Dank abgestrahlter Wärme lassen sich Personen erkennen

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Endrich Bauelemente Vertriebs GmbH

Für diese zweidimensionalen Bewegungen werden Pyrosensoren mit einer Matrix aus vier pyroelektrischen Elementen benötigt, da sich entsprechend das Wärmebild des Objektes in zwei Raumrichtungen bewegen kann. Pyrosensoren mit zwei Elementen würden nur eine Bewegungsrichtung erfassen. Zu den wichtigen elektrischen Parametern eines Pyrosensors gehört die Ausgangsspannung. Diese ist in der Regel als Signalspannung eines nachgeschalteten Verstärkers mit 72,5 dB (1 Hz) Verstärkung bei einer eingestrahlten 420-K-Schwarzkörperstrahlung von 13 µW/cm² definiert.

Soll die Erfassungsdistanz über 10 m hinausgehen, sollte auf geringes Rauschen des Sensors geachtet werden. Ein weiterer wichtiger Parameter bei Pyrosensoren ist die Balance. Sie ist definiert durch das Verhältnis (S1-S2)/(S1+S2), wobei S1 und S2 die Ausgangsspannung [V] bezeichnen, wenn jeweils nur das Element 1 bzw. 2 mit Wärmestrahlung beaufschlagt wird. Die Balance gibt an, wie gut sich die antiparallel geschalteten pyroelektrischen Elemente kompensieren.

Interne digitale Signalaufbereitung

Ein niedriger Balance-Wert [%] bedeutet eine geringe Gefahr von Fehlauslösungen aufgrund von stationären Wärmequellen oder durch Rauschen. Bei Licht- oder Drucksensoren ist es üblich, die Signale intern digital aufzubereiten. Auch bei Pyrosensoren gibt es einen Trend hin zu einer internen digitalen Signalaufbereitung. Durch einen eingebauten Chip wird die Signalspannung der pyroelektrischen Elemente digitalisiert und so aufbereitet, dass die Sensordaten digital über einen D_out-Pin ausgegeben und durch einen Host-Mikrocontroller verarbeitet werden können.

Ein einziger freier Port reicht für die Datenkommunikation via One-Wire-Schnittstelle aus. Das ausgegebene Datenwort besteht aus insgesamt 28 Bit, davon übertragen 14 Bit die Daten für das Pyrosensor-Signal und 14 Bit einen Temperaturwert, der am Gehäuse des Sensors gemessen wird. Der Mikrocontroller beginnt eine Übertragungssequenz in der Funktion eines Clock-Signal-Generators und legt D_out auf high. Nach 200 ns ändert der Mikrocontroller den Kommunikationsport von Output auf Input und beobachtet die Antwort des Sensors. Je nach zu übertragendem Bit wird D_out auf high oder low gelegt.

Danach überträgt der Mikroconroller das nächste Bit mit einem weiteren Clocksignal auf D_out. Das erfolgt so lange, bis alle 28 Bit übertragen sind. Mindestens alle 16 ms steht ein neues Datenpaket am Sensor bereit. Näheres über das Timing der Kommunikationsschnittstelle ist der Spezifikation des Pyrosensors PSH3-323-3 des japanischen Herstellers Ceramic zu entnehmen.

Kompletter Bewegungsmelder in einem Gehäuse

Ein digitaler Pyrosensor ist der PSH5-323-6 im TO-5-Gehäuse mit sechs Anschlusspins. Ein kompletter Bewegungsmelder ist in einem Gehäuse verbaut. Am Ausgangspin wird ein Detektionsereignis über den Spannungspegel angezeigt. Die Empfindlichkeit des Sensors und die Haltezeit im Fall einer Personendetektion können an zwei zusätzlich aus dem Gehäuse herausgeführten Pins mit einem Spannungsteiler eingestellt werden. Ein Enable-Pin bietet die Möglichkeit, den Sensor im Bedarfsfall zu deaktivieren. Ein sehr wichtiger Nebenaspekt der digitalen Pyrosensoren ist die Immunität der Sensoren gegen externe elektromagnetische Störsignale wie beispielsweise hohe EMI-Festigkeit. Durch die Signalverarbeitung innerhalb des TO-Gehäuses entfallen die EMI-kritischen Verbindungsleitungen zu externen Bauteilen.

Endrich vertreibt seit mehr als 30 Jahren europaweit elektronische Bauteile. Der Schwerpunkt liegt auf Design-In-Produkten. Neben Temperaur-, Radar- und Hallsensoren bietet Endrich Optosensorik-Bauteile wie Infarrot-LEDs, Photodetektoren, Lichtschranken und Pyrosensoren. Pyrosensoren des japanischen Herstellers Nippon Ceramic vertreibt Endrich seit 30 Jahren.

* Dr. Thomas Wolf ist Produktmanager für die Produktlinien Optosensorik, Hall- und Radarsensoren bei Endrich Bauelemente in Nagold.

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