PIR-Sensor


PIR-Sensor

Ein Bewegungsmelder ist ein elektronischer Sensor, der Bewegungen in seiner näheren Umgebung erkennt und dadurch als elektrischer Schalter arbeiten kann. Hauptsächlich wird er zum Einschalten einer Beleuchtung oder zum Auslösen eines Alarms eingesetzt.

Ein Bewegungsmelder kann entweder aktiv mit elektromagnetischen Wellen (Dopplerradar), mit Ultraschall (Ultraschall-Bewegungsmelder) oder passiv anhand der Infrarotstrahlung der Umgebung arbeiten; es gibt auch Kombinationen davon.

Der PIR-Sensor (engl. passive infrared) ist der am häufigsten eingesetzte Typ von Bewegungsmeldern. Er wird im Folgenden beschrieben. Er reagiert optimal auf Winkeländerungen, wenn also eine Person am Sensor vorbeigeht. Im Gegensatz dazu reagiert ein Dopplerradar optimal, wenn sich der Abstand zum Sensor ändert.

Inhaltsverzeichnis

Funktionsprinzip

Erfassungsbereich: rot=innere Überwachungszone, orange=mittlere Ü., gelb=äußere Ü.

Der PIR-Sensor reagiert unter Ausnutzung der Pyroelektrizität seiner Empfängerfläche auf eine Temperaturänderung, bewirkt durch eine Strahlungsflussänderung (hauptsächlich durch Wärmestrahlung im mittleren Infrarot; Wellenlänge zirka 10 µm) von Menschen, Tieren und Kraftfahrzeugen in seiner näheren Umgebung. Er reagiert nicht auf statische Wärmeunterschiede, die auf natürliche Weise hervorgerufen werden, wie zum Beispiel durch Sonneneinstrahlung – er kann nur sich ändernde Signale wahrnehmen, beispielsweise wenn ein Mensch in den Detektionsbereich des Sensors eintritt.

Vor dem eigentlichen Sensor ist eine Fläche von kleinen Linsen angeordnet, welche die unsichtbare, aus verschiedenen Richtungen kommende Infrarotstrahlung auf den Sensor bündelt. Strahlung aus den dazwischen liegenden Richtungen trifft nicht auf den Sensor. Daraus ergibt sich ein Erfassungsbereich um den Bewegungsmelder, der in einzelne Segmente eingeteilt ist. Sobald sich ein warmer oder kalter Gegenstand quer zu diesen Segmenten bewegt, ändert sich die Temperatur auf der Sensorfläche geringfügig, so dass ein elektrisches Signal erzeugt wird, das nach ausreichender Verstärkung ein Relais betätigen kann. Die meisten PIR-Sensoren funktionieren dabei ähnlich wie ein Feldeffekttransistor.

PIR-Sensoren empfangen ausschließlich von Objekten ausgesandte Strahlen und senden selbst keine Strahlung aus, was durch die Benennung Passiv-Infrarot-Sensor zum Ausdruck kommt. PIR-Sensoren reagieren schlecht, wenn sich ein Objekt auf sie zu oder von ihnen weg bewegt. Dies liegt an deren Funktionsprinzip, da die Bewegungserkennung aufgrund eines Temperaturwechsels auf der Sensorfläche erfolgt und Bewegungen quer zum Erfassungsbereich aufgrund des vorwiegend quer angeordneten Linsenarrays besser erkannt werden können.

Bewegungsmelder können über Leitungsverbindungen (direkt oder über ein Bussystem, z. B. EIB) oder durch Ausrüstung mit einem Funkmodul miteinander vernetzt werden. Wenn einer der vernetzten Bewegungsmelder reagiert, schalten alle angeschlossenen Melder ihre Verbraucher ein.

Verwendung als Lichtschalter

Ein Infrarot-Bewegungsmelder hat in der Regel einen eingebauten Dämmerungsschalter, der dafür sorgt, dass die Beleuchtung nur bei Dunkelheit vom eigentlichen Bewegungsmelder eingeschaltet werden kann. Bewegt sich eine Wärmequelle vor dem Melder, so schaltet er die Beleuchtung für eine einstellbare Zeitspanne ein und nach Ablauf der eingestellten Leuchtzeit wieder aus. Die meisten Bewegungsmelder haben zwei Einsteller (Potentiometer):

  1. für die Einschaltdauer: legt fest, wie lange der Verbraucher eingeschaltet bleiben soll
  2. für die Umgebungshelligkeit (Hell-Dunkel-Grenze): legt fest, ab welcher Dunkelheitsschwelle der Melder scharf sein soll
Anschlussbeispiel

Bei den meisten Bewegungsmeldern beginnt der Zähler für die Einschaltdauer zu laufen, wenn die letzte Bewegung erkannt wurde. Wenn der Melder danach eine neue Bewegung erkennt, stellt er den Zähler wieder auf Null. Dies gewährleistet, dass der Verbraucher (z. B. Beleuchtung) nicht ausgeschaltet wird, wenn sich eine Person für längere Zeit im Erfassungsbereich aufhält.

In Deutschland gibt die VDE 0100-410:2007-06 vor, dass der PE anders als im Bild bis zum Betriebsmittel (Melder) mitzuführen ist.

Verwendung als Präsenzmelder

Bewegungsmelder können, wenn sie durch ein Gebäude-Bussystem (zum Beispiel EIB) miteinander vernetzt sind, auch als Präsenzmelder fungieren. An Wänden oder in eine abgesetzte Decke montiert, registrieren sie die Anwesenheit von Personen im Raum und melden diese an eine Steuerung, die für das Raumklima zuständig ist. Diese wiederum regelt, abhängig von der Benutzung eines Raumes, Klimaanlagen und/oder Heizung.

Der Unterschied zwischen Präsenz- und Bewegungsmelder liegt in der Ausstattung ihrer technischen Parameter. Der Präsenzmelder kann, gegenüber dem Bewegungsmelder, das geschaltete Kunstlicht messen. Dadurch hat der Präsenzmelder den Vorteil, dass er zusätzlich zu Bewegung das Tageslicht und das Kunstlicht erfasst. Ist das Tageslicht (eingestellter Lichtwert) ausreichend, wird trotz erkannter Bewegung das Kunstlicht ausgeschaltet.

Verwendung in Alarmanlagen

Moderner VdS-zugelassener Bewegungsmelder mit Abdecküberwachung.

Die für Alarmanlagen verwendeten Bewegungsmelder unterscheiden sich von den Licht-Bewegungsmeldern. Bewegungsmelder für Alarmanlagen verwenden keinen Dämmerungssensor, da immer eine Bewegung gemeldet werden soll, unabhängig von der Umgebungshelligkeit. Trotzdem ist vor allem in Bewegungsmeldern für Bussysteme (zum Beispiel EIB) immer ein Dämmerungssensor mit eingebaut, da der Bewegungsmelder bei nicht aktivierter Alarmanlage andere Aufgaben erfüllen kann, wie zum Beispiel als Präsenzmelder. Ist die Alarmanlage eingeschaltet (scharf), so löst eine Bewegung im Erfassungsbereich des Melders einen Alarm aus. Der Einsatz von Licht-Bewegungsmeldern als Auslöser von Alarmanlagen ist nicht sinnvoll, da viele Bewegungsmelder nach Ausfall und Wiederkehr der Versorgungsspannung den angeschlossenen Verbraucher einschalten und in diesem Fall einen (Falsch-)Alarm auslösen.

Mindestens erforderliche Anschlüsse für Alarmanlagen-Bewegungsmelder

Sabotagekontakt
Öffnen des Gehäuses wird an die Alarmanlage gemeldet
Alarmkontakt
Auslösung des Infrarot-Sensors wird an die Alarmanlage gemeldet
Versorgungsspannung
meist 12 V oder, zur Notstromversorgung durch einen Bleiakkumulator, auch 24 V

Zusätzlich erforderliche Anschlüsse für VdS-zertifizierte Anlagen

Gehtestfunktion
Alarmspeicher
wenn mehrere Bewegungsmelder in Serie geschaltet sind, wird der Bewegungsmelder gespeichert, der als erstes auslöste

Manche Modelle verfügen über zwei getrennte PIR-Sensoren. Ein Alarm wird nur ausgelöst, wenn beide zusammen reagieren. Dadurch wird das Risiko eines Falschalarms verringert. Einige Modelle kombinieren einen PIR-Sensor mit einem Mikrowellen-Sensor (Radar-Bewegungsmelder) oder einem Ultraschall-Bewegungsmelder. Diese Kombinationen werden meist als Dualmelder bezeichnet.

Bei den neueren Modellen ist eine Abdecküberwachung integriert - sobald der Melder durch einen Gegenstand oder Sprühsubstanzen im unscharfen Zustand der Alarmanlage „blind“ gemacht wird, wird an der Alarmzentrale eine Meldung angezeigt.

Tierresistente Bewegungsmelder gibt es nur für Alarmanlagen. Das Auslöseverhalten dieser Bewegungsmelder ist träger als bei normalen Bewegungsmeldern. Die Montage-Richtlinien für tierresistente Bewegungsmelder müssen genau befolgt werden, um einerseits Falschalarme zu vermeiden, andererseits die Erfassungsempfindlichkeit sicherzustellen. Momentan besitzt kein tierresistenter Bewegungsmelder eine VdS-Zulassung.

Verwendung an Lichtsignalanlagen

An Lichtsignalanlagen und auf Autobahnen detektieren PIR-Sensoren das Verkehrsaufkommen zur Steuerung der Lichtsignalanlagen, zur Auslösung einer Stauwarnung oder Ausgabe einer Richtgeschwindigkeit. Diese Sensoren reagieren auf die Wärmestrahlung, die durch die Wärme der Motoren der Fahrzeuge durch die Karosserie abgegeben wird. PIR-Sensoren sind eine Alternative zu Induktionsschleifen und erfordern im Gegensatz zu jenen keinen Eingriff in die Straßendecke – sie sind oft an Ampelmasten oder Brücken angebracht.

Leistungsaufnahme

Die Leistungsaufnahme eines PIR-Bewegungsmelders für den Betrieb des Sensors liegt zwischen 0,5 und 8 W [1]. Das heißt, ob nun etwas eingeschaltet wird oder nicht, es wird ständig Energie verbraucht. Beispielsweise entsprechen 5 W einer Energiemenge von 43,8 kWh/Jahr. Bei einem Strompreis von 0,2 €/kWh verursacht der Bewegungsmelder also Kosten in Höhe von 8,76 €/Jahr. Die gleiche Energiemenge verbraucht eine 60 W Glühlampe, wenn sie 730 Stunden also ca. 30 Tage in Betrieb ist.

Einzelnachweise

  1. Bewegungsmelder helfen Strom zu sparen, abgerufen am 19. Januar 2009

Literatur

  • Adam Merschbacher: Sicherheitsanalyse für Haushalte. VdS-Verlag, 2002, ISBN 3-936050-03-1
  • Adam Merschbacher: Sicherheitsanalyse für Gewerbebetriebe. VdS-Verlag, 2003, ISBN 3-936050-04-X
  • Hanno Schaumburg: Werkstoffe und Bauelemente der Elektrotechnik. In: Sensoren. Bd. 3, Vieweg+Teubner, 1992, ISBN 3-519-06125-2. 

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