Skip to main content.

Датчики присутності Theben-HTS - технологія

В січні 2007 р. фірма Theben придбала швейцарську фірму HTS (High Tehnology Systems AG), яка знаходиться в м.Эфретікон і являється провідним виробником інфрачервоних датчиків присутності, PIR-датчиків (passive infrared), що застосовуються в системах управління будівлями для підвищення комфорту, безпеки і зниження витрат на електроенергію.

Технологія

Визначення присутності  

1.1 Passive infrared – технологія

Схематичне зображення спектру сонячного світла

  

Зона 1: короткохвильова, ультрафіолетова частина спектра, невидима для ока людини.
Зона 2: видима частина спектра.
Зона 3: довгохвильова, інфрачервона частина.
Зона 4: теплове випромінювання людини  

Будь-який об’єкт, який володіє якоюсь температурою, стає джерелом електромагнітного (теплового) випромінювання, в тому числі – людське тіло. Довжина хвилі цього випромінювання залежить від температури і знаходиться в інфрачервоній частині спектра. Це випромінювання  непомітне для ока і уловлюється тільки датчиками. Їх також називають PIR-датчики. 

PIR – це абревіатура від слів «passive infrared» або «пасивні інфрачервоні» датчики. Пасивні – тому що датчики самі не випромінюють, а тільки сприймають випромінювання  з довжиною хвилі від 7 до 14 µм.

    

Людина випромінює тепло. Її теплове зображення в інфрачервоних променях показує розподіл температури по поверхні тіла. Більш нагріті предмети виглядають світло, а більш холодні – темно, так як випромінюють менше тепла.

PIR-датчик містить чутливий елемент, який реагує на зміну теплового випромінювання . Якщо воно залишається постійним – електричний сигнал не генерується.

Для того, щоб датчик зреагував на рух, застосовують спеціальні лінзи (лінзи Френеля) з декількома фокусуючими ділянками, які розбивають загальну теплову картину на активні і пасивні зони, які розміщені в шаховому порядку. Людина, яка знаходиться в межах роботи датчика, займає декілька активних зон повністю або частково. Тому, навіть при мінімальному русі відбувається переміщення з одних активних зон в інші, що викликає спрацювання датчика. Фонова теплова картина, як правило, змінюється дуже повільно і рівномірно. Датчик на неї не реагує. Висока щільність активних і пасивних зон дозволяє датчику надійно визначити присутність людини навіть при найменшому русі.

1.3 PIR-датчик присутності

Визначення присутності

 

Датчики HTS спрацьовують не тільки на значні переміщення, але й на незначні при сидячій роботі за письмовим столом. Це досягається оптимізацією усіх підсистем датчика.

Принцип роботи відповідає принципу роботи датчику руху. Велика кількість активних зон однорідно розміщених, а також висока чутливість, роблять можливим визначення найменших рухів і реагування на мінімальні зміни теплової картини. 

Окрім того, датчики HTS, володіючи масою інших властивостей, вигідно відрізняються від традиційних датчиків руху.

Умови для чіткого визначення наявності

 

Датчик присутності має потребу у вільному огляді визначаючого об’єкту, так як теплове випромінювання  не проникає через стіни і двері, а також, через скляні перегородки.

1.4 Вибір відповідного датчика

      

Для коректного вибору датчика присутності необхідно враховувати спосіб використання приміщення. Розрізняють принципово два способи: з постійною присутністю людей (сидяча робота) і тимчасовим – транзитні зони для проходу.

Для виявлення сидячих людей оптимальним являється датчик присутності стельового монтажу з 360° оглядом.

Переваги:

  • нема перешкод для огляду;
  • по всій зоні контролю однаково висока чутливість;
  • обмежена дистанція між датчиком і людьми.

Найкращою формою для зони контролю датчика (стельового) являється квадрат. Квадратна форма підвищує надійність і спрощує розміщення датчика, так як:

  • форма зони контролю оптимально підходить до геометрії приміщення, гарантуючи безперервне покриття;
  • зона контролю датчика чітко визначена, вона поширюється на одне приміщення або його частину;
  • щоб перекрити велику площу, допускається декілька зон розташувати в ряд без пропусків. 

  

Для виявлення людей що рухаються (ходять) застосовують датчики настінного монтажу зі 180° оглядом або стельові моделі з великою зоною контролю.

Переваги:

  • активні зони датчику менш щільно розташовані, зате підвищений радіус дії;
  • активні зони розміщуються в приміщенні горизонтально, тобто, зона контролю датчика розтягнута і не має чітких обмежень;
  • зі збільшенням відстані до датчика зменшується чутливість;
  • перетин активних зон датчик сприймає на великих відстанях, при русі на датчик чутливість зменшується.

При розміщенні датчика необхідно враховувати:

  • люди можуть періодично знаходитись поза активними зонами;
  • вхід (двері) повинні повністю знаходитись в зоні контролю;
  • сидячі люди розпізнаються тільки в безпосередній близькості.

Порівняння характеристик

Загалом, будь-яке приміщення підходить для встановлення датчика присутності. Необхідно тільки врахувати геометрію і характер використання. Таблиця показує критерії для вибору відповідної моделі в залежності від місця встановленн

Серия ECO-IR 360 и Compact office

Серия ECO-IR 180

   

  

Стельовий монтаж (360°) з квадратною зоною контролю

 

Настінний монтаж (180°) з подовженою зоною

Переважно для людей з сидячою роботою

Переважно для ходячих людей

Збільшена зона контролю для ходячих людей

Зменшена зона для сидячих людей

Радіус дії залежить від висоти монтажу

Великий (необмежений) радіус дії 

Квадратна зона контролю з чіткими межами

Зона контролю не має чітких меж

Покриття площі без розривів, висока, рівномірна чутливість у всій зоні

Різна чутливість всередині зони, зменшується зі зростанням дистанції до датчика

При великій відстані до датчика необхідно значне переміщення для виявлення людини

1.5 Самонастроювальна затримка вимкнення

 

Іноді люди можуть знаходитись в приміщенні без найменшого руху, при цьому навіть високочутливий датчик не зареєструє присутність людини. 

Щоб визначити наявність людей у приміщенні, датчик повинен «перекрити» час між двома рухами. Для цього встановлюється затримка вимкнення. З кожним новим рухом ця затримка починає відлік спочатку. Поки вони не закінчаться, приміщення вважається зайнятим. Тривалість затримки може змінюватись, тобто, автоматично підганяється до умов використання приміщення.

В місцях постійних ходінь, таких як коридори, світло повинне вимикатись як змога швидше без непотрібного тривалого вмикання. Зате в офісах, з нечастими і нерегулярними рухами, затримка збільшується для усунення частих вмикань і вимикань. 

Максимальне збільшення  може досягати 15 хвилин, мінімальна затримка – 2 хвилини. Якщо встановлено проміжне значення, навіть якщо режим роботи приміщення потребує меншої затримки, воно не може бути зменшено у режимі самонавчання. При необхідності затримки менше 2-х хв. і більше 15 хв., режим самонавчання деактивується і затримка залишається постійною.

Ця властивість самонавчання запобігає непотрібним спрацюванням, економить електроенергію при збереженні високого комфорту.

1.6  Чутливість виявлення

   

Налаштування чутливості 

Датчик присутності повинен чітко виявляти незначні рухи і в той же час ігнорувати сторонні теплові випромінювання (перешкоди). Для досягнення цієї мети датчики HTS володіють підладжуванням чутливості. При присутності людей вона зростає щоб зафіксувати найменші рухи, при відсутності – знижується. Таким чином, висока чутливість поєднується з потужним заглушенням перешкод.

Контроль приміщення

Нарівні з контролем електроенергії, датчик присутності може застосовуватись в цілях безпеки, реагуючи на наявність людей у приміщенні.

Володіючи високою чутливістю, він може хибно спрацьовувати. Щоб це виключити, чутливість знижується, датчик буде реагувати лише на явні рухи.

Врахувати: датчики присутності НЕ Є датчиками тривоги!

 

1.7   Джерела перешкод

    

Зазвичай, датчик спрацьовує при наявності людей у приміщенні, але іноді на нього можуть вплинути сторонні дії (перешкоди). Тому, при проектуванні, перед монтажем, необхідно їх усунути: 

Обмежений огляд датчика:

  • підвісні світильники можуть послужити причиною затінення зони контролю датчика, якщо вони змонтовані в безпосередній близькості;
  • зону контролю можуть обмежувати перегородки, полиці, рослини тощо.

Симуляція рухів:

  • швидка зміна температури поблизу датчика, викликана  вмиканням або вимиканням кондиціонерів, симулює рух, якщо потік повітря направлений на лінзи датчика або на об`єкт поблизу зони контролю датчика;
  • вмикання або вимикання світильників, наприклад, з лампами розжарювання або галогенними на відстані менше 1 м;
  • об`єкт що рухається: машини, механізми, плакати що хитаються.

Не створюють перешкод, повільно змінюючи свою температуру, об`єкти:

  • опалювальні радіатори (відстань від радіаторів і труб >0,5 м);
  • комп`ютерна техніка: принтери, монітори;
  • вентиляція, якщо тепле припливне повітря не направлене безпосередньо на датчик;
  • поверхні, освітлені сонцем.

Фотометрия

     

Фотометрія датчиків руху

Для якості керування освітленням разом із визначенням присутності людини, необхідна фотометрія. Традиційні датчики руху володіють обмеженими можливостями: при недостатній освітленості вмикають ссвітлення, після чого фотометрія деактивується, щоб виключити вплив штучного світла. Це означає, що світло, навіть у сонячну погоду, автоматично вимкнеться тільки після уходу людей. Потім функція фотометрія знову активується. 

Така поведінка являється задовільною в зоні ходіння, а у приміщеннях що зайняті тривалий час – ні.

Фотометрія датчиків присутності

В датчиках присутності фотометрія активована постійно. Вона повинна не тільки вмикати штучне світло при недостатній освітленості, але й вимикати його при достатній. 

Це звучить просто, на справді ж датчик повинен при ввімкненій освітленості оцінити: чи достатньо буде денного світла. Для цього в датчиках HTS застосовують два методи:

«Вимірювання природного денного світла» та
«Вимірювання змішаного світла»

В обох випадках виконуються вимірювання в напрямку «погляду» приладу та визначається освітленість у приміщенні.

Виміряна освітленість (від стелі униз) може відрізнятись від точної освітленості на робочій поверхні. На неї будуть мати вплив геометрія приміщення, розташування вікон, відбивна здатність стін та стелі, меблювання тощо, тому, ця освітленість не буде відповідати санітарним нормам.

Реакція на зміну освітленості виконується з затримкою, щоб, наприклад, при проходженні хмари, усунути непотрібні вмикання та вимикання.

Фотометрія гарантує надійну роботу датчика у діапазоні 50-1500 Лк.

При вимірюванні освітленості природного денного світла за допомогою спектральних фільтрів, пригнічується штучне світло і заміряється денне поблизу інфрачервоної області.

При вимірюванні освітленості змішаного світла, визначається сума з денного та штучного світла і автоматично розраховується інтенсивність встановленої освітленості.

В обох випадках визначається доля денного світла в приміщенні, навіть при увімкненому освітленні.

2.2  Вимірювання природного світла

             

Вимірювання освітленості природного світла в HTS

Природне світло складається не тільки з видимої частини, але й ультрафіолетової та інфрачервоної частин, які невидимі. Вимірювання природного світла відбувається шляхом пригнічення спектральними фільтрами видимої частини та оцінки тільки частини в інфрачервоній зоні, яка прилягає до видимої частини спектру. Тому увімкнене штучне світло датчик не сприймає, і він не впливає на результат вимірювань.

Умови застосування методу

Переваги методу полягають в тому, що навіть пряма освітленість датчика штучним світлом не має впливу на його роботу.

Неодмінна умова – всі лампи не повинні містити в своєму випромінені інфрачервоної частини. Підходящими являються флуоресцентні лампи, в т.ч. компактні.

Температурне випромінювання  від ламп розжарювання та галогенних викривляє вимірювання, так як воно потрапляє до інфрачервоного діапазону.

Цей спосіб дозволяє комбінувати загальну освітленість з місцевою. Засклення, як тепловий захист, здійснює вплив на вимірювання освітленості, тому установки повинні бути пониженими.

Лампи, які підходять

Лампи, які не підходять

Флуоресцентні Компактні флуоресцентні

Розжарювання, галогенні Лампи високого тиску: ртутні, натрієві, металогалогенні 

 2.3  Вимірювання змішаного світла

 

Вимірювання освітленості змішаного світла у датчиках HTS

При цьому способі датчик вимірює долю природного та штучного світла. Щоб штучне світло вимкнути в потрібний момент (при зростанні природного), датчик повинен визначити долю його вмісту. Це значення він запам’ятовує та безперервно аналізує умови вимкнення освітленості в приміщенні. 

Таким чином він може в будь-який час від загальної освітленості розрахувати освітленість денного світла.

Умови застосування методу

Переваги способу полягають в можливості роботи з будь-якими джерелами світла.

При потраплянні  прямого штучного світла на датчик, необхідно врахувати, що освітленість місця установки датчику не повинна бути вища освітленості у кімнаті. 

2.4  Порівняння 2-х методів

Вимірювання природного світла

Измерение смешанного света

Принцип: спектральні фільтри відсікають штучне світло

Принцип: визначається освітленість штучного світла та визначається освітленість денного

Постійно активований. Освітленість денного світла визначається навіть при ввімкненому штучному освітлені

Постійно активований. Освітленість денного світла визначається навіть при ввімкненому штучному освітлені 

Застосовується також і в прохідних приміщеннях

Застосовується також і в прохідних приміщеннях

Для флуоресцентних ламп, в тому числі – компактних.
Не підходить для ламп розжарювання и галогенних

Підходить для будь-яких джерел світла

Допускає непряму освітленість, стійкий до попадання прямого штучного світла. Місцева освітленість (настільні лампи) не впливає на результат вимірювань.

Не допускає попадання прямого штучного світла. Місцева освітленість (настільні лампи) впливає на результат вимірювань.

 

2.5 Вибір місця монтажу

    

  • Вимірювання світла (фотометрія) визначає освітленість у приміщенні, яка може відрізнятись від освітленості на робочому місці. Тому місце монтажу потрібно підбирати з виключенням екстремальної освітленості (від інших джерел).
  • Якщо датчик розміщений поблизу світильника, в місці з високою часткою непрямої освітленості, то освітленість в місці монтажу не повинна перевищувати бажану освітленість в приміщенні. В іншому випадку – необхідно збільшити відстань між світловим конусом і датчиком.
  • При звичайному вмиканні декількох датчиків, місця їх установки повинні бути вибрані з приблизно однаковою освітленістю (коридори).
  • При схемі Master-Slave (описання схеми - п.3.3), Master повинен бути встановлений у характерній точці загальної зони контролю. Перевага надається світлому місцю - багато природного світла.
  • Пряме потрапляння світла (сонця) на датчик виключити.

3. Схеми вмикання

3.1 Ручне керування

  

Датчик присутності без керуючого входу

Простий варіант керування освітленістю – датчик присутності без додаткового ручного керування.

При наявності людей та недостатньому денному світлі, освітленість автоматично вмикається, при відсутності або достатньому денному світлі – вимикається.

Можливості ручного керування обмежені: вимикачем можна увімкнути та вимкнути світло (послідовно з’єднане). До того ж, увімкнути можна лише з дозволу датчика. 

Це рішення раціональне в певних умовах, наприклад, у великих офісах, замкнених приміщеннях або в транзитних зонах, тобто там, де первинним являється залежність від присутності, а освітленість грає другорядну роль.

Світло – суб’єктивне сприйняття, яке залежить від діяльності в даний момент, світлової ситуації та, не в останню чергу, від персонального, (особистого) настрою. Одна й та ж освітленість сприймається по-різному.

Датчик присутності без можливості ручного керування пред’являє високі вимоги до точності установки порогових значень так як не враховує настрій споживачів. Для виконання індивідуальних бажань, необхідний датчик з ручним керуванням.

Датчики присутності з керуючим входом

 

До датчика присутності з керуючим входом можна підключити кнопку керування, яка дозволяє споживачам втручатись (найпростішим способом) в роботу датчика та вмикати освітленість за своїм бажання

3.2  Різні режими роботи

 

 

Автоматичний – напівавтоматичний

 

Керування освітленням може здійснюватись на вибір або повністю автоматично або напівавтоматично для більшої економії.

В режимі «автомат» освітленість вмикається та вимикається автоматично в залежності від присутності людей і освітленості. Кнопкою можна у будь-який час освітлення увімкнути та вимкнути. При цьому, автоматика тимчасово блокується.

В режимі «Напівавтомат» автоматично освітленість тільки вимикається. Включити можна вручну. Це рішення пропонує менший комфорт, зате більшу економію.

Керування кнопкою можливе у будь-який момент.

Приміщення – Коридор

 

В робочих кімнатах кнопка слугує для вмикання та вимикання приміщення. У транзитних зонах (коридорах) нераціонально використовувати ручне вимкнення, особливо у непроглядних. В положенні «Коридор» кнопкою можна тільки включити освітленість, автоматика його вимкне.

Вимикач – кнопка

 

Часто датчики присутності встановлюються при модернізації систем освітлення, Щоб скоротити витрати, замість кнопок ручного керування можна використовувати існуючі вимикачі.

Вибір режимів – DIP-перемикачами.

3.3   3.3 Паралельне вмикання

Звичайна схема

 

Якщо зони контролю датчика недостатньо, для її розширення застосовують паралельне вмикання датчиків. Простішою схемою являється паралельне з’єднання вихідних контактів.

  • Присутність і освітленість визначає кожен датчик у своїй зоні.
  • Установки: затримки та рівні освітленості вводяться для кожного датчика окремо і можуть не співпадати.
  • Кожний датчик вмикає загальне навантаження.

Переваги: установки вводяться найбільш оптимальні для своєї зони. Як тільки освітленості буде недостатньо для одного з датчиків – вмикається освітлення.

Цю перевагу можна віднести і до недоліків – введення установок для кожного датчика призводить до збільшення витрат.

Схема master-slave

 

Деякі моделі обладнані Р-клемою, яка дозволяє паралельне з’єднання типу master-slave або master-master.

В схемі master-slave:

  • Тільки master керує освітленням, так як тільки він вимірює освітленість.
  • Інші датчики визначають тільки присутність та обмінюються цією інформацією між собою.
  • Усі потенціометри та DIP-перемикачі встановленні тільки в master.

Перевага: зменшення витрат, так як всі установки виконуються тільки в master. Його оточення є визначальним для обумовлення освітленості у приміщенні.

Схема master-master

 

У великих приміщеннях з ділянками із різною освітленістю, освітлення можна вмикати не загальне, а окремими групами. Наприклад, в зоні вікон та протилежної стіни. В цьому випадку застосовується схема паралельного з’єднання master-master:

  • Кожний master визначає освітленість в відповідній зоні.
  • Кожний master вмикає свою групу освітленості.
  • Усі важливі потенціометри та DIP-перемикачі знаходяться у всіх master.
  • Всі датчики визначають наявність людей і обмінюються цією інформацією;
  • Додатково можна встановити інші датчики в якості slave, які будуть тільки визначати наявність людей у своїй зоні контролю.

Для більш якісного керування освітленням, ділянки зі схожими умовами необхідно об’єднувати в одну групу освітлення.

3.4   Вмикання навантаження

Безпосереднє вмикання

Датчик присутності розрахований на пряме вмикання навантаження. Він об’єднує в одному корпусі датчик та виконавчий механізм не потребуючи установки додаткових компонентів. В результаті – безпосереднє підключення та економія місця при монтажі.

Різні навантаження

Для різних випадків застосування: керування освітленістю або опаленням, вентиляцією та кондиціонуванням – застосовуються контакти у різних виконаннях. Необхідно враховувати їх технічні дані.

Контакт для керування освітленням підходить для ємнісних індуктивних та електронних ПРА (див.нижче). Робота з димерами і електронними низьковольтними трансформаторами можлива, якщо вони передбачають вимкнення фази.

Загалом, усі навантаження повинні бути без реактивної дії (виходу на вхід) і технічно правильно усуненні перешкоди.

Електронні ПРА

  

Пік струму при вмиканні ЕПРА призводить до перевантаження і скорочення строку служби. Датчики зі струмообмежуючою схемою дозволяють напряму (без дод.реле) підключати велику кількість ЕПРА

Особливої уваги потребують електронні ПРА (ЕПРА), так як вони можуть бути причиною виникнення кидка струму при вмиканні, надмірного перевантаження контактів та скорочення строку служби.

Датчики присутності оснащені потужними контактами, які були випробувані не тільки на номінальний, але й на піковий струм. 

Максимальна кількість ЕПРА визначається в кожному конкретному випадку. Якщо навантаження перевищує паспортні дані, застосовують додаткові реле.

Обмеження пускового струму для електронних ПРА

Спеціальні моделі мають захист, який відчутно зменшує пусковий струм. Тому допускається комутувати велику кількість ЕПРА без додаткового реле.

Захист зберігає контакти і ЕПРА гарантує великий строк служби.

3.5   Перешкоди від вмикання навантаження

Симуляція рухів

  

Джерела тепла, такі як лампи розжарювання або галогенні, не повинні знаходитись у зоні контролю датчика. При їх вмиканні з’являються зміни теплової картини. Сильний сигнал датчик сприймає як рух і вмикає освітлення у порожньому приміщенні.

Джерело тепла поза зоною контролю може також симулювати рух якщо теплове випромінювання  буде потрапляти з близької відстані безпосередньо на датчик. (див. главу 1.7).

Вплив вимірювання освітленості

  

Штучне світло, яке потрапляє безпосередньо на датчик, може впливати на результат вимірювання освітленості.

Особливо, теплове випромінювання від ламп розжарювання та галогенних при вимірюванні природного світла. Це може привести до того, що датчик буде циклічно вмикати і вимикати освітлення навіть у темноті (див. главу 2.5).

Каталог датчиків присутності Theben-HTS