Mozgásérzékelők fejlődése

A mozgásérzékelők története

A riasztóberendezés feltalálása óta eltelt több mint 150 izgalmas évről a Riasztóberendezések bevezetőjében olvashat az érdeklődő. A mozgásérzékelők fejlődése hasonlóan hosszú folyamat során érte el azt a műszaki színvonalat és változatosságot, ahol ma tartunk. Itt a behatolásvédelemnél alkalmazott mozgásérzékelők történetébe adunk rövid bepillantást, érdemes megismerni ennek a folyamatnak néhány érdekes állomását.

1953: Az amerikai Samuel Bagno szabadalmaztatja az első betörés elleni ultrahangos mozgásérzékelőt. Bagno a fejlesztést az 1940-es évek közepén kezdte, felhasználva a II. világháborúban használt katonai radarok alkalmazási tapasztalatait. A készülék a 19 kHz-es frekvencián működött. A gyártást a Long Island-i Alertronic Corporation kezdte el.
1970: Herbert Berman megalkotja a fémmel bevont szegmentált műanyag lapokból álló tükrös infrát. Ennél a passzív infravörös érzékelőnél még termisztort alkalmazott piroszenzorként, de a lencserendszer alapján ez az eszköz tekinthető a mai PIR-ek előfutárának.
1975: Az addig kis darabszámban készülő passzív infra érzékelők gyártási volumene rohamosan nő. A termisztorok instabilitása miatt a téves riasztások száma magas volt. Ez az érzékelők hermetikus lezárásának hiányából fakadt, de a termisztor magas elektronikus zaja is hátrányosan befolyásolta a működést.
1979: Az Eltec Instruments létrehozza az első lítium-tantál alapú piroszenzort, amit napjainkban is alkalmaznak.
1979: Az angol John Grant elsőként alkalmaz duál elemes piroszenzorokat, melyeket hatékony rádiófrekvenciás zavarvédelemmel is kiegészít.
1981: Megjelenik az első Fresnel-lencsés infra. Az amerikai Arrowhead 8700-as infra már cserélhető lencsével is rendelkezett.
1982: Kifejlesztik az első duál technológiás mozgásérzékelőt a passzív infravörös és a mikrohullámú technológiák kombinációjával.
1994: Piacra kerül az első, ipari felhasználásra szánt mennyezetre szerelhető kombinált technológiájú mozgásérzékelő.
1997: Megjelenik az első, K-sávban működő infra.
1997: Bevezetik az egységes érzékenységű optikát, mely nagy előrelépés a megbízható kisállat-védett infrák kifejlesztésében.
1998: Megvalósíthatóvá válik a nagytestű állatok elleni védelem az S –sávos mikrohullám és az egységes érzékenységű optika kombinálásával.

A duál technológiás mozgásérzékelők újabb fejlesztései

Az egyik, néhány éve kifejlesztett radarral kombinált infra jellemzőin keresztül mutatjuk be, hogy milyen innovatív technológiák jelentek meg a mozgásérzékelők fejlődése során. Ebbe az eszközbe ugyanis öt különböző érzékelő került beépítésre: két passzív infra-, egy mikrohullámú-, egy fehérfény- és egy szobahőmérséklet érzékelő.

Háromfókuszú optikai rendszer

Az érzékelő házába a két PIR érzékelőhöz három precíziós Fresnel-lencse került beszerelésre, ezáltal minden hatótávolságot egy-egy külön lencse érzékel. A felül elhelyezkedő PIR a nagy távolságú lencsével az érzékelő maximális hatótávolságáig figyeli a teret. Az alsó érzékelő az előtte elhelyezkedő két lencsével a közepes és kis hatótávolságokat fedi le. Ez utóbbi biztosítja egyben a lefelé látást is. A lencserendszer nagy sűrűségű érzékelő nyalábjai 86 zónára és 11 érzékelési szektorra osztják a védett területet. Az érzékelő sajátos kialakítása miatt még egy átlagosnál nagyobb helyiségben sem szükséges az érzékenységének vagy a lefedési alakzatának a helyiség méretéhez történő igazítása. A precíziós gyártású Fresnel-lencsével olyan optikai leképezést sikerült megvalósítani, ami jóval meghaladja a tükrös infrákkal elérhető hőképek minőségét. A lencserendszer optikai erősítése duplája a kortárs érzékelőkének. Mindezek miatt az érzékelési hatótávolság is nagyobb, mint a hasonló térlátó lencsés infráké: eléri a 18 métert.

Érzékelő adatfúzió

A hagyományos radarral kombinált infráknál a kétféle technológiájú érzékelő az észlelt jeleket külön-külön dolgozza fel, a köztük lévő „ÉS” kapcsolat miatt viszont egyszerre reagál azokra. Ha mindkét érzékelő behatolásnak értelmezi a jelzéseket, akkor kimenetükön riasztást váltanak ki. Ennek köszönhetően a téves riasztások száma ugyan csökken, az érzékelési hatékonyság azonban nem nő. Megoldást jelent erre az érzékelő adatfúziós technológia, amely a szenzorok által küldött adatokat egy mikroprocesszor által vezérelt jelfeldolgozó algoritmus szerint egyidejűleg és együttesen értékeli. Emellett nem csak kétféle – PIR és mikrohullámú – jelfeldolgozásra képes, hanem az öt különböző érzékelőből származó adat egyesített elemzését is el tudja látni.

Távolság-adaptáló mikrohullámú érzékelő

A mikrohullámú érzékelők csak a PIR érzékelőkkel kombinálva adnak megfelelő védelmet, mert vagy átlátnak a falakon, ezáltal észlelve az elhaladó embereket, járműveket stb., vagy felnagyítják a közvetlenül előttük elrepülő madarak és rovarok által kiváltott jeleket, és emberi behatolókra jellemző jelként észlelik. A telepítés során emiatt a hagyományos kombinált technológiájú infrák radar érzékelőjének érzékenységét a védett helyiség méretéhez és a PIR érzékelő lefedési alakzatához kell igazítani. A távolság-adaptáló segítségével azonban mindezeket a hibákat anélkül sikerül kiküszöbölni, hogy a mikrohullámú érzékelő hatótávolságát a PIR érzékelő hatótávolságához kellene igazítani, ami eddig az érzékelési teljesítmény torzulását vonta maga után.

Aktív fehérfény-elnyomás

A mozgásérzékelőkkel szemben lényeges elvárás, hogy ne reagáljanak a környezetből származó fehérfény-forrásokra, például egy elhaladó autó fényszórójára. A fehérfény elleni védelem hagyományos megoldásai (különféle sötét tükrös anyagok, szűrők, az érzékelő lencséjébe helyezett pigmentek stb.) az érzékelés hatásfokát is rontják. Az újonnan kifejlesztett önálló fehérfény érzékelő – az érzékelő adatfúziós technológiába integrálva – viszont már méri az érzékelő felületére jutó fény intenzitását és úgy nyomja azt el, hogy nem ront az infravörös érzékelés hatékonyságán.

Dinamikus hőmérséklet-kompenzáció

A PIR érzékelőkről tudjuk, hogy a környezet hőmérséklet változását figyelik, és arra reagálva váltanak ki riasztást. Amennyiben a környezet hőmérséklete közel azonos az emberi test hőmérsékletével (például kánikula idején), az érzékelő nem képes reagálni az esetleges behatolókra, hiszen nem észlel változást a környezet eredeti hőmérsékletéhez képest. A hagyományos hőmérséklet kompenzációt alkalmazó infra ilyenkor megnöveli az érzékenységét, hogy képes legyen az egészen kis hőmérséklet különbségek észlelésére. A megnövelt érzékenység viszont növeli a téves riasztások esélyét is. A dinamikus hőmérséklet-kompenzációt alkalmazó érzékelő a hagyományos módszerhez hasonlóan az ember felületi hőmérsékletének megfelelő 33,3 °C-ig fokozatosan növeli az érzékenységét. Ekkor áttér a két PIR érzékelőtől származó jel-zaj viszony elemzésére, az érzékenységet pedig a téves riasztások elkerülése érdekében visszaszabályozza. Mindezzel lehetővé teszi, hogy egészen kis eltérés, akár 0,2 °C is érzékelhetővé váljon, valamint a magas hőmérsékletből adódó téves riasztások száma is csökkenjen.