Elektronikwissen im Bereich "Bauteile"

Elektronikwissen zu: PIR-Sensor – Aufbau und Funktion

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Ein in Bewegungsmeldern üblicherweise eingesetzter 2-Element-Pyrosensor besteht aus einer Kombination von zwei gemeinsam mit einer FET-Verstärker-/Pufferstufe in einem TO-5-Gehäuse untergebrachten pyrotechnischen Keramikelementen mit einem IR-Filter. Dieser passiv arbeitende Sensor empfängt von einem Gegenstand oder Lebewesen abgestrahlte Wärmeenergie.

Die Arbeitsweise dieses Sensors ist etwa vergleichbar mit der eines Kondensators. Auch hier finden wir zwei Folien, die (durch den Produktionsprozess vorgegeben) verschiedene elektrische Ladungen an ihrer Oberfläche enthalten. Trifft Wärmestrahlung eines bestimmten Frequenzbereichs auf diese Folien, wird deren Polarisation verschoben und somit eine von der normalen (stabilen) elektrischen Ladung differierende elektrische Spannung erzeugt, die über Elektroden auf den Folien abgegriffen und über die nachfolgende Verstärkerelektronik ausgewertet wird. Wie ein solcher Sensor im Prinzip aufgebaut ist, zeigt der hier vorgestellte 2-Element-Sensor. Jedes Element entspricht der besprochenen kondensatorartigen Sensor-Anordnung. Jetzt kann man bereits erkennen, warum sich dieser 2-Element-Sensor so gut für die Bewegungserfassung eignet. Denn beide Sensorelemente befinden sich nicht am gleichen Platz, sondern nebeneinander. Damit ist eine besonders gute Differenzierung zwischen Hintergrund und vorbeilaufendem Menschen möglich. Denn erst dann, wenn die Sensor-Elemente abweichende Wärmestrahlung empfangen, entsteht auch eine genügend hohe Änderung der erzeugten Spannung zur Auswertung durch die nachfolgende Verstärkerelektronik. Eine Filteranordnung vor den Sensorelementen eliminiert den Einfluss von störendem Fremdlicht. Dies alles ermöglicht jedoch noch keine effektive optische Richtungsdifferenzierung. Durch die Anordnung im Gehäuse des Sensors und die spektrale Empfindlichkeit der Folienoberfläche je nach Einfallswinkel der Wärmestrahlung ist der Erfassungsbereich des reinen Sensors relativ schmal. Größer wird dieser erst durch eine vorgeschaltete Linsenanordnung. Diese teilt den Erfassungsbereich in viele verschiedene Zonen auf. Jede Linse „sieht“ nun einen genau abgegrenzten Bereich ihrer Umgebung und lenkt die dort auftretende Wärmestrahlung direkt auf eines der beiden Sensorelemente. Bewegt sich jetzt die Wärmequelle Mensch durch die einzelnen Zonen, werden also ganz unterschiedliche Ladungsdifferenzen auf den beiden Sensorelementen erzeugt und man kann eine Bewegung über einen großen Bereich und in relativ großer Entfernung registrieren. Die folgende Auswerteelektronik hat nun die Aufgabe, die geringen Spannungsdifferenzen zu verstärken und die gewünschte Reaktion darauf zu erzeugen.

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