PIR(PASSIVE INFRARED)센서

Focusing devices for pyroelectric infrared sensors

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Pyroelectric infrared sensors

First we will look at a pyroelectric infrared sensor and see how it is made and why a focusing device is necessary. A commonly used pyroelectric infrared sensor has two sensing elements internally connected in a voltage bucking configuration.

초전기(焦그슬릴,초 電전기,전 氣기운,기)의 적외선 센서

최초로, 우리는 피로 전기의 적외선 센서를 보고, 그것이 어떻게 만들어지는지, 그리고, 초점에 모여 있는 장치가 왜 필요한가 봅니다. 일반적으로 이용되는 피로 전기의 적외선 센서는, 전압에 저항하고 있는 구성으로 내부에 연결되는 2개의 검지 소자를 갖추고 있습니다.

 ピロ電気の赤外線センサー

最初に、我々はピロ電気の赤外線センサーを見て、それがどのように作られるか、そして、焦点に集まっている装置がなぜ必要か見ます。一般的に用いられるピロ電気の赤外線センサーは、電圧に抵抗している構成で内部につながれる2つの検知素子を備えています。

The sensor has an infrared filter window that admits IR within the 5 to 15 micrometer wavelength range. one end of the two series-connected elements is connected to pin 3 that is normally grounded. The other end connects internally to the gate of a Field Effect Transistor and to a very high value pulldown resistor. Power is applied to FET drain pin 1 and the output signal comes from FET source pin 2 which usually connects through an external pulldown resistor to ground and to an amplifier.파장 범위 중(안)에서 IR의 여지가 있는 적외선의 필터 윈도우를 가지고 있습니다. 2개의 직렬 접속 요소의 일단은, 통상 지상에 고정으로 되는 핀 3에 접속하고 있습니다. 반대측은, 내부적으로, 필드 Effect Transistor의 입구에, 그리고, 매우 높은 가치 풀다운 레지스터로 연결됩니다. 힘은 FET 배수관 핀 1에 인가됩니다, 그리고, 출력 신호는 통상 지면에, 그리고, 앰프에 외부 풀다운 레지스터에 의해서 연결되는 FET원 핀 2로부터 옵니다.波長範囲の中でIRの余地がある赤外線のフィルタウインドウを持っています。2つの直列接続要素の一端は、通常地上に釘づけにされるピン3に接続しています。反対側は、内部的に、フィールドEffect Transistorの入口に、そして、非常に高い価値プルダウンレジスターにつながります。力はFET排水管ピン1に印加されます、そして、出力信号は通常地面に、そして、アンプに外部プルダウンレジスターによってつながるFET源ピン2から来ます。

The sensor is housed in a TO5 type package. Sensing elements are each 0.039 inch (1mm) wide and are spaced 0.039 inch (1mm) apart.

Environmental conditions such as temperature changes and sunlight will affect both elements  simultaneously and will produce the same amount of output from each element but of opposing polarity and will therefore be cancelled. The sensor will only produce a change in its output voltage when one of its elements is exposed to a change in radiation and the other is not exposed. 온도 변화와 일광과 같은 환경 상황은, 동시에 양쪽 모두의 요소에 영향을 미치고, 출력의 같은 양을 양극성에 반대하는 것 이외 각각의 요소로 부터 만들어 내고, 따라서, 캔슬됩니다. 그 요소 중 하나가 방사에 있어서의 변경을 받는다, 그리고 다른게 노출하지 않을 때 센서는 그 출력전압의 변화를 가져올 뿐입니다.温度変化と日光のような環境状況は、同時に両方の要素に影響を及ぼして、出力の同じ量を両極性に反対することの以外各々の要素から作り出して、したがって、キャンセルされます。その要素のうちの1つが放射における変更を浴びる、そして、他が露出しないとき、センサーはその出力電圧の変化をもたらすだけです。

An IR emitting body moving across the front of a sensor will expose first one, then both and then the other sensor element. The output signal waveform shows that first a positive, then zero and then a negative transition results.센서의 정면을 횡단하고 있는 IR를 발하고 있는 몸은, 최초의 것(그리고 양쪽 모두 그리고 다른 센서 요소)을 노출시킵니다. 출력 신호 파형은 그 최초로 정, 당시의 제로를 나타냅니다, 그리고, 부정적인 이행은 일어납니다.センサーの正面を横切っているIRを発している体は、最初のもの（それから両方ともとそれから他のセンサー要素）を露出させます。 出力信号波形はその最初に正、当時のゼロを示します、それから、否定的な移行は起こります。

When a lens is not used in front of a sensor and an IR emitting body is close to the sensor, about 3 or 4 feet and it moves across the front of the sensor, the radiated IR will expose one element more than the other and a voltage output will result. However, when the IR emitting body is further away from the sensor its radiation pattern becomes blurred and both elements are exposed more equally, resulting in no voltage output. The limited detection range is due to a lack of unequal exposure. Placing a lens in front of the sensor extends its detection range.횡단합니다, 발산하는 IR는 외와 전압 출력이 일어나는 것보다 1개의 요소를 공개합니다. 그러나, IR를 발하고 있는 몸이 센서로부터 한층 더 떨어져 있을 때, 그 안테나 지향성도는 희미해집니다, 그리고, 양쪽 모두의 요소는 보다 동일하게 공개됩니다. 그리고, 전압 출력에 끝나지 않습니다. 한정된 발견 범위는, 부등인 노출의 결여에 의합니다. 센서의 전에 렌즈를 두는 것은, 그 발견 범위를 펼칩니다.レンズがセンサーとIRの前で使われないとき、体を発することはセンサー、およそ3または4フィートに近いです、そして、それはセンサーの正面を横切ります、発散するIRは他と電圧出力が起こるより1つの要素を公開します。しかし、IRを発している体がセンサーからさらに離れているとき、その空中線指向性図はぼやけます、そして、両方の要素はより等しく公開されます。そして、電圧出力に終わりません。限られた発見範囲は、不等な露出の欠如によります。センサーの前にレンズを置くことは、その発見範囲を広げます。

The Fresnel lens

A Fresnel lens is a Plano Convex lens that has been collapsed on itself to form a flat lens that retains its optical characteristics but is much thinner and therefore has less absorption loss.Fresnel

렌즈는, 그 광학 특성을 보관 유지하지만, 매우 보다 말라 있고, 따라서 보다 적은 흡수손해를 가지는 평평한 렌즈를 만들기 위해서 그 자체 위에서 붕괴한 Plano Convex 렌즈입니다.

フレネルレンズは、その光学特性を保持するが、非常によりやせていて、したがってより少ない吸収損を持つ平らなレンズを作るためにそれ自体の上で崩壊したPlano Convexレンズです。

A Fresnel lens is usually thin and flexible and is about 0.015 inch (0.38mm) thick with grooves molded into one surface. The groove side of the lens usually faces the PIR sensor.Fresnel 렌즈는 통상 가늘고, 유연하고, 1개의 표면에 형태 만들어지는 도랑에서, 대략 0.015 인치(0.38 mm) 가득합니다. 렌즈의 구측은, 통상 PIR 센서 방향입니다.フレネルレンズは通常細くて、柔軟で、1つの表面に形作られる溝で、およそ0.015インチ（0.38mm）一杯です。レンズの溝側は、通常PIRセンサー向きです。

A Fresnel lens both captures more IR radiation and focuses it to a small point. This focal point moves across the sensor as the IR source moves and exposes one element at a time. A Fresnel lens can extend detection range to about 100 feet.Fresnel 렌즈는 보다 많은 IR방사선을 포획 하고, 작은 점에 그것을 집중시킵니다. IR관계자가 한 번에 1개의 요소를 움직이고, 공개하고, 이 초점은 센서를 횡단합니다. Fresnel 렌즈는, 발견 범위를 대략 100피트까지 넓힐 수 있습니다.フレネルレンズはより多くのIR放射線を捕獲して、小さな点にそれを集中させます。IR関係者が一度に1つの要素を動かして、公開して、この焦点はセンサーを横切ります。フレネルレンズは、発見範囲をおよそ100フィートまで広げることができます

A Fresnel lens will give the best possible performance, however other devices can be used to extend range. Although the following devices may not fit the description of a lens, we will call them lenses anyway. Fresnel 렌즈는 최고의 공연을 합니다, 그러나, 다른 장치는 범위를 펼치는데 이용될 수 있습니다. 이하의 장치가 렌즈의 설명에 맞지 않을지도 모르지만, 우리는 어쨌건 간에 그것들을 렌즈라고 말합니다.フレネルレンズは最高の公演をします、しかし、他の装置は範囲を広げるのに用いられることができます。以下の装置がレンズの説明に合わないかもしれないが、我々はいずれにしろそれらをレンズと言います。

This diagram shows IR exposing both elements equally when no lens is used.렌즈가 사용되지 않을 때, 이 그림은 동일하게 양쪽 모두의 요소를 공개하고 있는 IR를 나타냅니다.レンズが使われないとき、この図は等しく両方の要素を公開しているIRを表します。

Shadow lens

Since simultaneous exposure of both elements is the cause of limited detection range, all we need is some method of preventing the IR from exposing both elements simultaneously as the IR emitting body moves across the front of the sensor, even at greater distances from the sensor. The sensor elements are 0.039 inch (1mm) wide and are spaced 0.039 inch (1mm) apart. If we place a thin vertical strip of IR opaque material about 0.060 inch (1.5mm) wide centered in front of the sensor we can prevent some of the IR from striking the surface of the sensor by producing a shadow, even if the IR emitting body is at a greater distance from the sensor. The following figure shows such a baffle but in this example the IR still exposes both elements equally.

양쪽 모두의 요소의 동시의 로현이 한정된 발견 범위의 원인이므로, 센서로부터의 것보다 큰 거리조차, IR를 발하고 있는 몸이 센서의 정면을 횡단하고, 우리가 필요로 하는 모든 것은 IR가 동시에 양쪽 모두의 요소를 공개하는 것을 막는 약간의 방법입니다. 센서 요소는 0.039 인치(1 mm) 넓어서, 떨어져 0.039 인치(1 mm) 간격을 열 수 있습니다. 비록 IR를 발하고 있는 몸이 센서로부터 보다 큰 거리이다고 해도, 우리가 센서의 전에 중앙에 놓여지는 폭 0.060 인치(1.5 mm)의 주위에 IR 불투명한 재료의 얇은 수직 한 조각을 둔다면, 우리는 IR의 몇개인가가 그림자를 일으키는 것에 의해서 센서의 표면에서 무디어져 익는 것을 막을 수 있습니다. 이하의 숫자는 그러한 버플을 나타냅니다, 그러나, 이 예에서는, IR는 동일하고 아직 양쪽 모두의 요소를 공개합니다.

 両方の要素の同時の露顕が限られた発見範囲の原因であるので、センサーからのより大きな距離でさえ、IRを発している体がセンサーの正面を横切って、我々が必要とするすべてはIRが同時に両方の要素を公開するのを防ぐ若干の方法です。センサー要素は0.039インチ（1mm）広くて、離れて0.039インチ（1mm）間隔をあけられます。たとえIRを発している体がセンサーからより大きな距離であるとしても、我々がセンサーの前に中央に置かれる幅0.060インチ（1.5mm）のまわりにIR不透明な材料の薄い垂直一片を置くならば、我々はIRのいくつかが影を生じることによってセンサーの表面にぶつかるのを防ぐことができます。以下の数字はそのようなバッフルを示します、しかし、この例では、IRは等しくまだ両方の要素を公開します。

By placing a baffle or mask in front of the sensor, we can block some of the IR and produce a shadow on the sensor센서의 앞에 버플또는 마스크를 두는 것에 의해서, 우리는 IR의 몇개인가를 블록 할 수 있고, 센서로 그림자를 일으킬 수 있습니다.センサーの前にバッフルまたはマスクを置くことによって、我々はIRのいくつかをブロックすることができて、センサーで影を生じることができます.

This next figure shows what happens when the IR emitting body moves across the front of the sensor even at greater distances. The baffle allows full exposure of element 1 while blocking the IR so it produces a shadow over element 2 and does not expose it. This simple lens extends detection range up to 20 feet and is easily made from a strip of paper or other material. The baffle can be spaced 1/2 inch (12mm) to 1 inch (25mm) in front of the sensor. The greater spacing gives a narrower detection angle. 이 다음의 숫자는, IR를 발하고 있는 몸이 보다 큰 거리에서 센서의 정면을 횡단할 때, 무엇이 있을까에 임해서 나타내 보입니다. IR를 방해하고 있는 동안, 버플은 요소 1의 노출을 허락하므로, 그것은 요소 2에 대하고 그림자를 일으키고, 그것을 노출시키지 않습니다. 이 단순한 렌즈는 20피트까지 발견 범위를 펼치고, 종이 또는 다른 재료의 한 조각으로부터, 간단하게 제조됩니다. 버플은, 센서의 앞에서 1 인치(25 mm)까지,1/2인치(12 mm) 간격을 열 수 있을 수 있습니다. 보다 큰 간격은, 보다 최대한의 발견 각도를 줍니다.この次の数字は、IRを発している体がより大きな距離でさえセンサーの正面を横切るとき、何があるかについて示します。IRを妨げている間、バッフルは要素1の丸出しを許すので、それは要素2について影を生じて、それを露出させません。この単純なレンズは20フィートまで発見範囲を広げて、紙または他の材料の一片から、簡単に製造されます。バッフルは、センサーの前で1インチ（25mm）まで、1/2インチ（12mm）間隔をあけられることができます。より大きな間隔は、よりぎりぎりの発見角度を与えます。

As the IR source moves, the baffle blocks it from exposing one of the sensor elements while fully exposing the other.

This same idea can be expanded to produce a wide angle lens. Multiple baffle strips can be placed in front of the sensor to alternately block IR from one sensor element at a time even when the IR emitting body is at greater angles to the front of the sensor.

IR원이 움직이고, 완전하게 외를 노출시키는 동안, 버플은 센서 요소 중 하나를 공개하는 것에서 그것을 방해합니다.IR源が動いて、完全に他を露出させる間、バッフルはセンサー要素のうちの1つを公開することからそれを妨げます。

This multiple baffle shadow lens provides a wide detection angle. The lens should be curved so all baffles are the same distance from the front of the sensor.이 복수의 버플그림자 렌즈는, 넓은 발견 각도를 제공합니다. 모든 버플이 센서의 정면에서의 같은 거리이도록(듯이), 렌즈는 커브하지 않으면 안됩니다.この複数のバッフル影レンズは、広い発見角度を提供します。すべてのバッフルがセンサーの正面からの同じ距離であるように、レンズはカーブしなければなりません。

Pinhole lens

Another simple focusing device that will expose one PIR sensor element at a time can be made using a thin piece of IR opaque material with a hole in it that will function as a pinhole lens similar to the lens of a pinhole camera.  The function of a pinhole camera lens is described in http://science.howstuffworks.com/question131.htm .  The lens hole in a camera is usually small but can be much larger in a sensor application where image detail is not necessary and only the IR radiation from the animal must be focused onto one sensing element at a time. IR in the 5 ~ 15 micrometer wavelength range will not pass through most materials so you can make a lens of paper, plastic or metal foil. The hole should be about inch (6.4mm) diameter. Lens spacing is not critical but it should be about inch (12mm) to 1 inch (25mm) from the front of the sensor. A detection range of up to 20 feet can be obtained with this type of lens. 

 Although a narrow field of view is usually most desirable for animal photos, a wide field of view can be obtained by placing several holes in the lens material and curving the lens in front of the sensor so all holes are an equal distance from the front of the sensor. Another type of lens can be made by placing a tube about 3/8 inch (10mm) diameter and 2 inch (50mm) long over the front of the sensor.  This lens will have a narrow field of view.요소가 그것의 구멍에서 IR 불투명한 재료의 가는 부분을 사용해 한 번에 만들어질 수 있는 1대의 PIR 센서를 노출시키는 또 하나의 단순한 초점에 모여 있는 장치는, 핀홀 카메라의 렌즈에 유사한 핀홀 렌즈로서 매우 기능합니다. 핀홀 카메라 렌즈의 기능은, http://science.howstuffworks.com/question131.htm로 기술됩니다. 카메라의 렌즈구멍은, 통상 작지만, 이미지의 상세가 필요하지 않은, 그리고, 동물로부터의 IR방사선만이 한 번에 1개의 검지 소자에 집중해야 하는 센서 어플리케이션으로, 매우보다 크게 있을 수 있습니다. 당신이 종이, 플라스틱 또는 금속박으로부터 렌즈를 제조할 수 있도록(듯이), 15 마이크로 미터의 파장 범위가 대부분의 재료에 통하지 않는 5의 것~한 IR. 구멍은, 인치(6.4 mm) 직경에 대해가 아니면 안됩니다. 렌즈 간격은 중요하지 않습니다, 그러나, 그것은 센서의 정면에서 1 인치(25 mm)까지 인치(12 mm)에 대해가 아니면 안됩니다. 최고 20피트의 발견 범위는, 이런 종류의 렌즈로 얻을 수 있을 수 있습니다.

 좁은 시야가 통상 동물의 사진에 있어서 가장 바람직하지만, 모든 구멍이 센서의 정면에서의 동일한 거리이도록(듯이), 넓은 시야는 렌즈 재료의 몇개의 구멍을 두고, 센서의 앞에서 렌즈를 커브시키는 것에 의해서 얻을 수 있을 수 있습니다. 이제(벌써) 일종류의 렌즈는, 센서의 정면 위에 길게3/8인치(10 mm)의 직경과 2 인치(50 mm)의 주위에 튜브를 두는 것에 의해서 제조될 수 있습니다. 이 렌즈는, 좁은 시야를 가집니다.要素がそれの穴でIR不透明な材料の細い部分を使って一度に作られることができる1台のPIRセンサーを露出させるもう一つの単純な焦点に集まっている装置は、ピンホールカメラのレンズに類似したピンホールレンズとして、とても機能します。ピンホールカメラレンズの機能は、http://science.howstuffworks.com/question131.htmで記述されます。カメラのレンズ穴は、通常小さいが、イメージの詳細が必要でない、そして、動物からのIR放射線だけが一度に1つの検知素子に集中しなければならないセンサーアプリケーションで、非常により大きくありえます。あなたが紙、プラスチックまたは金属箔からレンズを製造することができるように、15マイクロメートルの波長範囲が大部分の材料に通さない5つの~のIR。穴は、インチ（6.4mm）直径についてでなければなりません。レンズ間隔は重要でありません、しかし、それはセンサーの正面から1インチ（25mm）までインチ（12mm）についてでなければなりません。最高20フィートの発見範囲は、この種のレンズで得られることができます。

 狭い視野が通常動物の写真にとって最も望ましいが、すべての穴がセンサーの正面からの等しい距離であるように、広い視野はレンズ材料のいくつかの穴を置いて、センサーの前でレンズをカーブさせることによって得られることができます。もう一種類のレンズは、センサーの正面の上に長く3/8インチ（10mm）の直径と2インチ（50mm）のまわりにチューブを置くことによって製造されることができます。このレンズは、狭い視野を持ちます。

Infrared window

A pyroelectric sensor is very sensitive to rapid temperature changes. A rapid change in air temperature due to a breeze from an open window or from an air conditioner or heater can cause false triggering. The shadow and pinhole lenses described above do not offer protection against such air movement because they are actually open lenses. For outdoor use you would also need protection against rain.

An IR transparent weatherproof shield or window can be made of polyethylene which is transparent to IR radiation in the 5 ~ 15 micrometer wavelength range. Polyethylene can be identified by burning a small piece. It will burn with a mostly blue flame and melt like wax while other plastics that are opaque to IR will burn with a smoky red flame and leave a black ash. The only problem with polyethylene is that it is waxy and most adhesives will not bond to it but you can hold it in place with scotch tape or silicone rubber.

Plastic milk bottles are made of polyethylene, and although it is whitish and not visibly transparent, it is transparent to IR with some small loss in detection range. The polyethylene milk bottle is thin, easily cut with scissors and makes a good IR window. Many food containers and plastic sheeting are also made of polyethylene.  A thinner window will have less absorption loss.피로 전기의 센서는, 급속한 온도 변화에 매우 민감합니다. 열린 윈도우로부터의, 또는, 에어콘 또는 히터로부터의 미풍을 위한 기온의 급속한 변화는, 잘못해 기동하는 것을 일으키는 것을 있을 수 있습니다. 그들이 실제로 열린 렌즈이므로, 상술의 그림자와 핀홀 렌즈는 그러한 항공 운동으로부터의 보호를 제공하지 않습니다. 옥외의 사용을 위해서, 당신은 비로 부터의 보호도 필요로 하겠지요.

투명한 내후성의 쉴드 또는 윈도우가 5개의~ 15 마이크로 미터 파장 범위에서 IR방사선에 투명한 폴리에틸렌이 만들어질 수 있는 IR. 폴리에틸렌은, 작은 부분을 태우는 것에 의해서 특정될 수 있습니다. IR를 통하지 않는 다른 플라스틱이 매운 붉은 불길로 불타고, 블랙 어쉬를 떠나는 동안, 그것은 대부분은 극도의 격정으로 불타고, 왁스와 같이 녹습니다. 폴리에틸렌에 관한 유일한 문제는 그것이 매끈매끈인 것입니다, 그리고, 대부분의 접착제는 거기에 접착하지 않습니다, 그러나, 당신은 그것을 스카치 테이프 또는 실리콘 고무로 적당한 상태에 유지할 수 있습니다.

플라스틱 우유병은 폴리에틸렌으로 되어 있습니다, 그리고, 그것이 눈에 보여 희고 투명하지 않지만, 그것은 발견 범위의 약간의 작은 손실로 IR에 투명합니다. 폴리에틸렌 우유병은 가늘어서, 간단하게 가위로 잘리고, 잘 할 수 있던 IR윈도우를 제작합니다. 많은 음식 용기와 플라스틱 시트지는, 폴리에틸렌에서도 되어 있습니다. 보다 가는 윈도우는, 보다 적은 흡수손해를 가집니다.ピロ電気のセンサーは、急速な温度変化に非常に敏感です。開いたウインドウからの、または、エアコンまたはヒーターからの微風のための気温の急速な変化は、間違って起動することを引き起こすことがありえます。彼らが実際に開いたレンズであるので、上述の影とピンホールレンズはそのような航空運動からの保護を提供しません。屋外の使用のために、あなたは雨からの保護も必要とするでしょう。

透明な耐候性のシールドまたはウインドウが5つの~ 15マイクロメートル波長範囲でIR放射線に透明であるポリエチレンの作られることができるIR。ポリエチレンは、小さな部分を燃やすことによって特定されることができます。IRを通さない他のプラスチックが煙い赤い炎で燃えて、ブラックアッシュを去る間、それは大部分は極度の激情で燃えて、ワックスのように溶けます。ポリエチレンに関する唯一の問題はそれがすべすべであるということです、そして、大部分の接着剤はそれに接着しません、しかし、あなたはそれをスコッチテープまたはシリコーンゴムで適当な状態に保つことができます。

プラスチック牛乳瓶はポリエチレンでできています、そして、それが目にみえて白っぽくて透明でないが、それは発見範囲の若干の小さな損失でIRに透明です。ポリエチレン牛乳瓶は細くて、簡単にはさみで切られて、よくできたIRウインドウを製作します。多くの食物容器とプラスチックシーツ地は、ポリエチレンでもできています。より細いウインドウは、より少ない吸収損を持ちます。