Czujnik podczerwieni — czym jest i jak działa?

Czujnik podczerwieni to urządzenie wykrywające promieniowanie podczerwone (IR), czyli niewidzialne dla ludzkiego oka ciepło. Promieniowanie to emitowane jest przez wszystkie obiekty o temperaturze wyższej od zera absolutnego, a więc praktycznie przez wszystko wokół nas. Wykorzystanie czujników podczerwieni pozwala na wykrywanie obecności, ruchu i temperatury obiektów bez potrzeby kontaktu z nimi.

Zanim jednak opowiemy o tym bardziej szczegółowo, wyjaśnijmy czym jest podczerwień.

Co to jest podczerwień?

Podczerwień, znana również jako światło podczerwone, to rodzaj promieniowania elektromagnetycznego o długości fali dłuższej niż światło widzialne, ale krótszej niż mikrofale.

Czym jest długość fali światła?

Długość fali światła to odległość między dwoma kolejnymi szczytami fali elektromagnetycznej. Jest to podstawowa jednostka określająca właściwości fali, a jej wartość mierzona jest w metrach (m) lub nanometrach (nm). Im krótsza jest długość fali, tym wyższa jest częstotliwość i energia fali. Jest to kluczowy parametr określający właściwości światła, w tym jego kolor w przypadku światła widzialnego.

Czym jest widmo światła widzialnego?

Widmo światła widzialnego to zakres długości fal elektromagnetycznych, które są widoczne dla ludzkiego oka. Obejmuje ono fale o długościach od około 380 do 780 nanometrów i jest postrzegane jako różne kolory od fioletowego przez niebieski, zielony, żółty, pomarańczowy, aż po czerwony.

Długości barw światła widzialnego przez ludzkie oko:

• UV: 100-400 nm
• Fioletowy: 380-436 nm
• Niebieski: 436-495 nm
• Zielony: 495-566 nm
• Żółty: 566-589 nm
• Pomarańczowy: 589-627 nm
• Czerwony: 627-780 nm
• Podczerwień: powyżej 780 nm

Światło podczerwone znajduje się w zakresie od około 780 nanometrów do 1 milimetra.

Mimo że nasze oczy nie mogą zobaczyć podczerwieni, możemy ją odczuwać jako ciepło. Na przykład, kiedy promienie słońca padają na naszą skórę, czujemy ciepło, które w dużej mierze jest wynikiem promieniowania podczerwonego. A jak to się ma do czujnika podczerwieni?

Czym jest czujnik podczerwieni i jak działa?

Czujnik podczerwieni to urządzenie elektroniczne, które przekształca promieniowanie podczerwone na sygnał elektryczny.

Czujnik podczerwieni, znany też jako czujnik IR¹ to małe, ale potężne urządzenie zdolne do wykrywania promieniowania podczerwonego emitowanego przez wszystkie obiekty o temperaturze wyższej od zera absolutnego. Działa na zasadzie pomiaru intensywności promieniowania, które dociera do czujnika. Dzięki temu możliwe jest nie tylko wykrywanie ruchu czy obecności obiektów, ale także pomiar ich temperatury.

1. Skrót IR odnosi się do angielskiego słowa infrared, czyli dosłownie podczerwień.

Budowa czujnika podczerwieni

Czujnik podczerwieni składa się z dwóch podstawowych elementów:

• detektora podczerwieni — Jest to serce czujnika. Detektor może być wykonany z różnych materiałów, takich jak pirometryczne czujniki termiczne, detektory fotonowe, czy termopile. Detektory te reagują na promieniowanie podczerwone, generując sygnał elektryczny proporcjonalny do intensywności promieniowania.
• układu elektronicznego — en element przetwarza sygnał generowany przez detektor, wzmacnia go i przekształca w użyteczne dane. Układ elektroniczny może również obejmować mikroprocesory, które analizują sygnał i podejmują decyzje na podstawie wcześniej zaprogramowanych algorytmów.

Dodatkowo, czujniki podczerwieni mogą być wyposażone w:

• soczewki skupiające, które kierują promieniowanie podczerwone na detektor, zwiększając dokładność i czułość urządzenia.
• filtry optyczne, które selektywnie przepuszczają promieniowanie o określonych długościach fali, co pozwala na eliminację niepożądanych sygnałów i zwiększenie precyzji pomiarów.

Rodzaje czujników podczerwieni

Czujniki podczerwieni dzielimy na pasywne lub aktywne.

• Aktywne czujniki podczerwieni (IR) — Wykorzystują źródło światła podczerwonego, które jest emitowane i odbijane od obiektu, a następnie wykrywane przez czujnik. Przykłady to czujniki zbliżeniowe stosowane w telefonach.
• Pasywne czujniki podczerwieni (PIR) — Wykrywają promieniowanie podczerwone emitowane przez obiekty bez potrzeby zewnętrznego źródła światła. Stosowane są w systemach alarmowych i detektorach ruchu.

Zastosowania czujników podczerwieni

Czujniki podczerwieni znajdują szerokie zastosowanie w różnych dziedzinach, od automatyki domowej, przez bezpieczeństwo, aż po medycynę.

Popularne zastosowania czujników IR:

• do telefonu — Wykorzystywane w systemach rozpoznawania twarzy, zbliżeniowych i sterowania gestami.
• dioda do pilota od telewizora — Używane do przesyłania sygnałów sterujących do urządzeń RTV.
• dioda do dekodera — Pozwalają na zdalne sterowanie dekoderem telewizji satelitarnej lub kablowej.
• do kamery — Stosowane w kamerach termowizyjnych do detekcji ciepła i obrazowania w ciemności.
• do alarmu — Używane w systemach alarmowych do wykrywania obecności intruzów.
• do sterowania oświetleniem — Wykrywają obecność lub ruch w pomieszczeniu, włączając lub wyłączając światło automatycznie.
• do sterowania systemami HVAC — Monitorują temperaturę w pomieszczeniach, automatycznie dostosowując działanie systemów ogrzewania, wentylacji i klimatyzacji.

Czujniki IR w urządzeniach systemów bezpieczeństwa

Na koniec porozmawiajmy o nieco bliższym nam temacie. Czyli czujnikach IR w systemach bezpieczeństwa.

Monitoring wizyjny

Czujniki podczerwieni odgrywają ważną rolę w nowoczesnym monitoringu wizyjnym. Kamery wyposażone w czujniki ruchu IR są zdolne do wykrywania obecności i ruchu w monitorowanym obszarze, nawet w całkowitej ciemności. Dzięki technologii podczerwieni, kamery te mogą pracować w trybie dzień/noc, automatycznie przełączając się na widzenie w podczerwieni po zmroku.

Kamery z czujnikiem ruchu IR są często określane jako kamery na podczerwień. Pozwalają one na wykrycie intruza, zanim ten zdoła podejść zbyt blisko, co zwiększa skuteczność systemu bezpieczeństwa. Wykorzystując promieniowanie podczerwone, kamery te mogą rejestrować obraz w warunkach słabego oświetlenia, co jest niezwykle przydatne w monitoringu nocnym.

Kamery na podczerwień są więc nieodzownym elementem zaawansowanych systemów monitoringu wizyjnego, zapewniając wysoką jakość obrazu oraz niezawodność działania przez całą dobę.

Więcej o różnych typach kamer przeczytasz tutaj: Rodzaje kamer do monitoringu CCTV — poznaj je wszystkie

Systemy alarmowe

Czujniki ruchu PIR (Passive Infrared) to fundament większości systemów alarmowych. Czujniki te wykrywają promieniowanie podczerwone emitowane przez obiekty emitujące ciepło, takie jak ludzkie ciało, co pozwala na identyfikację ruchu w chronionym obszarze.

Kiedy czujnik PIR wykryje zmianę w promieniowaniu podczerwonym – na przykład, gdy ktoś wejdzie do pokoju – generuje sygnał alarmowy, który może aktywować syrenę alarmową, powiadomić centrum monitoringu lub wysłać powiadomienie do właściciela nieruchomości.

Czujniki ruchu PIR są szeroko stosowane ze względu na ich wysoką skuteczność, niskie koszty i niezawodność. Dzięki swojej czułości i precyzji, czujniki ruchu PIR mogą skutecznie chronić domy, biura i inne obiekty przed nieproszonymi gośćmi.

Więcej o czujnikach ruchu przeczytasz tutaj: Czym jest i jak działa czujnik ruchu?

Definicja i zasada działania czujnika podczerwieni — podsumowanie

Czujnik podczerwieni to urządzenie elektroniczne wykrywające promieniowanie podczerwone (IR), czyli niewidzialne dla ludzkiego oka ciepło.

Działanie czujnika podczerwieni:

• Czujnik składa się z detektora podczerwieni i układu elektronicznego.
• Detektor wykrywa promieniowanie podczerwone i przekształca je w sygnał elektryczny.
• Układ elektroniczny wzmacnia i przetwarza sygnał, interpretując go i przekazując do dalszej analizy.
• Czujniki podczerwieni mogą być aktywne lub pasywne.
• Aktywne czujniki IR emitują własne promieniowanie podczerwone i wykrywają zmiany w jego odbiciu od obiektów.
• Pasywne czujniki PIR wykrywają tylko naturalne promieniowanie podczerwone emitowane przez obiekty.

Zastosowania czujników podczerwieni:

• Piloty do urządzeń elektronicznych — Dioda LED w pilocie wysyła kod w postaci impulsów światła podczerwonego, który jest odbierany przez czujnik podczerwieni w urządzeniu.
• Systemy alarmowe — Czujniki wykrywają ruch lub zmiany temperatury, co może oznaczać włamanie lub pożar.
• Termostaty — Czujniki mierzą temperaturę otoczenia i regulują temperaturę pomieszczenia.
• Automatyczne drzwi — Czujniki wykrywają obecność osoby i otwierają drzwi.
• Kamery termowizyjne — Wykorzystują czujniki podczerwieni do tworzenia obrazów na podstawie różnic temperatur.
• Monitoring wizyjny — Kamery z czujnikami ruchu IR są zdolne do wykrywania obecności i ruchu w monitorowanym obszarze, nawet w całkowitej ciemności.
• Systemy alarmowe — Czujniki ruchu PIR wykrywają promieniowanie podczerwone emitowane przez obiekty emitujące ciepło, co pozwala na identyfikację ruchu w chronionym obszarze.

Podsumowując, czujniki podczerwieni to wszechstronne i niedrogie urządzenia, które odgrywają ważną rolę w wielu dziedzinach życia. Ich zdolność wykrywania promieniowania podczerwonego czyni je niezastąpionymi narzędziami w automatyce, systemach bezpieczeństwa, medycynie i wielu innych obszarach.