"سنسورهای مادون قرمز پسیو" وسایل الکترونیکی هستند که تشعشعات اینفرارد از اجسام و اهداف را در میدان دیدش اندازه گیری می کند.
به این سنسورها "سنسورهای PIR" گفته می شود که از مخفف Passive InfraRed sensors گرفته شده است.
PIR ها گاهی برای آشکارسازی اهداف متحرک بکار می روند، به این صورت که منبع انتشار اینفرارد با یک دما، مانند بدن، از جلوی منبع اینفرارد دیگر با دمای دیگر، مانند دیوار عبور می کند و بر اساس این تغییر آشکار سازی صورت می گیرد.
همه اشیاء اینفرارد (مادون قرمز) تشعشع می کنند. این تشعشع از دید انسان نامرئی است ولی می تواند با وسایل الکترونیکی که برای این هدف ساخته شده اند، آشکار شود. عبارت "پسیو" در این سنسور به این معنی است که این سنسور از خود هیچ نوع انرژی ساتع نمی کند، و فقط تشعشعات اینفرارد را از قسمت جلوئی سنسور (Sensor Face) دریافت می کند. در هسته یا مرکز PIR یک یا دسته ای از سنسورهای نیمه هادی وجود دارد، که مساحت تقریبی آن یک چهارم اینچ مربع است. این ناحیه از مواد گرما برقی (pyroelectric) ساخته شده است.
در سيستم‌هاي اعلام سرقت به طور وسیع از سنسورهاي حركتي كه در بازار با نام رادار يا چشمي از آن‌ها نام برده مي‌شود کاربرد دارند. اين سنسورها امروزه با تنوع وسيعي و كيفيت گوناگون در بازار يافت مي‌شوند.
هر جسمي كه دماي آن بالاتر از صفر مطلق يعني 273 درجه زير صفر باشد از خودش انرژي از جنس امواج نوري ساطع مي‌كند. ميزان اين انرژي كه از جسم منتشر مي‌شود وابسته است به:
· اختلاف دماي سطح جسم با دماي محيط
· ميزان دماي خود جسم
· ميزان انعكاس نور از جسم
· ابعاد فيزيكي جسم
· ميزان توليد انرژي داخلي (فعاليت و متابوليسم) و طول موج اين نور وابسته به دماي جسم مي‌باشد.
بخش زيادي از اين انرژي كه از جسمی تابش مي‌كند از نوع مادون قرمز است كه مربوط به بخش نامريي طيف امواج الكترومغناطيس مي‌باشد.
در يك دفتر اداري معمولي سطح تمام اجسام، ديوارها، كف، چراغ‌ها و ..... نور مادون قرمز از خود انتشار مي‌دهند از آنجا كه دماي سطح اجسام اطراف با دماي محيط به هم نزديك مي‌باشد هر دو تقريباً در يك طول موج انتشار دارند.
هنگامي كه كسي در اتاق حضور ندارد و يا فردي در آن حركت نمي‌كند الگوي انتشار اين انرژي از جهت قدرت و جهت ثابت است. حال اگر فردي به اتاق وارد شود اين الگو به دو شكل به هم مي‌ريزد. بدن فرد بين انعكاس و انتشار امواج توسط محيط مانع ايجاد مي‌كند. بدن فرد انرژي مادون قرمز خود را مي‌تابد كه باعث افزايش ميزان اين انرژي در اتاق مي‌شود.
در صورتي كه او حركت كند به ميزان قابل توجهي روي برخي از اجسام سايه ايجاد مي‌كند و روي برخي ديگر از اجسام اثر تقويت كننده دارد. همچنين در منطقه‌اي كه انرژي مادون قرمز افزايش يافته است دما نيز بالاتر مي‌رود سنسورهاي مادون قرمز تغييراتي كه به واسطه حضور فرد در ميزان انرژي در محيط ايجاد مي‌شود را تشخيص مي‌دهند. و شامل بخش‌هاي زير مي‌باشند.
يك سنسور كه نسبت به نور مادون قرمز دريافتي عكس‌العمل نشان مي‌دهد و آن را به ميكرو ولت تبديل مي‌كند.
يك لنز كه اطمينان مي‌دهد نور مادون قرمز از مناطق مجزايي كه از هم فاصله دارند و از بين آن‌ها نوري دريافت نمي‌شود گرفته مي‌شود.
يك مدار الكترونيكي كه تغييرات ولتاژ ناشي از انرژي مادون قرمز كه به دليل حركت جسم در مقابل زون‌ها مي‌باشد را در يك زمان معين اندازه مي‌گيرد و نسبت به آن عكس‌العمل نشان مي‌دهد.
سنسور مادون قرمز فقط به دماي ناشي از بدن انسان يا حيوان خونگرم كه در محدوده 8-14mm است عكس‌العمل نشان مي‌دهد.
سنسور اصلي يك PIR، يك قطعه فوق‌العاده حساس نسبت به نور مادون قرمز است كه داخل يك كپسول كاملاً بسته قرار گرفته است. هر نور مادون قرمزي كه به سطح سنسور بتابد در مشخصات الكتريكي سنسور تغيير ايجاد مي‌كند. اين تغيير توسط يك مدار الكترونيكي آشكار گرديده، تقويت شده و مي‌تواند منجر به بروز يك آلارم در خروجي PIR شود.
بالا رفتن تكنولوژي PIR منجر به اضافه كردن مزايا يا جبران‌سازي در بخش‌هاي زير گرديده است.
مشخصات پس‌زمينه:
· دماي سطوح غير مهم
· شدت تغييرات لازم براي فعال شدن آلارم
· طول زمان لازم براي تغييرات
· يكسان كردن اثر تغييرات در تمام زاويه ديد
مشخصات هدف:
· طول موج مادون قرمز توليد شده توسط تجهيزات معمولي درون اتاق در دماي 12Cبرابر 1mm، نور خورشيد 2.7mm و يك انسان 10-14mm يا بيشتر است.
· ابعاد واقعي جهت تحريك آلارم و حذف اثر پرسپكتيو ( يك حيوان كوچك در نزديكي PIR اثر يك انسان در فاصله دورتر را دارد.)
· اختلاف دماي بين انسان و سطوح گرمازاي ديگر
· سرعت جابجا شدن در مقابل PIR
تمام سنسورهاي PIR براي تشخيص حركت از يك مفهوم اختلاف بين حضور و عدم حضور استفاده مي‌كنند كه سبب مي‌شود بين حضور يك انسان با امواج RFI و EMIمنتشره از منابع ديگر تفكيك قائل شود.
براي رسیدن به اين نتيجه صفحه سفيد رنگ مقابل سنسور داراي الگويي است كه تحت زاوياي خاصي امواج مادون قرمز از فرد مقابل دستگاه به سنسور نمي‌رسد اما تحت زواياي ديگر اين نور مستقيماً به سنسور مي‌رسد. براي واضح‌تر شدن مسئله شما فرض كنيد كه يك ورقه كاغذ كه در آن سوراخ‌هايي با فواصل معيني تعبيه شده است مقابل چشم خود قرار داده‌ايد در اين حالت اگر فردي از مقابل شما عبور كند در بعضي از محل‌ها يا زوايا او را نمي‌بينيد اما در برخي ديگر از زوايا او را مي‌توانيد مشاهده كنيد.
زوايايي كه در آن‌ها فرد را نمي‌بينيد زون مرده و زواياي ديگر را زون مي‌ناميم.
به عبارت ديگر وقتي فرد در يك زون مرده قرار مي‌گيرد نور تابشي از بدن او به سنسور نمي‌رسد ولي وقتي در مقابل يك زون قرار مي‌گيرد گرماي تابشي بدن او توسط لنز محسوس مي‌باشد.
زون‌ها داراي انواع گوناگوني از ساده تا پيچيده جهت كاربردهاي يا حساسيت بالا مي‌باشند.
1 زون تك واحدي
2 زون دوقلو
3 زون دو لبه
4 زون چهار لبه
5 زون هشت لبه
انواع يك و دو امروزه غير متداول بوده و ممكن است در ارزان‌ترين نوع سنسورها جهت مناطقي كه از درجه امنيتي بسيار پاييني برخوردارند مناسب مي باشد. زيرا براي ايجاد آلارم فرد مي‌بايست حداقل از مقابل يك زون مرده و دو زون معمولي در زمان معيني عبور نمايد.
در زون نوع دو وجهي هر زون فعال به دو بخش به صورت عمودي تقسيم مي‌شود. كه يكي بخش يا لبه مثبت و ديگري بخش يا لبه منفي ناميده مي‌شود. براي تحريك كافي است فرد در زمان معيني در يك زون از لبه مثبت به لبه منفي برود و يا بر عكس اين وضعيت منجر به بالا رفتن حساسيت سنسور مي‌شود.
بعضي PIRها از الگوي معيني براي تحريك شدن پيروي مي‌كنند كه مزاياي زير را دارد:
· كاهش آلارم‌هاي خطا ناشي از اثرات محيطي كه ثابت مي‌باشند اما انرژي گرمايي شبيه بدن انسان توليد مي‌كنند مثل آتش و غيره
· كاهش آلارم‌هاي خطا ناشي از اشياء متحركي كه خصوصيات حركت انسان را ندارد. (مثل تغيير نور خورشيد ناشي از سايه و روشن شدن، حركت سطوح داغ و غيره
خيلي از سيستم‌ها امكان ثبت تمام رخدادها را دارند حتي آن‌هايي كه منجر به بروز آلارم نشده‌اند. اين امكان به مهندس نگهدار سيستم اجازه تصميم‌گيري در مورد علل رخداد مشكلات پيش آمده را مي‌دهد.
زون‌هاي چهار لبه و هشت لبه:
در اين زون‌ها هر زون به چهار يا هشت بخش تقسيم مي‌شود. اما در آن‌ها مفهوم عبور از يك خط به مفهوم حضور در بخش تغيير مي‌يابد. در يك زون چهار لبه زون به چهار بخش مستطيلي دو تا در بالا و دو تا در پايين تقسيم مي‌شود. دو بخش بالايي را A و دو بخش پاييني را Bنامگذاري مي‌كنند. A به دو بخش A- و A+ و Bبه دو بخش B- وB+متناظربا هر بخش تقسيم مي‌شود. در حالت عددي يك پروسسور نور مادون قرمز جذب شده در هر بخش را كه با دو شرط بالاتر بودن از يك ميزان حداقل و در يك بازه زماني معيني صورت مي‌گيرد را آشكار مي‌كند و از معادله زير استفاده مي‌كند.
½A+B½-½A-B½=0
اگر نتيجه صفر باشد هيچ آلارمي رخ نداده است خطوط افقي به معني قدر مطلق است و حاصل A+B يا A-B را هميشه بدون علامت (مثبت) در نظر مي‌گيرد.
فرض كنيد يك موش كوچك در زون شماره يك ظاهر مي‌شود و انرژي گرمايي مادون قرمزي به ميزان 2mJ (دو ميكرو ژول) در +B1 ايجاد مي‌كند. موقعيت حضور بدن موش در كجاي زون هيچ اهميتي ندارد فقط مهم اين است كه وارد اين بخش گرديده است. هيچ يك از بخش‌هاي ديگر حضور موش را تشخيص نداده‌اند. پردازشگر معادله را به صورت زير محاسبه مي‌كند.
½0+2½-½0-2½=½+2½-½-2½=2-2=0
بنابراين هيچ آلارمي ايجاد نمي‌شود.
فردي را در نظر بگیرید كه بدن خود را پوشانده است. براي جلوگيري از تحريك شدن سنسور روي زمين مي‌خزد اما مطابق معادله زير آلارم ايجاد مي‌شود. زيرا:
½1+3½-½1-3½=½4½-½2½=4-2=2=alarm
بنابراين يك پردازشگر معادله مذكور را يه صورت دائم محاسبه مي‌كند و تعيين مي‌كند:
· در كداميك از بخش‌هاي چهارگانه حضور شيء تشخيص داده مي‌شود.
· مقدار معادله در مورد آن قابل توجه است يا خير.
· آيا ثابت ايستاده يا به زون بعدي تغيير مكان داده است.
حال يك سئوال مطرح مي‌شود: اگر موش آنقدر به سنسور نزديك باشد به طوري كه تمام بخش‌هاي يك زون را بپوشاند آيا آلارم رخ مي‌دهد. مثلاً فرض كنيد كه اين موش دقيقاً روي سنسور برود در اين حالت:
½2+2½-½2-2½=½4½-½0½=4-0=4=alarm
پاسخ به اين سوال اين است بلي و نه اگر آشكارساز حركت داراي قابليت تشخيص پوشيده شدن سطح سنسور را داشته باشد سيگنال آلارم ايجاد مي شود و اين وضعيت را به عنوان تلاش براي از كار انداختن عملكرد سنسور در نظر مي‌گيرد اما اگر سنسور داراي ***** براي جلوگيري از انرژي با طول موج‌هاي ديگر كه مربوط به انسان نيست مثل نور خورشيد مي‌باشد ممكن است كه آلارم ايجاد نكند. زيرا بدن موش ساختار متابوليسمي متفاوت و دماي سطح متفاوتي دارد. لذا طول موج متفاوتي را تابش مي‌كند.
در زون‌هاي هشت‌گانه هر زون به هشت بخش يا چهار زوج تقسيم مي‌شود كه هر زوج يك محدوده ورودي در مقابل فرد را مي‌پوشاند. اين وضعيت اجازه پوشش 360 درجه بدون پردازش‌ها يپيچيده‌تر را مي‌دهد.
به طور خلاصه مزاياي سنسورهاي چهارلبه به قرار زير است:
· آلارم خطاي بسيار پايين در مقابل حضور افراد با درجه متفاوت
· قدرت تشخيص منابع توليدكننده انرژي كه موجوديت غير انساني دارند.
قابليت تشخيص پس زمينه و هدف حتي اگر در يك طول موج انتشار داشته باشند. كه باعث مي‌شود سعي در ايجاد شيلد توسط فرد جهت فريب سنسور را كاهش دهد. معادله مذكور قدرت تقويت مقادير را دارد براي مثال:
½0.5+0.5½-½0.5-0.5½=½1½-½0½=1
قدرت پردازش بيشتر امكان بررسي چندباره و بالا رفتن دقت بدون از دست دادن زمان را مي دهد.
سنسور PIR اغلب به عنوان قسمتی از مدارات مجتمع ساخته می شود و ممکن است شامل یک، دو، سه یا چهار "پیکسل"، شامل مساحتهای مساوی از مواد گرما برقی باشد. ممکن است سنسورها را به صورت جفتهائی به ورودیهای مخالف تقویت کننده های تفاضلی متصل کنند. در چنین ترکیبی اندازه گیریهای PIR ها یکدیگر را خنثی کرده و در نتیجه اندازه متوسط دمای میدان دید از سیگنال الکتریکی برداشته می شود. این به سنسور اجازه می دهد تا در مقابل آشکارسازی خطا که ناشی از تشعشعات نوری یا روشنائی های بزرگ است، مقاومت کند. نورهای روشن پیوسته می تواند این سنسور را اشباع کرده و باعث می شود تا سنسور نتواند اطلاعات بیشتری را ثبت کند. در عین حال این ترکیب تفاضلی، تداخل مد مشترک را مینیمم می کند که مانع از راه اندازی ناشی از میدانهای الکتریکی نزدیک به وسیله می شود. به هر حال این ترکیب نمی تواند دما را اندازه گیری کند و مختص آشکار سازی اشیاء متحرک است.