Sensore PIR: 5 fatti importanti che dovresti sapere

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Cosa sono i sensori PIR?

Il sensore PIR o Passive Infrared Sensor è uno strumento elettronico che rileva le radiazioni IR emesse dagli oggetti presenti nel suo campo visivo. Il termine "passivo" viene aggiunto come prefisso perché questi tipi di sensori non irradiano energia in nessuna forma. Questi strumenti vengono utilizzati per rilevare il movimento in oggetti, animali e esseri umani utilizzando le loro radiazioni infrarosse. La radiazione del corpo nero emessa (da una persona, un animale o un oggetto) appartenente alla gamma di lunghezze d'onda dell'infrarosso medio viene rilevata e confrontata con la temperatura degli oggetti sullo sfondo dal rilevatore.

Un'onda infrarossa è una radiazione elettromagnetica avente una frequenza compresa tra 300 GHz e 400 THz [lunghezze d'onda comprese tra 10-3 - 0.7 x 10-6M]. Le radiazioni IR non sono visibili agli occhi umani. Le onde infrarosse trovano la loro applicazione nel riscaldamento di alimenti e telecomandi televisivi, cavi in ​​fibra ottica, termocamere, applicazioni mediche, rilevatori di movimento, ecc. I sensori PIR vengono utilizzati principalmente per rilevare e analizzare il movimento di cose o persone.

Sensore PIR
Rilevatore di movimento montato a parete. Fonte immagine: CHG, Sensore di movimento, contrassegnato come dominio pubblico, maggiori dettagli su Wikimedia Commons

Qual è il principio di funzionamento dei sensori PIR?

Ogni oggetto caldo, compreso il corpo umano, irradia calore sotto forma di radiazione infrarossa. Le radiazioni IR non sono visibili agli occhi umani. Queste radiazioni possono essere rilevate solo da dispositivi elettronici appositamente progettati. I sensori a infrarossi passivi rilevano e quindi convertono l'energia della luce incidente (sotto forma di onde infrarosse) in un segnale elettrico (elettroni). I sensori IR sono gravemente colpiti dal vapore acqueo perché l'acqua assorbe la parte massima della radiazione ricevuta. Per questo motivo, i rilevatori a infrarossi a volte non sono in grado di fornire risultati accurati quando vengono utilizzati in un ambiente esterno. La quantità di radiazione varia a seconda della temperatura e delle caratteristiche della superficie degli oggetti dati.

Tipicamente, questi rivelatori sono in grado di rilevare una banda di radiazioni nell'intervallo di 4.4 micrometri e le altre due bande nell'intervallo sopra e sotto lo spettro di 4.4 micrometri. Il rilevamento distinto delle due gamme consente al sensore di distinguere tra le fiamme effettive e le radiazioni non di fiamma che potrebbero aver influenzato i risultati. Questi sensori possono fornire risultati di rilevamento della fiamma più accurati dopo aver ignorato gli effetti della radiazione di fondo.

Rilevatore di movimento con fascio di luce
Una dimostrazione della sensibilità di un sensore PIR rispetto alla direzione. Fonte immagine: Andreas CT, Rilevatore di movimento con fascio di luce, CC BY-SA 4.0

Obiettivi utilizzati nei sensori PIR

I modelli di rilevatori PIR più diffusi utilizzano lenti di Fresnel o segmenti di specchio, che hanno una portata effettiva di circa 10 metri o 30 piedi e un campo visivo inferiore a 180 gradi. Queste lenti vengono utilizzate per focalizzare le radiazioni infrarosse rilevate dal dispositivo. Alcuni modelli avanzati hanno un campo visivo molto più ampio di circa 360 gradi. Questi tipi di lenti sono montati sul soffitto. I sensori a infrarossi passivi sono in grado di rilevare variazioni nell'energia a infrarossi oltre i 30 metri o 100 piedi. Gli specchi parabolici vengono utilizzati al posto delle lenti di Fresnel per focalizzare efficacemente l'energia della radiazione.

Qual è l'applicazione del sensore PIR nella termografia?

I sensori a infrarossi per immagini termiche sono progettati specificamente per rilevare le radiazioni infrarosse e formare immagini. Le immagini prodotte dalla termografia dipendono dalla quantità di calore irradiato dall'oggetto e dalla differenza di temperatura tra gli oggetti presenti in primo piano e sullo sfondo. La termografia è più adatta per la formazione di immagini in condizioni estremamente buie. Oltre agli occhiali, sono disponibili anche sensori per termocamere per acquisire immagini al buio. Questi strumenti servono una vasta gamma di applicazioni in vari campi differenti. Il processo di analisi dei dati di imaging termico è noto come termografia.

Trappola fotografica fotopulapka kamera lesna kamera obserwacyjna
Un rilevatore di movimento PIR con trappola fotografica. Fonte dell'immagine;Dariusz Kowalczyk, Camera trap, fotopułapka, fotocamera leśna, fotocamera obserwacyjna, CC BY-SA 4.0

Qual è l'applicazione del sensore PIR in sistemi di sicurezza?

I sensori PIR sono comunemente usati in vari sistemi di sicurezza. Il sistema PIR è responsabile del controllo di un piccolo relè. Questo relè collega il circuito di sicurezza con una coppia di contatti elettrici collegati a una zona di ingresso di rilevamento della centrale antifurto. In caso di assenza di rilevamento o variazione del movimento, il contatto del relè è chiuso o è presente un relè "normalmente chiuso" (NC). In caso di presenza di motion detection o variazione, il relè apre il circuito e fa scattare l'allarme inviando un segnale.

I sensori passivi rilevano i riflessi delle radiazioni dall'ambiente circostante. Questi dispositivi di rilevamento di solito non utilizzano un trasmettitore. Questi strumenti analizzano le variazioni di radiazione dagli oggetti circostanti e quindi dirigono un impulso o un segnale elettrico al microcomputer incorporato. Questo microcomputer interagisce quindi con la parte meccanica del sensore in base al segnale ricevuto. I produttori di sensori spesso consigliano un posizionamento calcolato dell'allarme basato su rilevatore a infrarossi passivi per ridurre le possibilità di situazioni di falso allarme. Si consiglia di non montare un sensore di fronte a una finestra in quanto potrebbe creare un problema di interferenza.

Interruttore luce con sensore a infrarossi passivi
Interruttore di sicurezza PIR. Fonte immagine: Z22, Interruttore luce con sensore a infrarossi passivi, CC BY-SA 4.0

Quali sono i materiali utilizzati nei sensori PIR?

I sensori IR possono essere costituiti da materiali diversi in base ai requisiti della forma di informazione che deve fornire. Alcuni materiali comunemente usati nei rivelatori IR sono:

  • Tellururo di cadmio di mercurio (noto come MCT, HgCdTe)
  • Piombo (II) solfuro (PbS)
  • Antimonide di indio (InSb)
  • Arseniuro di indio gallio
  • Arseniuro di indio
  • Tantalato di litio (LiTaO3)
  • Seleniuro di piombo
  • Fotorilevatore Quantum Well Infrared (QWIP)
  • Triglicina solfato (TGS)
  • Silicite di platino (PtSi)

Le tecnologie di rilevamento del movimento sono state sviluppate molto nel corso degli anni. Di solito, una certa combinazione di due o più tecnologie di rilevamento del movimento viene utilizzata per ottenere i migliori risultati possibili. La combinazione di tecnologie a infrarossi passivi e software di visione artificiale sta recentemente guadagnando popolarità nel campo del rilevamento del movimento. Tali tecnologie raramente producono errori nei risultati e ricontrollano anche il movimento registrato dalla telecamera di visione artificiale. Questi dispositivi servono una vasta gamma di applicazioni in vari campi.

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