Пироэлектрические датчики приближения серии PL от Kemet

Компания Kemet хорошо знакома разработчикам электроники как производитель широкой номенклатуры качественных конденсаторов (керамических, пленочных и танталовых). Однако Kemet также специализируется на производстве различных сенсоров, в том числе пироэлектрических датчиков приближения серии PL и готовых модулей на их основе. Об этих продуктах и пойдет речь в данной статье
1263
В избранное

В настоящее время в качестве датчиков приближения используют различные типы сенсоров: оптические сенсоры, TOF-сенсоры, ультразвуковые датчики и т.д. Еще одно альтернативное решение данной задачи предлагает компания Kemet. Компактные и малопотребляющие пироэлектрические SMD-сенсоры серии PL позволяют обнаруживать нагретые объекты на расстояниях до 2 метров без линзы и до 5 метров при использовании дополнительной линзы. Внешний вид таких датчиков представлен на рис. 1.

Внешний вид пироэлектрических датчиков приближения серии PL от Kemet

Рис. 1. Внешний вид пироэлектрических датчиков приближения серии PL от Kemet

Пироэлектрические датчики серии PL используют способность керамики поглощать волны инфракрасного диапазона, испускаемые человеческим телом. Поглощенная энергия преобразуется в напряжение, которое модулирует сопротивление канала полевого транзистора. Структура датчика представлена на рис. 2.

Внутренняя структура датчиков приближения серии PL

Рис. 2. Внутренняя структура датчиков приближения серии PL

С помощью сенсоров PL можно без каких-либо проблем реализовать простейший датчик присутствия без функции измерения расстояния до объекта. Для этого потребуется маломощный источник напряжения 2,0…15 В, нагрузочный резистор и компаратор. Если же необходимо измерять расстояние до объекта, то потребуется точно знать его температуру и использовать вместо компаратора усилитель. Потребление таких систем зависит в основном от напряжения питания, выбора нагрузочного резистора и потребления компаратора/усилителя. Кроме того, датчики PL оказываются чрезвычайно простыми в использовании и с конструктивной точки зрения, так как во многих случаях могут обходиться без каких-либо дополнительных линз. Собственный угол зрения PL-N823-01 составляет ±60°/ ±60° (вертикаль/ горизонталь), а радиус действия достигает 2 м.

Датчики приближения PL имеют широкие углы обзора

Рис. 3. Датчики приближения PL имеют широкие углы обзора

Диаграмма направленности датчиков PL представлена на рис. 3. Очевидно, что дальность обнаружения объектов зависит не только от параметров датчика, но и от параметров объекта, в частности от геометрических размеров и температуры. Чем горячее объект относительно окружающей среды, тем лучше он виден для пироэлектрического сенсора. Например, если объект имеет температуру на 5 °С выше температуры окружающей среды, то сенсоры PL обнаружат его на расстоянии до 1,3 м. Если же Δt = 10 °С (примерно соответствует температуре человеческого тела при температуре окружающей среды 25 °С), то дистанция обнаружения увеличивается до 1,8 м.

Диаграмма направленности датчиков PL

Рис. 4. Диаграмма направленности датчиков PL

Некоторые приложения требуют герметичного исполнения. В таком случае придется располагать сенсор внутри корпуса, а значит между сенсором и объектом будет находиться экран. Однако это не помешает работе датчиков PL. На рис. 5 представлена зависимость выходного напряжения датчиков PL от расстояния до объекта при различных типах экранов (стекло, акрил и т.д.). В качестве объекта использовался источник тепла, эквивалентный по своим параметрам человеческой ладони: геометрические размеры 170 х 70 мм, а собственная температура на 10 градусов выше, чем температура окружающей среды. Объект без каких-либо проблем обнаруживался на расстояниях до 20 см для всех типов экрана (толщина экранов составляла 1 мм).

Возможность обнаружения объектов определяется расстоянием до объекта, параметрами объекта, а также параметрами экрана

Рис. 5. Возможность обнаружения объектов определяется расстоянием до объекта, параметрами объекта, а также параметрами экрана

Большим плюсом датчиков являются компактные габаритные размеры, всего 5,0 х 4,8 х 1,7 мм, что позволяет размещать их в ультратонких устройствах даже при жестком ограничении свободного пространства.

Как уже отмечалось выше, для создания простейших датчиков присутствия на базе сенсоров PL потребуется минимум дополнительных компонентов. Однако в некоторых случаях для увеличения радиуса действия необходимо использовать дополнительную линзу. Линзу можно либо изготовить самостоятельно, либо воспользоваться готовыми модулями на базе датчиков PL (рис. 6).

Модули пироэлектрических датчиков приближения со встроенным усилителем

Рис. 6. Модули пироэлектрических датчиков приближения со встроенным усилителем

В настоящий момент Kemet предлагает сразу четыре готовых модуля, в которых кроме датчика присутствует усилитель и его обвязка. Между собой модули отличаются типом линзы, диаграммами направленности и радиусом действия (рис. 7):

  • SS-430 – базовый модуль линейки без собственной линзы. Радиус действия модуля составляет до 2 метров. SS-430 работает с диапазоном напряжений питания 3,3…5,5 В и потребляет около 800 мкА. При отсутствии объекта на выходе модуля присутствует сигнал 0 В, а при обнаружении объекта на выходе возникает сигнал 3 В. Угол обзора соответствует углам обзора исходного датчика ±60°/ ±60°.
  • SS-430L-N – модуль с прозрачной линзой и увеличенным радиусом действия до 5 м. Угол обзора составляет ±37° и ±28° по горизонтали и вертикали, соответственно.
  • SS-430L-BK – модуль с черной линзой и увеличенным радиусом действия до 5 м. Угол обзора составляет ±37° и ±28° по горизонтали и вертикали, соответственно.
  • SS-430L-W – модуль с белой линзой и увеличенным радиусом действия до 5 м. Угол обзора составляет ±37° и ±28° по горизонтали и вертикали, соответственно.

Модули отличаются типом линзы, радиусом действия и диаграммами направленности

Рис. 7. Модули отличаются типом линзы, радиусом действия и диаграммами направленности

Датчики PL и модули могут использоваться в различных приложениях:

  • Бесконтактные выключатели;
  • Офисное оборудование;
  • Автоматизированные системы освещения;
  • Кондиционеры;
  • Мониторы;
  • Умные туалеты;
  • Оборудование для кухонь и т.д.

Рассмотрим некоторые конкретные примеры. Самым простым со схемотехнической и конструктивной точки зрения является датчик присутствия с радиусом действия до 2 м (рис. 8). Этот датчик может быть негерметичным и герметичным. В последнем случае потребуется дополнительный экран.

Простейший пример бесконтактного датчика присутствия

Рис. 8. Простейший пример бесконтактного датчика присутствия

При необходимости создания близкодействующего датчика приближения можно обойтись без линзы даже при использовании толстого экрана (рис. 9).

Пример простейшего близкодействующего датчика приближения

Рис. 9. Пример простейшего близкодействующего датчика приближения

Если же нужно создать датчик присутствия или приближения с увеличенным радиусом действия, потребуется дополнительная линза. В таких случаях удобно использовать готовые модули SS-430L.

Датчик приближения с дополнительной линзой и увеличенным радиусом действия

Рис. 10. Датчик приближения с дополнительной линзой и увеличенным радиусом действия

В качестве заключения можно еще раз отметить основные особенности и преимущества пироэлектрических датчиков серии PL: низкопрофильное SMD-исполнение, компактные габариты 5,0 х 4,8 х 1,7 мм, возможность работы без дополнительной линзы даже при наличии экрана, широкий угол обзора, высокая чувствительность, низкое потребление, простота использования.

 Характеристики пироэлектрического датчика PL-N823-01:

  • Угол обзора: 60° / 60°;
  • Напряжение питания 2,0…15 В;
  • Минимальное выходное напряжение: 550 мВ (температура источник тепла 70 °C);
  • Номинальное выходное напряжение: 0,3…0,9 В (при напряжении на истоке 5 В и нагрузке на стоке 47 кОм);
  • Максимальное время прогрева: 30 с;
  • Шум: 140 мВ (от пика до пика);
  • Диапазон рабочих температур: -40…+70 °C;
  • Габариты: 5,0 х 4,8 х 1,7 мм.

О компании:

Kemet – один из крупнейших производителей конденсаторов, в том числе, танталовых, пленочных и керамических. В портфолио компании также присутствуют индуктивности, актуаторы, реле и датчики (пироэлектрические датчики приближения, датчики тока и др.).

Используемая литература:

Производитель: Kemet Corporation
Наименование
Производитель
Описание Корпус/
Изображение
Цена, руб. Наличие
PL-N823-01
PL-N823-01
Kemet Corporation
Арт.: 3468924 ИНФО PDF
Доступно: 548 шт. 1469,06
Выбрать
условия
поставки
Пироэлектрический датчик приближения серии PL от Kemet. Низкопрофильное SMD-исполнение, компактные габариты 5,0 х 4,8 х 1,7 мм.
PL-N823-01 1469,06
548 шт.
(под заказ)
Выбрать
условия
поставки
SS-430
SS-430
Kemet Corporation
Арт.: 3469030 ИНФО PDF
Доступно: 344 шт. 4335,69
Выбрать
условия
поставки
Базовый модуль линейки без собственной линзы. Радиус действия до 2 метров, диапазон напряжений питания 3,3…5,5 В, потребление тока около 800 мкА.
SS-430 4335,69
344 шт.
(под заказ)
Выбрать
условия
поставки
SS-430L-N
SS-430L-N
Kemet Corporation
Арт.: 3469032 ИНФО PDF
Доступно: 284 шт. 5245,11
Выбрать
условия
поставки
Модуль с прозрачной линзой, радиус действия до 5 м.
SS-430L-N 5245,11
284 шт.
(под заказ)
Выбрать
условия
поставки
SS-430L-BK
SS-430L-BK
Kemet Corporation
Арт.: 3469033 ИНФО PDF
Доступно: 284 шт. 5245,11
Выбрать
условия
поставки
Модуль с черной линзой и увеличенным радиусом действия до 5 м
SS-430L-BK 5245,11
284 шт.
(под заказ)
Выбрать
условия
поставки
SS-430L-W
SS-430L-W
Kemet Corporation
Арт.: 3469034 ИНФО PDF
Доступно: 284 шт. 5245,11
Выбрать
условия
поставки
Модуль с белой линзой и увеличенным радиусом действия до 5 м
SS-430L-W 5245,11
284 шт.
(под заказ)
Выбрать
условия
поставки

Сравнение позиций

  • ()