Как работают датчики. Датчики движения: принципы работы, виды и области применения — Производство и поставка электростанций, Бензиновые и дизельные генераторы от 1 до 100 кВт. Мини ТЭЦ на базе двигателя Стирлинга.

Как работают различные типы датчиков движения. Какие бывают датчики движения и в чем их отличия. Где используются датчики движения и на что обратить внимание при выборе. Как правильно настроить и обслуживать датчик движения.

Содержание

Принцип работы датчиков движения: основные технологии

Датчики движения — это электронные устройства, которые обнаруживают движение в определенной зоне и могут использоваться для автоматического управления освещением, системами безопасности и другими устройствами. Существует несколько основных технологий, на которых основана работа датчиков движения:

Инфракрасные (PIR) датчики
Микроволновые датчики
Ультразвуковые датчики
Датчики с видеоанализом

Как работают инфракрасные датчики движения?

Инфракрасные (PIR) датчики являются самыми распространенными. Их принцип работы основан на обнаружении изменений теплового (инфракрасного) излучения. Когда человек или животное входит в зону обнаружения, датчик фиксирует изменение уровня ИК-излучения и активируется.

Основные компоненты PIR-датчика:

ИК-сенсор для регистрации теплового излучения
Система линз для фокусировки излучения на сенсоре
Микропроцессор для анализа сигналов

Принцип работы микроволновых датчиков

Микроволновые датчики излучают высокочастотные электромагнитные волны и анализируют их отражение от окружающих объектов. При появлении движущегося объекта характер отраженного сигнала меняется, что фиксируется датчиком.

Как функционируют ультразвуковые датчики?

Ультразвуковые датчики работают по схожему с микроволновыми принципу, но используют звуковые волны вместо электромагнитных. Они излучают ультразвуковые импульсы и анализируют их отражение, определяя наличие движения в контролируемой зоне.

Сравнение различных типов датчиков движения

Каждый тип датчиков имеет свои преимущества и недостатки:

ИК-датчики недороги и энергоэффективны, но могут давать ложные срабатывания при резких перепадах температуры

Микроволновые датчики имеют большую зону охвата и могут работать через препятствия, но более дорогие
Ультразвуковые датчики хорошо работают в помещениях, но чувствительны к звуковым помехам
Датчики с видеоанализом обеспечивают точное обнаружение, но требуют сложной обработки данных

Области применения датчиков движения

Датчики движения широко используются в различных сферах:

Системы охраны и сигнализации
Автоматическое управление освещением
Автоматические двери
Системы «умного дома»
Промышленная автоматизация
Интерактивные рекламные дисплеи

Ключевые параметры при выборе датчика движения

При выборе датчика движения следует учитывать следующие характеристики:

Угол и дальность обнаружения
Чувствительность и возможность ее регулировки
Устойчивость к ложным срабатываниям
Энергопотребление
Способ монтажа и класс защиты
Дополнительные функции (регулировка времени работы, датчик освещенности и т.д.)

Настройка и обслуживание датчиков движения

Для эффективной работы датчика движения важно правильно его настроить и регулярно обслуживать:

Выберите оптимальное место установки с учетом зоны обнаружения
Настройте чувствительность и время срабатывания
Регулярно очищайте линзы или сенсоры от пыли и загрязнений
Проверяйте надежность крепления и подключения
Тестируйте работоспособность системы

Инновации в области датчиков движения

Технологии датчиков движения постоянно совершенствуются. Некоторые современные тенденции:

Интеграция с системами искусственного интеллекта для более точного анализа движения
Использование комбинированных датчиков, сочетающих разные технологии

Миниатюризация и снижение энергопотребления
Беспроводные датчики с автономным питанием
Расширенные возможности настройки и программирования

Типичные проблемы с датчиками движения и их решение

При эксплуатации датчиков движения могут возникать следующие проблемы:

Ложные срабатывания
Пропуск движения в зоне обнаружения
Нестабильная работа
Быстрый разряд батарей в автономных датчиках

Для решения этих проблем можно:

Проверить и скорректировать настройки чувствительности
Очистить линзы или сенсоры от загрязнений
Устранить источники помех в зоне действия датчика
Заменить элементы питания или проверить подключение
При необходимости обратиться к специалисту для диагностики

Датчики движения в системах «умного дома»

В современных системах «умного дома» датчики движения играют важную роль:

Автоматическое управление освещением для экономии энергии
Интеграция с системами климат-контроля
Обеспечение безопасности и контроль доступа
Автоматизация бытовых приборов
Сбор данных о активности для анализа и оптимизации

Интеграция датчиков движения с другими элементами «умного дома» позволяет создавать комфортную и энергоэффективную среду, адаптирующуюся к потребностям жильцов.

Как работают датчики движения — разница и области применения

Отредактировано: 15.04.2022

Там, где свет включается автоматически, за этим обычно стоит датчик движения. Эти датчики также помогают нам в интеллектуальном и безопасном освещении на открытых и закрытых пространствах. Но какие есть виды детекторов движения и как они работают? Какие критерии следует учитывать при покупке детектора движения? Узнайте все, что вам нужно знать о датчиках движения в этом материале!

Содержание

Что такое детектор движения?

Название детектора движения говорит само за себя: он сообщает о движении и представляет собой электронный датчик, который обнаруживает движения в определенной среде и может использоваться в качестве электрического выключателя в соответствии с этими зарегистрированными движениями.

В повседневной жизни мы часто сталкиваемся с датчиками движения, даже не подозревая об этом. Потому что нам не нужно нажимать переключатель или предпринимать какие-либо другие действия, мы просто появляемся и распознаемся детектором движения.

Если, например, уличный свет включается, как только вы подходите к дому, или двери в супермаркете автоматически открываются, за этим обычно стоит датчик движения.

Какие типы детекторов движения существуют и как они работают?

Общий термин «детектор движения» объединяет различные технологии, которые используются для обнаружения движения. Принцип их работы очень разный.

Если вы хотите вывести используемую технологию из термина «детектор движения», название может даже несколько ввести в заблуждение, в зависимости от детектора. С технической точки зрения наиболее распространенный тип детектора движения реагирует не на движения, а на изменение температуры окружающей среды. Как правило, все детекторы движения определяют движение по изменениям, обнаруженным в зоне обнаружения.

Есть четыре основных типа детекторов движения:

ИК-датчик движения;
Микроволновый датчик движения;
Ультразвуковой датчик движения;
Детектор движения камеры.

Примечание. Существуют также датчики движения, сочетающие в себе различные типы датчиков. Так называемые двойные детекторы, например, имеют датчик ИК и ультразвуковой датчик.

Как работает инфракрасный датчик движения?

Датчик движения PIR (passive infrared) использует так называемый пассивный инфракрасный датчик, который работает с инфракрасной технологией и реагирует на изменения температуры в зоне покрытия.

Таким образом, датчик реагирует на различия в тепловом излучении в зоне обнаружения. В основном он реагирует на все, что движется и излучает тепло — людей, кошек, машины, инопланетян и т. д. Это называется пассивным датчиком, так как сам по себе ИК-детектор ничего не излучает. Движущиеся объекты должны сами излучать тепло, чтобы их можно было распознать.

Чтобы датчики PIR могли оптимально обнаруживать разницу температур, должен быть непосредственный контакт с объектом. Они не должны быть экранированы или закрыты. На чувствительность датчиков также может повлиять сильный дождь или толстая зимняя одежда.

Как работает микроволновый датчик движения?

Микроволновые датчики движения (HF — high frequency) излучают высокочастотные электромагнитные волны с небольшими длинами волн. Они поражают объекты в области покрытия и при этом отражаются. Детектор движения регистрирует энергию, отраженную объектами.

Таким образом, движения в окружающей среде можно распознать по изменениям регистрируемой энергии. Такие датчики могут быть установлены скрытно, потому что электромагнитные волны проникают через такие материалы, как стекло или дерево. Они даже работают через тонкие стены или двери.

Примечание. Разница между ИК-детекторами и ВЧ-детекторами заключается в том, что последние не зависят от тепла или теплового излучения и обнаруживают только движение. Как правило, даже сильные колебания температуры не нарушают работу ВЧ-датчиков движения.

Как работает ультразвуковой датчик движения?

Как и ВЧ-датчики движения, ультразвуковые датчики движения являются активными датчиками. Ультразвуковые детекторы движения, в отличие от высокочастотных детекторов, излучают звуковые волны вместо электромагнитных волн для обнаружения изменений в зоне наблюдения.

Поскольку звуковые волны распространяются по воздуху, ультразвуковые датчики движения нельзя устанавливать рядом с источником сильных звуков, за шторами, над источниками тепла, такими как отопительные радиаторы, и в районе вентиляционных отверстий.

Как работает детектор движения камеры?

Датчики камеры также используются в детекторах движения. Движения распознаются путем электронной оценки данных изображения. Таким образом, если изображение, записанное камерой, изменяется, датчик камеры регистрирует это изменение как движение, сравнивая его с ранее записанным материалом изображения.

В чем разница между датчиком движения и датчиком присутствия?

Детектор присутствия — это датчик, который обнаруживает присутствие людей в помещении даже когда движения почти нет. Ключевое различие между датчиком присутствия и датчиком движения заключается в чувствительности датчиков. Кроме того, датчики присутствия измеряют фон постоянно, а датчики движения реагируют только на первое движение.

Например, если вы управляете выключателем света с помощью детектора движения в подвале, он включит свет, как только вы войдете в подвал. Через определенное время свет снова автоматически выключается и, если вы не успели, самое время потанцевать в темноте перед датчиком движения.

С другой стороны, выключатель света, управляемый датчиком присутствия, также включает свет, когда вы входите в подвал, и постоянно проверяет, находитесь ли вы еще в комнате. Затем он автоматически выключает свет, как только вас больше не обнаруживает.

Датчики присутствия в основном устанавливаются в жилых и рабочих помещениях, а датчики движения лучше подходят для наружных устройств безопасности или в качестве выключателей света в коридорах и на лестничных клетках.

Какие датчики использует детектор присутствия?

Используются особо чувствительные датчики, поэтому они не пропускают даже малейшее движение. Для этого устанавливаются как ВЧ-датчики, так и датчики PIR. Для освещения ВЧ датчики обычно комбинируются с датчиком освещенности, так что свет включается только в темноте.

Ультразвуковые датчики часто используются в офисах, потому что их высокая чувствительность позволяет регистрировать действия в сидячем положении, при этом людям в помещении не приходится носить антенну на голове.

Для каких областей применения подходят датчики движения?

Области применения детекторов движения очень разнообразны и различаются в зависимости от того, как они работают.

Типичные области применения включают в себя:

выключатель;
датчик присутствия;
системы охранной сигнализации;
видеонаблюдение;
сигналы светофора.

Какой датчик движения использовать в качестве выключателя света?

Инфракрасные детекторы являются наиболее распространенными датчиками движения и используются как в помещении, так и на улице. Они особенно часто используются в качестве выключателей света на открытом воздухе, на лестничных клетках, в коридорах и гаражах. С другой стороны, ультразвуковые датчики для выключателей света особенно подходят для длинных коридоров и проходов.

Микроволновые датчики отличаются особой чувствительностью и поэтому в основном устанавливаются внутри помещений. Поскольку реакция датчика движения на каждый пролетающий в саду лист довольно нежелательна, а именно такая чувствительность в здании дает определенные преимущества. Например, высококачественные высокочастотные датчики уже распознают нажатие дверной ручки и, таким образом, могут включить свет еще до того, как вы полностью окажетесь в комнате.

Так как они могут быть установлены скрытым образом, их также можно устанавливать в светильниках вне поля зрения потребителя и, таким образом, они не должны вписываться в декоративную концепцию. А поскольку радиочастотные датчики могут не только проходить сквозь стены, но и не обращать внимание на резкие перепады температуры, их используют и на входных дверях магазинов.

Что такое датчик iHF?

Аббревиатура «iHF» означает интеллектуальные ВЧ-датчики. В то время как микроволновые датчики движения с обычными ВЧ-датчиками не подходят для использования на открытом воздухе из-за их чувствительности, технология в детекторах движения iHF была усовершенствована, чтобы датчики могли отличать движения человека от дождя, листьев или прыгающих насекомых. Благодаря этому новому интеллекту такие датчики очень популярны среди наружных детекторов движения.

Совет: Вы бы хотели, чтобы внешнее освещение включалось автоматически в темное время суток, а не только тогда, когда поблизости находятся люди? Проще всего это сделать с помощью так называемых сумеречных датчиков (фотореле).

Какой датчик движения использовать для охранной сигнализации?

В системах охранной сигнализации обычно используются комбинации различных детекторов движения для снижения риска ложных срабатываний. Например, существуют так называемые двойные ИК-детекторы, которые состоят из двух отдельных датчиков и вызывают тревогу только тогда, когда реагируют оба датчика. Принцип аналогичен для двойных детекторов: датчик ИК комбинируется с датчиком ВЧ или ультразвуковым датчиком, и тревога срабатывает только тогда, когда оба датчика реагируют.

Для систем охранной сигнализации с повышенными требованиями к безопасности также могут использоваться извещатели с анти-маскировкой. Они определяют, например, когда датчик заклеен лентой или на него что-то распылено, и сообщают об этом в систему сигнализации через отдельный выход.

Какой датчик движения использовать для видеонаблюдения?

Детекторы движения с датчиками камеры часто используются в видеонаблюдении. Если датчики регистрируют изменение записи изображения, можно включить запись системы видеонаблюдения. Таким образом, возможности записи системы мониторинга используются более эффективно, а также упрощается поиск возможных инцидентов.

В зависимости от системы наблюдения при срабатывании датчика по сигналу может включаться не только видеонаблюдение, но и свет, и соответственно срабатывать сигнализация.

На что обратить внимание при покупке детектора движения?

От системы сигнализации до освещения в подвале — существует множество различных детекторов движения и приложений, но при выборе правильного детектора движения всегда следует учитывать некоторые основные критерии.

При покупке датчика движения необходимо учитывать следующие параметры:

Дальность обнаружения и угол обнаружения;
Диапазон;
Место установки;
Класс защиты IP;
Тип крепления;
Варианты монтажа;
Варианты настройки (например, продолжительность освещения).

Зона обнаружения, угол обнаружения и дальность

Чтобы датчик работал надежно, возникает вопрос, какую область он должен контролировать. В принципе, чем больше угол обнаружения, тем больше диапазон обнаружения датчика. Детекторы движения доступны с углом обнаружения от 90 до 360 градусов. Последние особенно рекомендуются для датчиков движения потолочного монтажа.

Поскольку требования различаются в зависимости от конструктивной ситуации, угол датчика можно отрегулировать по мере необходимости. Также обязательно различайте горизонтальную и вертикальную области обнаружения и проверьте, достаточен ли диапазон датчика. Большое расстояние часто имеет решающее значение, особенно для наружного применения.

Совет: если вы сомневаетесь, выберите датчик движения с большим углом обнаружения и отрегулируйте зону обнаружения позже, используя экраны, когда это необходимо.

Область установки и класс защиты IP

Необходимо не только уточнить, следует ли устанавливать датчик в помещении или на улице, но и в идеале необходимые варианты для его подключения должны располагаться поблизости от него.

Если датчик движения устанавливается на улице, он должен быть защищен от атмосферных воздействий . Поэтому датчик для наружного применения должен иметь класс защиты не ниже IP 44. Для применения внутри помещений обычно достаточно класса защиты IP 20.

Совет: Находясь на улице, убедитесь, что на зону обнаружения детектора движения не повлияют растущие растения или отражающие поверхности в течение длительного периода времени.

Тип и варианты монтажа

Тип монтажа также различается в зависимости от места установки. Детекторы движения можно прикрепить, например, к стене или потолку, хотя установка на потолке рекомендуется для использования внутри помещений для обеспечения идеальной зоны обнаружения.

На открытом воздухе рекомендуется устанавливать датчик движения на высоте 2 метра и более. Это означает, что ими не смогут легко манипулировать посторонние лица, и чем выше он установлен, тем больше покрываемая площадь.

Параметры настройки

В некоторых моделях можно регулировать не только угол обнаружения датчика, но также продолжительность освещения и светочувствительность. В то время как регулируемая продолжительность освещения находится в диапазоне от нескольких секунд до нескольких минут, светочувствительность обычно можно регулировать до 2000 люкс.

Также обратите внимание на дополнительные функции, полезные для вашего конкретного приложения, такие как, например, встроенный сумеречный выключатель и т.п.

Примечание. Если датчик движения подключен к источнику света, это должен быть источник света, непосредственно излучающий полный световой поток. Кроме того, источник света не должен превышать максимально допустимую электрическую мощность детектора в ваттах.

Как настроить детектор движения?

Чтобы датчик движения выполнял свою работу должным образом, его также необходимо правильно настроить после установки.

В частности, необходимо учитывать следующие факторы:

Положение: В зависимости от того, как они работают, на датчики может влиять отходящее тепло от систем отопления и кондиционирования воздуха, прямой солнечный свет или движущиеся объекты, такие как флаги или деревья. Проверьте среду на наличие возможных источников ошибок.
Высота: Высота имеет решающее значение для правильной установки детектора движения. Высота 2,5 метра идеальна для выключателя света на большинстве поверхностей. Здесь важна не только ориентация датчика движения, но прежде всего объектива. Он должен иметь хороший «обзор» контролируемой области.
Сумеречный выключатель: Порог яркости можно использовать для установки включения света датчиком движения. Поэкспериментируйте с различными настройками, чтобы в конечном итоге определить оптимальное значение яркости для вас.
Таймер: Таймер можно использовать для указания периодов, в которые датчик движения должен работать. Параметры настройки зависят от модели.
Длительность переключения: для некоторых детекторов движения можно установить, как долго они будут работать. Например, можно указать, что наружный свет включается через 60 секунд после движения.

Примечание. Будьте осторожны, чтобы не установить слишком высокий порог яркости. Потому что, если поблизости есть уличные фонари, яркость которых в основном составляет 15 люкс, это может означать, что порог никогда не будет достигнут, и датчик движения не сработает.

Детектор движения требует обслуживания?

Грязные очки мешают видеть, так и датчик детектора движения может плохо работать из-за загрязнения. Таким образом, правильная очистка датчика движения является важным аспектом ухода и в то же время помогает предотвратить долговременные повреждения.

Датчик как «глаз» детектора движения необходимо всегда очищать от пыли и другой грязи, чтобы он мог нормально функционировать. Очистку можно быстро выполнить влажной тряпкой. В случае стойких загрязнений вы также можете осторожно нанести мягкое чистящее средство на детектор с помощью ткани и вытереть его после короткого времени воздействия.

Совет: если датчик движения очень часто загрязняется, может помочь его установка в другом месте. В идеале датчик движения должен быть максимально защищен от ветра и непогоды, а также от прямых солнечных лучей.

Простые советы по обслуживанию детектора движения

Хотя датчик движения надежно сообщает о движении, он не предоставляет никакой информации о возможных повреждениях. Однако, выполнив несколько шагов обслуживания, вы сможете быстро отследить распространенные проблемы.

Проверьте кабели: в то время как питающие линии внутри помещений обычно имеют дело только с пылью, на открытом воздухе они подвержены ветру и погодным условиям, и их всегда следует очищать и тщательно проверять. Оборванные или оголенные кабели могут не только привести к неисправностям, но и быть опасными.
Проверяйте аккумулятор: если ваш детектор движения работает от аккумуляторов, вам следует регулярно проверять аккумуляторы и при необходимости заменять их.
Проверяйте батарею: в случае решений, питающихся от солнечной энергии, батареи следует регулярно проверять и заменять, если они больше не могут поглощать достаточно энергии.
Неисправная лампочка: вы сильно машете рукой, а свет все равно не загорается? Может дело не в датчике движения, а в лампочке. Проверьте их и при необходимости замените.
Проверьте сумеречный выключатель: если ваш датчик движения включает свет в неподходящее время, возможно, необходимо сбросить сумеречный выключатель.

Заключение

Детекторы движения становятся все более популярными и выпускаются с все возрастающей точностью. Они доступны в качестве выключателей света на улице или на лестничных клетках, в качестве датчиков присутствия в офисах, в качестве помощников движения на светофорах и во многих других областях применения. Детекторы движения различаются по типу обнаружения с инфракрасными, высокочастотными, ультразвуковыми волнами или камерами.

Помимо различных технологий, используемых в детекторе движения, они также различаются по другим критериям, таким как область обнаружения, диапазон и параметры настройки. Место установки и способ крепления также следует определить перед покупкой.

После того, как датчик движения успешно заработал, его следует регулярно проверять. Хотя легко заметить, что датчик движения не работает должным образом с выключателями света, отсутствие технического обслуживания может привести к проблемам с безопасностью, особенно с системами сигнализации. Будь то в помещении или на улице — каждый датчик движения рад небольшой заботе время от времени.

Если стоит выбор, где купить датчики движения, выбирайте надёжного поставщика. Компания «АнЛан» занимает лидирующие позиции на рынке РФ с 2007 года. Разумная цена и европейское качество — то, что отличает продукцию компании от других организаций.

Копирование контента с сайта Anlan.ru возможно только при указании ссылки на источник.
© Все права защищены.

Как работает инфракрасный датчик движения: конструкция, настройка

Датчик движения – обязательный элемент охранных систем. Он позволяет своевременно обнаружить проникновение на объект и информировать о нем владельца и мониторинговый пульт.

Чаще всего в частных домах, квартирах и офисах используется инфракрасное устройство. Оно отличается простотой работы и высокой точностью распознавания. Именно о нем мы сегодня поговорим.

Суть работы инфракрасного датчика

Принцип работы основан на обнаружении и регистрации теплового излучения, исходящего от объекта в зоне обслуживания. Как известно, живое существо теплее окружающей среде. Именно разница в температуре вызывает срабатывание датчика.

Для регистрации теплового излучения используется система линз, расположенных вокруг чувствительного фотоэлемента. Датчики имеют от 20 до 60 линз, чем их больше, тем чувствительнее устройство.

Принцип работы таков:

линзы фокусируют инфракрасное излучение на пиросенсоре;
сигналы от сенсора передаются микропроцессору;
микропроцессор превращает их в числовые данные для анализа;
проводится анализ и оценка угрозы.

Если датчик обнаруживает человека в охраняемой зоне, он передает сообщение на контрольную панель. Это центральный элемент охранной системы, обрабатывающий информацию от всех датчиков. При угрозе отсюда отправляется сигнал владельцу и на мониторинговый пульт.

Получив сигнал тревоги, диспетчер мониторингового центра передает сообщение группе быстрого реагирования. Она прибывает на место в течение 5–7 минут и задерживает нарушителя.

Защита от ложных срабатываний

Пользователи часто интересуются: не сработает ли датчик из-за шевельнувшейся от сквозняка занавески или пролетевшей за окном птицы? А если в доме есть животное, будет ли система реагировать на него?

Эти опасения напрасны. Во-первых, датчик фиксирует тепловое излучение, а потому не реагирует на неодушевленные предметы. Не вызовут реакции и птица или прохожий за окном, так как они находятся вне зоны действия датчика.

Во-вторых, современные устройства обладают высокой точностью. Они отличают человека от животных благодаря:

нескольким зонам чувствительности. Зона высокой чувствительности начинается на расстоянии примерно 0,5 м от пола. Ниже этой границы находится зона низкой чувствительности, в которой перемещаются большинство животных;
весу. Порог включения датчика составляет 10–20 кг, при показателе ниже этой границы датчик не активируется. Точная цифра зависит от веса питомца;
скорости перемещения. Даже при неторопливом шаге человек двигается достаточно быстро, привлекая внимание датчика;
детекция повторяющихся действий. Передвижение человека представляет собой не что иное, как набор одинаковых движений, на что и реагирует датчик движения.

Комплексный подход к анализу позволяет датчику точно определить, с чем он имеет дело и нужно ли отправить сигнал тревоги.

Заказать охранную систему с датчиком движения вы можете в компании «Цезарь Сателлит». Хотите узнать больше? Оставьте номер для связи или позвоните нам! Мы предоставим полную консультацию.

Рекомендуем почитать:
Виды датчиков для охранных систем
Как работает тревожная кнопка

Была ли полезная статья?

4 оценили

Функция, конструкция и технология датчиков

Продукты

Продукты
Новости продукта
Программное обеспечение и системные решения

Отрасли и решения

Отрасли
Примеры применения и решения
Основные темы
Цифровизация и промышленный интернет вещей
Истории приложений

Услуги

Услуги
Загрузки
Подготовка
Основы автоматизации
Технический глоссарий

Компания

Карьера в Balluff
Профиль компании
Миссия и видение
Отношение и ценности
Наша ответственность
История

Последние новости

Календарь событий
Новости продукта
Раздел для прессы
Новостная рассылка
Статьи
Тематические исследования

Контакт

Контактная поддержка
Balluff по всему миру
Партнерский центр

Информационный бюллетень

Электричество и датчики — Science Learning Hub

Добавить в коллекцию

+ Создать новую коллекцию

Все материалы состоят из мельчайших частиц, называемых атомами. Атомы состоят из еще более мелких частиц, называемых протонами, нейтронами и электронами. Протоны в атоме имеют положительный заряд, а электроны – отрицательный. Эти заряды уравновешивают друг друга, придавая атому общий нейтральный заряд.

Электрические токи

Электричество может проявляться как поток электронов или зарядов. Поток электронов или зарядов известен как электрический ток.

Электрическая цепь будет содержать свободно удерживаемые электроны на всем своем пути. Когда в цепи подается электрическая энергия, создается электрическое поле, заставляющее эти электроны в цепи течь одновременно, как вода, текущая по трубе или шлангу.

Электрические цепи

Искусственные датчики основаны на электрических цепях. Электрические цепи состоят из определенных электрических компонентов, источника питания и соединительных проводов, и они могут переключать или изменять электрический ток. Поток электрических зарядов в цепи контролируется электропроводностью используемого материала, компонентов и конструкции цепи. Цепь может быть спроектирована таким образом, чтобы в разных частях цепи протекало различное количество электрических зарядов, поэтому части цепи могут иметь разные, но взаимодействующие функции.

Электроника — это использование небольших компонентов, таких как полупроводниковые устройства, в электрических цепях для управления потоком электрических зарядов или выполнения определенной функции. Это делается путем увеличения или уменьшения тока или полной остановки потока. В большинстве электрических устройств используется электроника — от простого выключателя, который включает свет, когда становится темно, до сложной схемы, выполняющей множество функций, например, в стиральных машинах или роботах.

Проводимость

Когда электрические заряды проходят через что-либо, мы называем это электропроводностью. Вещество, по которому текут электрические заряды, называется проводником.

Различные материалы имеют разную электропроводность. Это мера того, насколько легко электрический ток проходит через материал. Обратной стороной проводимости является удельное сопротивление — насколько трудно электрическому заряду двигаться через материал.

Некоторые материалы, такие как металлы, имеют свободно удерживаемые электроны в своей атомной структуре, которые позволяют легко протекать электрическим зарядам и поэтому очень полезны в качестве проводов, соединяющих различные компоненты в цепи. Металлическая медь является примером хорошего проводника и часто используется в качестве соединительных проводов.

Вещества, препятствующие прохождению электрических зарядов, называются изоляторами. Например, резина, пластмасса и воздух являются плохими проводниками и поэтому могут использоваться в качестве изоляторов для блокирования потока электрических зарядов.

Другие материалы с проводящими свойствами, которые находятся между хорошими проводниками и изоляторами, такие как кремний, называются полупроводниками. Их электропроводность может быть изменена типом атомов, используемых для легирования их примесями. Полупроводниковые компоненты, такие как диоды и транзисторы, могут изменять свою способность проводить заряд в зависимости от определенных условий, таких как напряжение. Это делает полупроводники полезными в качестве датчиков и переключателей, реагирующих на изменения физических условий.

Например, тепловой датчик, называемый термистором, изменяет свою способность пропускать через себя электрические заряды в зависимости от температуры. Поместив термистор в электрическую цепь, можно включить или выключить ток в другой части цепи, например, выключить нагреватель, если воздух станет слишком горячим. Точно так же, как датчики в коже человека посылают импульсы в мозг, где информация анализируется, и мы чувствуем себя жарко или холодно, в машинах электроника используется для анализа физических условий, воспринимаемых через изменения электрического тока.

Как работают датчики?

Датчики реагируют на изменение физических условий изменением своих электрических свойств. Таким образом, большинство искусственных датчиков полагаются на электронные системы для сбора, анализа и передачи информации об окружающей среде. Эти электронные системы основаны на тех же принципах работы, что и электрические цепи, поэтому способность контролировать поток электрической энергии очень важна.

Проще говоря, датчик преобразует такие раздражители, как тепло, свет, звук и движение, в электрические сигналы. Эти сигналы передаются через интерфейс, который преобразует их в двоичный код и передает его на компьютер для обработки.

Многие датчики действуют как переключатели, контролирующие поток электрических зарядов в цепи. Переключатели являются важной частью электроники, поскольку они изменяют состояние схемы. Компоненты датчиков, такие как интегральные схемы (микросхемы), транзисторы и диоды, содержат полупроводниковый материал и включены в схемы датчиков, так что они действуют как переключатели. Например, транзистор работает, используя небольшой электрический ток в одной части цепи для включения большого электрического тока в другой части цепи.

Активные и пассивные датчики

Большинство датчиков используют излучение, такое как свет или лазер, инфракрасное излучение, радиоволны или другие волны, такие как ультразвуковые волны, для обнаружения объектов и изменений в их окружении. Они могут сделать это, имея внутри себя источник энергии, который позволяет им излучать излучение в сторону целевого объекта. Это излучение отражается обратно объектом и обнаруживается датчиком, который называется активным датчиком, например, при использовании радара.

Пассивные датчики не излучают собственное излучение или волны — они обнаруживают излучение, испускаемое целевыми объектами, такое как тепловое или тепловое инфракрасное излучение, или обнаруживают излучение от какого-либо внешнего источника, такого как Солнце, которое отражается объекты. Примером может служить термистор для электронного измерения температуры.

Ценность использования сенсоров в том, что они ненавязчивы и способны чувствовать на расстоянии. Как активные, так и пассивные датчики могут быть установлены на спутниках, вращающихся вокруг Земли, для сбора информации о нашей окружающей среде. Излучение, волны или другие физические явления, обнаруженные датчиками, преобразуются в электрические сигналы и обрабатываются компьютерами.

Робот MARVIN оснащен активными датчиками, такими как инфракрасные датчики, ультразвуковые датчики и лазерные датчики. Датчик счетчика, определяющий расстояние, пройденное MARVIN, является пассивным датчиком.

Роботы-сенсоры рассказывают историю MARVIN — мобильного автономного транспортного средства для навигации внутри помещений, а статья «Мехатроника» объясняет сочетание электроники, компьютерного программирования и механики, благодаря которым роботы, подобные MARVIN, функционируют.

Природа науки

Научные идеи подвержены изменениям. Изменились представления об электропроводности, что привело к развитию электроники.

Идеи для занятий

Эти задания знакомят учащихся с наукой об электрических цепях.

Общение с помощью символов учит учащихся тому, как рисовать ряд простых принципиальных схем, используя специальные символы для электрических компонентов, понятные во всем мире.
Испытание на проводимость включает в себя создание простых электрических цепей для проверки различных материалов на их проводящие свойства.