌헬름 뢴트겐이 XNUMX세기에 이를 연구했습니다. 이 효과는 압전과 유사하며, 또한 초전기는 일반적으로 압전 특성도 갖습니다. 천연 유래 결정 (석영, 전기석)에서는 초전 효과가 다소 약하게 표현되지만 초전 계수가 임의로 큰 물질이 존재할 가능성이 있습니다. 전하 증가와 온도 상승의 비율입니다. - 이론적으로 나타났습니다. 비교적 최근에는 강유전체 클래스에 속하는 물질이 합성되었으며 이를 기반으로 민감한 센서가 만들어졌습니다.

일반적인 센서 회로는 그림 1에 나와 있습니다. 1. 민감한 요소 B1은 일종의 커패시터, 즉 금속판이 있는 초전판입니다. 전자기(열) 복사를 흡수할 수 있는 물질 층이 플레이트 중 하나에 적용됩니다. 에너지 흡수의 결과로 커패시터 플레이트의 온도가 증가하고 플레이트 사이에 엄격하게 정의된 극성의 전압이 나타납니다. 내장된 전계 효과 트랜지스터 VTXNUMX의 게이트 소스 부분에 적용되면 채널 저항이 변경됩니다. 출력 신호는 트랜지스터의 드레인 회로에 연결된 외부 부하 저항에서 가져옵니다.

초전 IR 센서

일정 시간이 지나면 열 복사가 센서에 계속 작용하는지 여부에 관계없이 커패시터는 누설 저항 R1을 통해 방전됩니다. 즉, 출력 신호가 XNUMX으로 떨어집니다. 종종 센서에는 교대 극성으로 직렬로 연결된 여러 감지 요소가 장착되어 있습니다. 이를 통해 장치는 균일한 배경 조사에 둔감하고 센서의 민감한 표면을 따라 물체의 초점이 맞춰진 이미지를 이동할 때 교번 출력 전압을 얻습니다.

초전 센서의 감도는 일반적으로 그림 2에 개략적으로 표시된 설정을 사용하여 측정됩니다. 1. 흑체 시뮬레이터가 열복사 소스로 사용됩니다. 흐름은 전기 모터로 구동되는 댐퍼 차단기에 의해 1Hz의 주파수로 주기적으로 차단됩니다. IR 펄스는 센서의 민감한 요소에 도달하여 외부 부하 저항기 RXNUMX에 전압 펄스가 나타나도록 합니다. 센서의 전계 효과 트랜지스터가 여기에 소스 팔로워로 연결되어 있음을 쉽게 알 수 있습니다.

초전 IR 센서

측정에서 알 수 있듯이 센서의 감도는 수신되는 방사선 펄스의 주파수 증가에 거의 비례하여 감소합니다. 그 이유는 민감한 요소의 상당한 열 관성 때문입니다.

주변 온도의 큰 변화에 따라 작동하도록 설계된 센서에는 연속적으로 직렬로 연결된 두 개의 민감한 요소, 즉 작동 요소와 보상 요소가 장착되어 있습니다. 보상 요소는 외부 복사 플럭스로부터 닫힐 수 있지만 작동 조건과 동일한 온도 조건에 있습니다.

센서의 분광 감도 특성은 전자기 복사의 특정 주파수 범위에서 초전판 코팅 재료의 흡수 용량에 의해 결정됩니다. 이는 민감한 요소 앞에 설치된 광학 필터를 사용하여 최종적으로 형성됩니다. 다양한 버전의 초전 센서의 스펙트럼 감도의 일반적인 특성이 그림 3에 나와 있습니다. 삼.

초전 IR 센서

특성 1의 센서는 화염을 감지하도록 설계되었으며, 2와 3은 사람의 움직임을 기록하는 데 가장 적합합니다. 특성 4는 원격 온도계에 사용하기에 최적입니다.

다양한 목적을 위한 초전 센서는 여러 회사에서 생산됩니다. 아래에서는 그중 하나인 Murata Manufacturing Co(일본)의 제품에 대해 자세히 설명합니다.

센서는 4개(또는 XNUMX개)의 단단한 주석 도금 와이어 리드가 있는 원통형 금속 케이스에 들어 있습니다(그림 XNUMX). 터미널 반대쪽 케이스의 평평한 끝에는 IR 광선을 투과하는 필터로 덮인 정사각형, 직사각형 또는 원형 창이 있습니다. 동일한 그림은 장치의 핀아웃을 보여줍니다.

초전 IR 센서

Murata의 IRA 시리즈 초전 센서의 주요 기술적 특성이 표에 나와 있습니다.

초전 IR 센서

IRA-E710ST0, IRA-E910ST1, IRA-E420S1 및 IRA-E420QW1 센서에는 게이트와 소스 핀 사이는 물론 전계 효과 트랜지스터의 게이트와 드레인 핀 사이에 바이패스 커패시터가 내장되어 있습니다. IRA-E940ST1 장치의 본체에는 각각 XNUMX개의 민감한 요소가 있는 XNUMX개의 센서가 포함되어 있습니다. 이 장치에는 하나의 공통 단자와 결합된 드레인 단자가 있으며, 트랜지스터의 소스 단자는 분리되어 있습니다.

보안 경보 장치에 초전 센서를 사용하는 일반적인 다이어그램이 그림 5에 나와 있습니다. 1. 커패시터 C2 및 C1는 센서 BXNUMX 단자에서 고주파 간섭을 억제하는 역할을 하며 센서에 근접하게 설치해야 합니다. 적용된 센서에 이미 내장된 센서가 있는 경우에는 이러한 커패시터가 필요하지 않습니다.

(확대하려면 클릭하십시오)

센서 B1의 내부 전계 효과 트랜지스터는 소스 팔로워 회로에 따라 연결됩니다. 부하는 저항 R1입니다. 가열된 물체가 민감한 영역에서 움직일 때 발생하는 전압 변동은 두 개의 연산 증폭기(DA1.1 및 DA1.2)에 의해 증폭됩니다. 전체 게인은 7500Hz에서 2으로 정점에 도달하고 3Hz 및 0,5Hz 주파수 지점에서 5,5dB만큼 감소합니다. 그러나 센서 자체의 관성으로 인해 센서 증폭기 시스템의 전체 대역폭이 0,06~1,2Hz로 상당히 낮아집니다.

연산 증폭기 DA1.2 출력의 신호 진폭이 0,8V를 초과하자마자 비교기 DA2.1은 전압 서지가 양수이면 트리거되고, 음수이면 DA2.2는 특정 값을 기준으로 트리거됩니다. 공급 전압을 절반으로 줄입니다(저항 값 R10 및 R12에 의해 결정됨). 비교기(오픈 컬렉터)의 출력은 병렬로 연결되므로 이들 중 하나가 트리거되면 마이크로 컨트롤러 입력의 논리 레벨이 변경됩니다. 수신된 펄스 시퀀스를 처리한 결과(지속 시간 측정, 특정 시간 동안의 수 계산) 마이크로컨트롤러는 액추에이터 또는 경보 장치를 활성화하는 제어 신호를 생성합니다.

센서의 공간 감도 영역을 높이기 위해 일반적으로 초전판에 IR 광선을 집중시키는 렌즈가 광학 창 앞에 설치됩니다. 그림 6에 간략하게 표시된 것과 유사한 민감한 시야 영역의 부채꼴 모양을 얻으려면 도 XNUMXa에서는 구역화된 프레넬 렌즈가 사용된다. 이는 여러 개의 개별 초점 섹션으로 구성되며, 각 섹션은 특정 방향에서 나오는 고유한 민감한 빔을 형성합니다. 결과적으로 움직이는 물체가 한 빔에서 다른 빔으로 이동할 때 센서는 교류 전압을 생성합니다.

초전 IR 센서

유사한 광선 팬이 수직면에도 형성됩니다 (그림 6, b). 특수 구조의 프레넬 렌즈를 사용하면 꽃잎의 모양을 다양하게 변화시켜 특정 시야각에서 물체를 감지할 수 있는 최상의 조건을 얻을 수 있습니다.

IRA 시리즈 센서 외에도 Murata는 초전기 모듈 IMD-B101-01 및 IMD-B102-01을 생산합니다. 센서 자체와 함께 이러한 모듈에는 표준 논리 요소(노드 A3)의 입력을 공급하는 데 적합한 증폭기 및 펄스 셰이퍼가 포함되어 있습니다. 모듈의 블록 다이어그램은 그림 7에 나와 있습니다. 그림 8, 하우징 도면은 그림 XNUMX에 나와 있습니다. XNUMX.

초전 IR 센서

모듈의 핀아웃은 거의 다릅니다. 둘 다 핀 1(공통, 음극 전원 공급 장치 핀)을 가지고 있습니다. 핀 3 - 양극 전원 핀; 핀 4 - 디지털 출력. 그러나 IMD-B101-01 모듈의 경우 핀 2는 센서 신호 증폭기의 아날로그 출력이고 IMD-B102-01의 경우 스위치 게이팅 신호의 입력입니다.

모듈의 주요 특성:

공급 전압, V.......2,6...5,5
자체 전류 소비, µA......120
출력 전류, mA.......1
출력 펄스의 지속 시간, s......1...3
수술 후 회복 시간, s, 더 이상.......3
물체 감지 범위, m, 렌즈 미포함.......1
프레넬 렌즈로......5
시야각, deg.......119x38
작동 온도 범위, °С......-10...+50

실내에서 움직임이 감지되면 자동으로 조명을 켜는 시스템에서 IMD-B102-01 모듈의 스트로브 입력에는 일반적으로 일반 조명에 반응하는 포토레지스터의 신호가 공급됩니다. 이는 낮 시간 동안 시스템이 작동하는 것을 방지합니다.

저자: A. Sergeev, 모스크바는 murata.com 사이트의 자료를 기반으로 합니다.

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