Датчик кислорода ВАЗ – фото и видео, принцип работы, цена и замена на 2114

Датчик кислорода – он же лямбда-зонд. Устройство призванное замерять уровень кислорода в смеси отработанных газов.

В автомобиле он нужен для достижения правильного сочетания пропорции кислорода и топлива в рабочей смеси. При правильной пропорции кислорода и топлива в смеси, двигатель работает максимально эффективно и что немаловажно уменьшается расход самого топлива.

Виды датчиков и принцип работы

Лямбда-зонд устанавливается в выхлопной системе. Делятся датчики на два вида: двухточечный и широкополосный.

Двухточечный датчик состоит из керамики, элементы которого с двух сторон покрыты диоксидом циркония. Устанавливается перед каталитическим нейтрализатором либо за ним.

Принцип работы – измерение уровня концентрации кислорода в окружающей среде и выхлопных газах. Если уровень меняется и становится разным, на концах элементов датчика создается напряжение, от низкого до высокого. Низкое напряжение создается, если кислорода в системе с избытком.

В противном случае если в системе не хватает нужного уровня кислорода, то создастся высокое напряжение. Эти сигналы поступают в блок управления двигателем, который различает их по силе тока.

Широкополосный датчик – более современная конструкция. Так же имеет два керамических элемента. Один из них можно назвать «закачивающим». Он отвечает за активацию процесса закачивания или удаления воздуха из системы.

Второй элемент можно условно назвать «двухточечным». Принцип работы базируется на том, что пока кислорода в смеси нужное количество сила тока на «закачивающем» элементе не меняется и передается на «двухточечный» элемент.

Он в свою очередь, получая постоянную силу тока от «закачивающего» элемента поддерживает постоянное напряжение между своими элементами и бездействует.

Как только уровень кислорода меняется, «закачивающий» элемент подает измененное напряжение на «двухточечный». Тот в свою очередь обеспечивает либо закачку воздуха в систему либо его откачку обратно.

Лямбда-зонд на автомобилях ВАЗ

На ВАЗах используется несколько типов датчиков:

1. Bosch № 0 258 005 133, норма Евро – 2. Устанавливался на устаревших моделях с объемом двигателя 1,5 литра. На поздних моделях с нормой Евро – 3, этот датчик использовался как первый, и ставили его до катализатора.

Вторым ставили датчик, у которого есть «обратный разъем». Но можно встретить установленные два одинаковых датчика

2. Bosch № 0 258 006537 устанавливался на автомобилях, выпущенных с октября 2004 года.имеют  в своем строении нагревательный элемент.

Лямбда – зонды, выпускаемые фирмой «Bosch», взаимозаменяемы с похожими по строению циркониевыми датчиками. Обратите внимание, что датчик без подогрева можно заменить подогреваемым датчиком. Только не наоборот.

Неисправности датчика кислорода и коды ошибок

Из возможных поломок лямбда – зонда можно выделить такие: потеря чувствительности, неработающий подогрев. Как правило, бортовой компьютер не покажет вам поломку, если проблема в потере чувствительности. Другое дело, если оборвалась цепь подогрева – тогда неисправность будет зафиксирована.

• Ошибка Р1115 – в цепи нагрева произошла поломка
• Ошибка Р1102 — на нагревателе кислорода низкое сопротивление
• Ошибка Р0141 — на втором датчике произошла поломка нагревателя
• Ошибка Р0140 – произошел обрыв датчика номер два
• Ошибка Р0138 – второй датчик сигнализирует о завышенном уровне сигнала
• Ошибка Р0137 – второй датчик сигнализирует о пониженном уровне сигнала
• Ошибка Р0136 – произошло замыкание «на массу» второго датчика
• Ошибка Р0135 – вышел из строя нагреватель на первом датчике
• Ошибка P0134 – у первого датчика отсутствует сигнал
• Ошибка Р0133 – первый датчик медленно отвечает на запрос
• Ошибка Р0132 – мало кислорода в системе, сигнал на высоком уровне на первом датчике
• Ошибка Р0131 – много кислорода в системе, сигнал на низком уровне на первом датчике
• Ошибка Р0130 – первый датчик подает неправильные сигналы

Замена датчика кислорода

Если возникает какая–либо поломка, датчик нужно заменить. Можно попробовать сделать это самостоятельно. Рассмотрим ситуацию замены лямбда-зонда на ВАЗе 2114:

1. Машину ставим на эстакаду или загоняем на яму и снимаем защиту мотора (для замены датчика с нейтрализатором).
2. Ищем провода от датчика кислорода, и по ним идем к самим датчикам, стоят они на катализаторе (первый до нейтрализатора, второй после).
   
3. Разрезаем хомуты, разъединяем разъемы.
4. Оставляем систему остывать.
5. Берем гаечный ключом на «22» или спец. головку и откручиваем датчик.
6. Берем новый датчик и так же устанавливаем его на место старого. Прикручиваем гайки.
7. Соединяем провода с разъёмам.
8. Новыми хомутами крепим провода к системе охлаждения (не допускать соприкосновения с выхлопной трубой).
9. Устанавливаем защиту в обратном порядке.

На остальных моделях машин замена датчика будет происходить идентично.

Проблемы при замене

При замене старый датчик может прикипеть к трубе. В этом случае действуйте так:

1. Щедро полейте wd – 40 и пробуйте открутить
2. Включаем двигатель, нагреваем выхлопную систему и откручиваем датчик
3. Пробуем нагреть (соблюдая осторожность) сам датчик и открутить его
4. Несильно обстучите молотком и пробуйте открутить заново
5. Если не помогает, попробуйте «термоудар». На хорошо разогретый датчик вылейте холодную воду. Попробуйте снова открутить.

Цена на датчик кислорода

Цена на датчик кислорода будет зависеть от региона и модели. Колеблется она от 1000 до 3000 р. Покупайте лямбда–зонд в специализируемых магазинах и только с гарантией.

Причины поломки датчика кислорода

• На корпус датчика попала охлаждающая, либо тормозная жидкость
• В используемом топливе большое содержание свинца
• Сильный перегрев датчика, вызванный неочищенным топливом (засорение фильтров очистки)
• Датчик просто выработал свой ресурс
• Механическое повреждение датчика во время движения автомобиля.

Вышедший из строя датчик скажется на работе автомобиля в целом и повлечет за собой дополнительные проблемы. Но по ним Вы сможете сразу определить возможную поломку датчика и провести своевременную его замену.

Сопутствующие проблемы при выходе из строя датчика кислорода

• Автомобиль стал потреблять больше топлива, чем обычно
• Автомобиль стал двигаться рывками
• Двигатель стал работать нестабильно
• Нарушилась нормальная работа катализатора
• При проверке на токсичность выхлопных газов — результат дает завышенные показатели.

В завершение хочется дать совет: чтобы в будущем избежать изложенных проблем – следите за работоспособностью лямбда-зонда. Проверяйте его состояние через каждые пять – десять тысяч километров пробега.

Обзор фотоэлектрических датчиков | OMRON Промышленная автоматизация

1. Большое расстояние срабатывания

Датчик пересечения луча, например, может обнаруживать объекты на расстоянии более 10 м. Это невозможно с помощью магнитных, ультразвуковых или других методов измерения.

2. Практически нет ограничений на обнаружение объектов

Эти датчики работают по принципу, согласно которому объект прерывает или отражает свет, поэтому они не ограничены, как датчики приближения, обнаружением металлических объектов.Это означает, что их можно использовать для обнаружения практически любого объекта, включая стекло, пластик, дерево и жидкость.

3. Быстрое время отклика

Время отклика чрезвычайно короткое, потому что свет распространяется с высокой скоростью, а датчик не выполняет никаких механических операций, поскольку все цепи состоят из электронных компонентов.

4. Высокое разрешение

Невероятно высокое разрешение, достигаемое с помощью этих датчиков, основано на передовых конструкторских технологиях, которые позволили получить очень маленький точечный луч и уникальную оптическую систему для приема света.Эти разработки позволяют обнаруживать очень маленькие объекты, а также определять точное положение.

5. Бесконтактное зондирование

Вероятность повреждения обнаруживаемых объектов или датчиков мала, поскольку объекты могут быть обнаружены без физического контакта.
Это гарантирует годы службы датчика.

6. Цветовая идентификация

Скорость, с которой объект отражает или поглощает свет, зависит как от длины волны излучаемого света, так и от цвета объекта.Это свойство можно использовать для определения цветов.

7. Простая регулировка

Расположить луч на объекте просто с помощью моделей, которые излучают видимый свет, потому что луч виден.

Основы фотоэлектрических датчиков

Сводка

По мере того как мир производства становится все более и более автоматизированным, промышленные датчики становятся ключом к повышению как производительности, так и безопасности.

По мере того, как производственный мир становится все более и более автоматизированным, промышленные датчики становятся ключом к повышению как производительности, так и безопасности.

Промышленные датчики – это глаза и уши нового производственного цеха, они бывают всех размеров, форм и технологий. Наиболее распространены индуктивные, емкостные, фотоэлектрические, магнитные и ультразвуковые технологии. Каждая технология имеет уникальные сильные и слабые стороны, поэтому требования самого приложения будут определять, какую технологию следует использовать.Эта статья посвящена фотоэлектрическим датчикам и определяет, что они собой представляют, их преимущества и некоторые основные режимы работы.

Фотоэлектрические датчики широко используются в повседневной жизни. Они помогают безопасно управлять открыванием и закрыванием гаражных ворот, включать смесители для раковины по взмаху руки, управлять лифтами, открывать двери в продуктовом магазине, обнаруживать автомобиль-победитель на гонках и многое другое.

Фотоэлектрический датчик – это устройство, определяющее изменение интенсивности света.Обычно это означает либо необнаружение, либо обнаружение источника света, излучаемого датчиком. Тип света и метод обнаружения цели различаются в зависимости от датчика.

Фотоэлектрические датчики состоят из источника света (светодиод), приемника (фототранзистор), преобразователя сигналов и усилителя. Фототранзистор анализирует поступающий свет, проверяет, исходит ли он от светодиода, и соответствующим образом запускает выходной сигнал.

Фотоэлектрические датчики имеют много преимуществ по сравнению с другими технологиями.Дальность срабатывания фотоэлектрических датчиков намного превосходит индуктивные, емкостные, магнитные и ультразвуковые технологии. Их небольшой размер в сравнении с диапазоном чувствительности и уникальное разнообразие корпусов делают их идеальными для практически любого применения. Наконец, с постоянным развитием технологий фотоэлектрические датчики становятся конкурентоспособными по цене по сравнению с другими сенсорными технологиями.

Режимы измерения
Фотоэлектрические датчики обеспечивают три основных метода обнаружения цели: рассеянный, светоотражающий и сквозной, с вариациями каждого из них.

Рассеянный режим
При измерении в диффузном режиме, иногда называемом режимом приближения, передатчик и приемник находятся в одном корпусе. Свет от передатчика попадает в цель, которая отражает свет под произвольными углами. Часть отраженного света возвращается в приемник, и цель обнаруживается. Поскольку большая часть передаваемой энергии теряется из-за угла цели и способности отражать свет, рассеянный режим приводит к более коротким диапазонам восприятия, чем достижимый в режимах на отражение и сквозной луч.

Преимущество состоит в том, что вторичное устройство, такое как рефлектор или отдельный приемник, не требуется. Факторы, влияющие на дальность обнаружения в рассеянном режиме, включают цвет, размер и покрытие цели, поскольку они напрямую влияют на ее отражательную способность и, следовательно, ее способность отражать свет обратно на приемник датчика. В приведенной ниже таблице показано влияние цели на диапазон чувствительности при обнаружении в диффузном режиме.

ТАБЛИЦА ОТРАЖАТЕЛЬНОСТИ В ДИФФУЗИОННОМ РЕЖИМЕ

* Значения в этой таблице предназначены только в качестве ориентировочных, поскольку множество факторов определяют точный диапазон чувствительности в приложении.

Режим рассеянного сходящегося пучка
Режим сходящегося пучка – более эффективный метод определения диффузной моды. В режиме сходящегося луча линза передатчика фокусируется в точную точку перед датчиком, а линза приемника – в ту же точку. Диапазон срабатывания фиксирован и определяется как точка фокусировки. Затем датчик может обнаруживать объект в этой фокусной точке плюс или минус некоторое расстояние, известное как «окно восприятия». Объекты перед или за этим сенсорным окном игнорируются.Окно восприятия зависит от отражательной способности цели и настройки чувствительности. Поскольку вся излучаемая энергия сосредоточена в одной точке, доступно большое избыточное усиление, которое позволяет датчику легко обнаруживать узкие цели или цели с низкой отражательной способностью.

Рассеянный режим с подавлением фона
Рассеянный режим обнаружения с подавлением фона обнаруживает цели только на определенном «отрезанном» расстоянии, но игнорирует объекты за пределами расстояния.Этот режим также минимизирует чувствительность к цвету цели среди вариаций диффузного режима. Одним из основных преимуществ диффузного режима с подавлением фона является возможность игнорировать фоновый объект, который может быть неправильно идентифицирован как цель стандартным фотоэлектрическим датчиком в диффузном режиме.

Рассеянный режим с подавлением фона может работать как на фиксированном, так и на переменном расстоянии. Подавление фона может быть выполнено технически двумя способами: механическим или электронным способом.

Рассеянный режим с механическим подавлением фона
Для механического подавления фона в фотоэлектрическом датчике есть два принимающих элемента, один из которых принимает свет от цели, а другой – свет от фона. Когда отраженный свет на приемнике цели больше, чем свет на приемнике фона, цель обнаруживается и активируется выход. Когда отраженный свет в приемнике фона больше, чем в приемнике цели, цель не обнаруживается, и выходной сигнал не меняет состояние.Точка фокусировки может быть механически отрегулирована для датчиков переменного расстояния.

Рассеянный режим с электронным подавлением фона
При электронном подавлении фона внутри датчика используется позиционно-чувствительное устройство (PSD) вместо механических частей. Передатчик излучает световой луч, который отражается обратно в две разные точки на PSD как от цели, так и от фонового материала. Датчик оценивает свет, падающий на эти две точки на PSD, и сравнивает этот сигнал с предварительно установленным значением, чтобы определить, изменяет ли выход состояние.

Режим отражения от рефлектора
Светоотражающий режим – это второй основной режим фотоэлектрического зондирования. Как и при измерении в диффузном режиме, передатчик и приемник находятся в одном корпусе, но для отражения света от передатчика обратно в приемник используется отражатель. Цель обнаруживается, когда она блокирует луч от фотоэлектрического датчика до отражателя. Отражающий режим обычно позволяет использовать более длинные диапазоны зондирования, чем рассеянный режим, из-за повышенной эффективности отражателя по сравнению с отражательной способностью большинства целей.Целевой цвет и отделка не влияют на диапазон чувствительности в режиме световозвращения, как в рассеянном режиме.

Фотоэлектрические датчики с обратным отражением доступны с поляризационными фильтрами или без них. Поляризационный фильтр пропускает свет только под определенным фазовым углом обратно к приемнику, что позволяет датчику видеть блестящий объект как цель, а не как отражатель. Это связано с тем, что свет, отраженный от отражателей, сдвигает фазу света, тогда как свет, отраженный от блестящей цели, – нет.Поляризованный световозвращающий фотоэлектрический датчик должен использоваться с рефлектором в форме уголка, который представляет собой тип рефлектора, способный точно возвращать световую энергию по параллельной оси обратно в приемник. Поляризованные световозвращающие датчики рекомендуются для любого применения с отражающими целями.

Неполяризованные светоотражающие фотоэлектрические датчики обычно допускают более широкий диапазон чувствительности, чем поляризованные версии, но могут ошибочно идентифицировать блестящую цель как отражатель.

Режим отражения от рефлектора для обнаружения четких объектов
Обнаружение четких объектов может быть достигнуто с помощью режима ретроотражения для фотоэлектрического датчика обнаружения четких объектов. В этих датчиках используется схема с низким гистерезисом для обнаружения небольших изменений света, которые обычно возникают при обнаружении четких объектов. Датчик режима четкого объекта использует поляризованные фильтры на датчике-передатчике и приемнике для уменьшения ложных срабатываний, вызванных отражениями от цели.

Режим отражения от рефлектора с подавлением переднего плана
Датчики на отражение от рефлектора с подавлением переднего плана не будут ошибочно идентифицировать глянцевые цели как отражатель, когда они находятся на определенном расстоянии или в мертвой зоне.Этот режим подходит для обнаружения упакованных в термоусадочную пленку поддонов, поскольку стандартный датчик режима световозвращения может ошибочно принять глянцевое покрытие за отражатель и не изменить состояние. Оптические отверстия перед элементами передатчика и приемника в корпусе датчика образуют зону, исключающую ошибочное обнаружение отражающего материала.

Режим сквозного луча
Режим сквозного луча, также называемый встречным режимом, является третьим и последним основным методом обнаружения для фотоэлектрических датчиков.В этом режиме используются два отдельных корпуса: один для передатчика, а другой – для приемника. Свет от передатчика направлен на приемник, и когда цель прерывает этот световой луч, активируется выход на приемнике. Этот режим является наиболее эффективным из трех и обеспечивает максимально возможную дальность срабатывания фотоэлектрических датчиков.

Датчики, работающие в режиме сквозного луча, доступны в различных стилях. Наиболее распространенные варианты включают в себя один корпус передатчика, один корпус приемника и один световой луч между двумя корпусами.Другой тип – это «щелевые» или «вилочные» фотоэлектрические датчики, которые объединяют передатчик и приемник в один корпус без необходимости юстировки. Световые решетки представляют собой массивы из множества различных передатчиков в одном корпусе и множества разных приемников в другом корпусе, которые, будучи нацелены друг на друга, создают виртуальный «лист» световых лучей.

Оптоволоконный датчик
Оптоволоконные датчики направляют свет от передатчика через пластиковые или стеклянные кабели, называемые оптоволоконными кабелями.В приложениях, связанных с небольшими целями или неблагоприятными условиями, оптоволоконные кабели могут быть оптимальным решением. Волоконно-оптические кабели позволяют определять либо рассеянный, либо сквозной режим.

Стекловолоконные кабели состоят из крошечных стеклянных нитей, скрепленных вместе внутри специальной оболочки. Стекловолоконные кабели обычно более прочны, чем пластиковые версии, более эффективны в передаче света, что приводит к увеличению дальности срабатывания, и хорошо работают как с видимым красным, так и с инфракрасным светом.

Пластиковые оптоволоконные кабели изготавливаются из светопроводящего пластикового моноволокна и помещаются в защитную оболочку из ПВХ. Пластиковые волоконно-оптические кабели, как правило, более гибкие и экономичные, чем стеклянные, их можно обрезать до нужной длины, и они работают только с видимым светом.

БОКОВОЙ / КОРОБКА
Специальные фотоэлектрические датчики
В дополнение к стандартным режимам работы фотоэлектрических датчиков также существует несколько датчиков для конкретных приложений.Эти датчики используются для решения многих нетрадиционных фотоэлектрических приложений, таких как обнаружение изменений цвета объекта, пористых объектов и невидимой маркировки на продуктах.

Примеры датчиков для конкретных приложений:

Color – Цветовые датчики доступны в большом количестве стилей и опций. Самые простые датчики цвета – это одноканальные устройства, которые можно запрограммировать на обнаружение одного цвета. Более продвинутые устройства могут обнаруживать до десяти или более уникальных цветов и позволяют программировать несколько оттенков на одном канале.Типичные области применения включают контроль качества, когда на продукте отмечаются разные цвета по мере завершения этапа производства. Другое возможное применение – программирование нескольких оттенков цвета на одном канале. Эти цвета могут указывать на приемлемый для производителей диапазон цветовых отклонений для готового продукта при окрашивании или литье под давлением.

Контрастность – Датчики контраста используются для определения разницы в двух цветах или материалах. Датчик сначала обучается двум различным условиям.Затем он оценивает текущие условия, и если отраженный свет от текущей цели ближе к первому условию, выход останется выключенным. Если отраженный свет от текущей цели ближе ко второму условию, выход изменит состояние. Типичное применение для определения контраста – обнаружение регистрационных меток перед резкой или переработкой бумаги в упаковочной промышленности.

Люминесценция – Датчики люминесценции используются для обнаружения чернил, смазок, клея, красок, мелков и других материалов с люминесцентными свойствами.Следы на неправильном фоне и четкие или невидимые отметки легко обнаруживаются с помощью источника ультрафиолетового света. Типичные области применения люминесцентных датчиков – это обнаружение прозрачных защищенных от несанкционированного доступа пломб на флаконах с лекарствами или обнаружение дефектного продукта, помеченного мелом (например, сучка на куске дерева).

Световые решетки – Световые решетки используются для создания сетки или светового полотна. Есть много вариантов, размеров и применений для световых решеток. Миниатюрные световые решетки с высоким разрешением можно использовать для подсчета мелких деталей.Решетки большего размера могут использоваться для обеспечения выталкивания детали из пресса перед следующим циклом прессования. Световые решетки безопасности используются для создания безопасного «периметра» вокруг машины, чтобы операторы были защищены от потенциально опасных частей машины.

Пассивный инфракрасный – Пассивные инфракрасные датчики используются для обнаружения движения объекта в пределах определенной зоны или зоны зондирования. Термин пассивный используется потому, что датчик не излучает свет, а вместо этого обнаруживает инфракрасное излучение от объекта с температурой, отличной от окружающей среды.Типичное применение пассивных инфракрасных датчиков – это управление автоматическими дверями или освещением.

Зональные сканеры – Как и пассивные инфракрасные датчики, зонные сканеры используются для обнаружения присутствия или движения объекта в пределах определенной зоны или зоны зондирования. Основное отличие состоит в том, что активные инфракрасные датчики излучают свет и могут обнаруживать движение объекта в области, когда температура цели не может быть определена. Типичным приложением может быть обнаружение транспортных средств, приближающихся к потолочной двери склада, поскольку невозможно определить ни температуру транспортного средства, ни окружающую среду.

Для получения дополнительной информации:
www.am.pepperl-fuchs.com
[email protected]
Тел: 330-486-0001

Об авторе

Гэри Фриджес – менеджер по маркетингу продуктов, а Эд Майерс и Джефф Эллисон – менеджеры по продуктам Pepperl + Fuchs

Вам понравилась эта замечательная статья?

Ознакомьтесь с нашими бесплатными электронными информационными бюллетенями, чтобы прочитать больше отличных статей..

Датчики диффузного режима | Фотосенсор

Эту форму обнаружения обычно называют режимом приближения. Свет от излучателя попадает в цель, в результате чего она рассеивается под произвольными углами. Часть света возвращается прямо в приемник, и цель обнаруживается. Факторами, относящимися к диапазону чувствительности, являются цвет, размер и покрытие цели.Фактический диапазон чувствительности для каждой модели основан на «белой тестовой карте». Белая карта имеет коэффициент отражения 90% и считается «стандартной мишенью». Более темные или матовые мишени обеспечивают меньшую отражательную способность; поэтому необходимо увеличить чувствительность или расположить весь датчик ближе к цели. Когда возникает такая ситуация, следует позаботиться о том, чтобы более яркая цель на заднем плане не была принята за настоящую.

Существуют различные типы измерения диффузного режима:

• Рассеянный с подавлением фона: Рассеянные датчики с датчиками подавления фона имеют определенный диапазон чувствительности для любого объекта, независимо от цвета, отражательной способности или отделки.Они могут обнаруживать темные объекты, размещенные непосредственно на блестящем фоне, и их легко установить и отрегулировать
• Рассеянный с подавлением переднего плана: Рассеянные датчики с датчиками подавления переднего плана определяют «зону нечувствительности» из оптического окна датчика. Объекты, попадающие в пределы этого минимального расстояния срабатывания, игнорируются
• Рассеянный с оценкой фона: Рассеянные датчики с оценкой фона оценивают только свет, отраженный фоном (т. Е. Полом).Если датчик не видит фон, состояние выхода изменится. Это полезно в приложениях с целями необычной формы, где пользователь не может гарантировать, что свет, направленный на цель, будет отражаться обратно на датчики

Приложения:

• Цветные метки / печатные метки или датчики контрастности
• Датчики люминесценции
• Датчики цвета

Стандартные модели:

MLS9C

Блок управления обеспечивает включение-выключение без вставной карты или перемычки.Дополнительные логические функциональные карты подключаются для временной задержки, импульсного или другого модифицированного выхода. Особенности модели:

• 5- или 9-футовый диффузный диапазон сканирования
• Уплотнение – Nema 1, 3, 4, 12 и 13
• Сертификат UL – CUL
• Отличная невосприимчивость к окружающему свету и электрическому шуму
• Прицел для легкого механического выравнивания
• Улучшенный контроль чувствительности
• Синхронное обнаружение
• Защита от ложных импульсов при любом питании.
• Возможность дополнительной подключаемой логики

Для покупки посетите наш интернет-магазин.

Датчик присутствия и фотодатчики

Датчик присутствия и фотодатчики

В дополнение к переключениям и расписанию вы можете еще больше повысить эффективность и сэкономить деньги с помощью датчиков занятости и фотодатчиков GE. Недавнее исследование показало, что использование датчиков присутствия и фотодатчиков экономит в среднем 30-40% затрат на электроэнергию.*

GE Aware – это комплексная линейка датчиков, предлагающая решения практически для любого приложения. Независимо от того, нужен ли вам датчик коммерческого или промышленного, внутреннего или наружного, ультразвукового или пассивного инфракрасного – вы обязательно найдете его с GE Aware.

* Мета-анализ экономии энергии за счет средств управления освещением в коммерческих зданиях, проведенный Национальной лабораторией Лоуренса Беркли и Erik Page & Associates, Inc., 2011.

Датчики присутствия GE Aware ™

выходят за рамки планирования, обнаруживая движение в помещении и включая и выключая свет по мере необходимости.Датчики присутствия идеально подходят для помещений, которые периодически заполняются. Благодаря простоте установки, удобству пользователя и работе, не требующей технического обслуживания, датчики присутствия являются одним из наиболее предпочтительных решений для управления освещением.

Наша линейка датчиков присутствия GE Aware позволяет вам экономить электроэнергию и деньги, когда в освещении нет необходимости, сводя к минимуму раздражение жильцов, вызванное ложными срабатываниями или расписанием. Разработанные с учетом гибкости, датчики присутствия GE Aware могут использоваться как автономные устройства для местного управления или как часть более крупного устройства, такого как модульная система управления освещением GE LightSweep.

Сенсорная техника

Дизайн комнаты и количество активности, происходящей в ней, будут определять уровень чувствительности, который вам нужен для вашего датчика. Датчики присутствия GE Aware доступны в трех различных технологиях, поэтому вы можете быть уверены, что найдете подходящее решение для своего помещения.

• Ультразвуковой – Ультразвуковые датчики обнаруживают присутствие людей, испуская высокочастотный сигнал и интерпретируя изменения частоты как движение.Ультразвуковые датчики не требуют прямой видимости, что означает, что они могут «видеть» углы и объекты. Они также очень чувствительны к движению – даже к незначительному движению руки.
• Пассивный инфракрасный порт (PIR) – Разработанный для обнаружения движения от источника, излучающего тепло, датчики PIR включают и выключают свет, когда человек входит или выходит из поля зрения.
• Dual Tech – Датчики Dual Tech сочетают в себе инфракрасную и ультразвуковую технологии. Освещение включается только тогда, когда оба датчика обнаруживают присутствие людей, что исключает ложное срабатывание, и требует наличия одной из технологий, чтобы свет оставался включенным, что значительно снижает вероятность ложного отключения.

Крепления датчика
Датчики присутствия GE Aware доступны в четырех вариантах монтажа. Тип датчика, который вы выбираете, зависит от типа, размера и функции помещения.

Фотодатчики GE Aware ™

Ключевым компонентом управления освещением является поддержание уровня освещенности, соответствующего дневному свету.Когда естественный свет проникает в пространство, фотодатчики GE Aware Photo Sensors снижают уровень искусственного освещения. Когда солнце садится или в пасмурный день, уровень освещенности увеличивается.

Включение фотодатчиков GE Aware в состав полного блока управления, такого как модульная система управления освещением GE LightSweep, обеспечит максимальную гибкость и экономию энергии. Нужен вариант дооснащения? Автономный фотодатчик GE Aware подключается непосредственно к диммирующему балласту GE 0–10 В без необходимости подключения к централизованной релейной панели.

Приложения
Офисы с окнами или мансардными окнами, большие атриумы, торговые или производственные помещения с мансардными окнами и наружным освещением.

Продукты

• Внутренний фотодатчик – для внутренних помещений с окнами
• Фотодатчик для атриумов – для атриумов с повышенным уровнем естественного освещения
• Skylight Photo Sensor – для участков с прямым солнечным светом
• Внешний фотодатчик – для наружного применения
• Автономный фотодатчик – для дооснащения (только для использования внутри помещений)

Фотодатчики GE Aware ™

Ключевым компонентом управления освещением является поддержание уровня освещенности, соответствующего дневному свету.Когда естественный свет проникает в пространство, фотодатчики GE Aware Photo Sensors снижают уровень искусственного освещения. Когда солнце садится или в пасмурный день, уровень освещенности увеличивается.

Включение фотодатчиков GE Aware в состав полного блока управления, такого как модульная система управления освещением GE LightSweep, обеспечит максимальную гибкость и экономию энергии. Нужен вариант дооснащения? Автономный фотодатчик GE Aware подключается непосредственно к диммирующему балласту GE 0–10 В без необходимости подключения к централизованной релейной панели.

Приложения
Офисы с окнами или мансардными окнами, большие атриумы, торговые или производственные помещения с мансардными окнами и наружным освещением.

Продукты

• Внутренний фотодатчик – для внутренних помещений с окнами
• Фотодатчик для атриумов – для атриумов с повышенным уровнем естественного освещения
• Skylight Photo Sensor – для участков с прямым солнечным светом
• Внешний фотодатчик – для наружного применения
• Автономный фотодатчик – для дооснащения (только для использования внутри помещений)

Фотодатчики GE Aware ™

Ключевым компонентом управления освещением является поддержание уровня освещенности, соответствующего дневному свету.Когда естественный свет проникает в пространство, фотодатчики GE Aware Photo Sensors снижают уровень искусственного освещения. Когда солнце садится или в пасмурный день, уровень освещенности увеличивается.

Включение фотодатчиков GE Aware в состав полного блока управления, такого как модульная система управления освещением GE LightSweep, обеспечит максимальную гибкость и экономию энергии. Нужен вариант дооснащения? Автономный фотодатчик GE Aware подключается непосредственно к диммирующему балласту GE 0–10 В без необходимости подключения к централизованной релейной панели.

Приложения
Офисы с окнами или мансардными окнами, большие атриумы, торговые или производственные помещения с мансардными окнами и наружным освещением.

Продукты

• Внутренний фотодатчик – для внутренних помещений с окнами
• Фотодатчик для атриумов – для атриумов с повышенным уровнем естественного освещения
• Skylight Photo Sensor – для участков с прямым солнечным светом
• Внешний фотодатчик – для наружного применения
• Автономный фотодатчик – для дооснащения (только для использования внутри помещений)

единиц, виды использования и принцип работы

Датчики света кажутся довольно простыми.Они воспринимают свет , точно так же, как термометр измеряет температуру, а спидометр измеряет скорость. Температуру и скорость легко понять, потому что мы чувствуем их прямо. Но свет – это очень сложно. Температура и скорость – важные свойства, поэтому они не зависят от массы или размера объекта. Свет можно измерить как обширное свойство, то есть общий собранный свет зависит от размера коллектора (например, солнечная батарея на свалке собирает больше света, чем крошечное солнечное зарядное устройство для телефона) или интенсивно путем деления по площади.

А что вообще датчики света измеряют? Фотоны? Энергия? Все сложно. Прежде чем пытаться понять датчики света, важно понять их.

Блоки светового датчика

Прежде чем мы сможем правильно понять датчики света и способы их применения, нам необходимо иметь возможность количественно определять свет. К сожалению, при измерении света используются некоторые странные единицы. Например, лампочки обычно измеряются в люменах, но датчики света обычно измеряют в люксах.Вдобавок к этому и люмен, и люкс основаны на таинственной базовой единице, называемой канделой.

Кандела

Эта единица используется для описания силы света , то есть того, насколько сильный свет кажется человеческому глазу. Он основан на официальной формуле SI, которая взвешивает каждую длину волны света в луче в зависимости от того, насколько чувствителен к нему человеческий глаз. Чем выше сила света луча света, тем чувствительнее к нему человеческий глаз. (Канделы раньше назывались «свечами», а сила света обычной свечи составляет приблизительно одну канделу.Умно, правда?) Причина, по которой свечи не используются для сравнения лампочек и фонарей, заключается в том, что интенсивность луча зависит не только от мощности лампы, но и от того, какая часть этой мощности сконцентрирована в определенном направлении. В большинстве фонарей используются зеркала позади лампы, чтобы сконцентрировать больше света в выходном направлении и, следовательно, выглядеть ярче. Это означает, что лампочка имеет увеличенную яркость в одном направлении, при этом потребляет одинаковое количество энергии и излучает такое же общее количество света.Чтобы правильно измерить световой поток лампочки, нам понадобится новая единица: люмен.

Люмен

Люмен используется для измерения общего светового потока лампочки. Это произведение силы света (в канделах) и телесного угла, который заполняет луч (в стерадианах). Лампа, излучающая свет во всех направлениях, может иметь силу света 10 кандел, что при умножении на полные 4π стерадианы будет иметь световой поток 126 люмен. Как и в фонарике, зеркало на одной стороне лампы сделает другую сторону ярче из-за отражения половины мощности лампы.Интенсивность света увеличилась бы вдвое до 20 кандел, но телесный угол уменьшился бы вдвое до 2π стерадианов. Умножение интенсивности света напротив зеркала на новый телесный угол все равно даст 126 люмен светового потока. Независимо от того, как свет отражается и концентрируется, эта лампа всегда будет производить световой поток 126 люмен.

Люкс

Если лампы накаливания рассчитаны на люмен, почему датчики света должны использовать другую единицу измерения? Поэтому на концертах музыкантов не ослепляют.Один фонарик может показаться ослепляющим, если его светить в дюйме от глаз Дрейка, но море телефонных фонарей, направленных на сцену, совсем не яркое. Поскольку свет рассеивается, покидая телефон, на сцене ему в глаза попадает лишь небольшое количество света. По мере того, как объект удаляется от источника света, доля света, который он получает, также уменьшается. Чтобы правильно измерить световой поток, воспринимаемый поверхностью, называемый освещенностью , , мы используем единицу, называемую люкс, которая равна одному люмену на квадратный метр.На том же расстоянии от источника света лист площадью 1 квадратный метр подвергается такой же освещенности, как и лист площадью 10 квадратных метров. Лист большего размера собирает в десять раз больше света, если измерять световой поток в люменах, но его площадь такая же большая, поэтому освещенность такая же. Если листы движутся к источнику света, телесный угол, занимаемый каждым листом, увеличивается, и, следовательно, увеличивается также освещенность. Интенсивность света постоянна, а площадь листов постоянна, но занимаемый телесный угол увеличивается, что увеличивает получаемую ими освещенность.Датчики света должны измерять освещенность, потому что они представляют свет, падающий на единицу площади, и потому что они не могут знать, какой телесный угол они занимают.

Области применения для датчиков света

Обнаружение размещения

Датчики света измеряют освещенность, которую можно использовать не только для измерения яркости источника света. Поскольку освещенность уменьшается по мере удаления датчика от постоянного источника света, датчик освещенности можно использовать для измерения относительного расстояния от источника.

Рисунок 1: График показывает зависимость освещенности от расстояния

Датчики света почти всегда представляют собой плоскую одностороннюю поверхность, поэтому телесный угол, занимаемый датчиком, если смотреть со стороны источника света, может изменяться в зависимости от его ориентации. С датчиком света, перпендикулярным направлению света, он занимает максимально возможный телесный угол. По мере того, как датчик света поворачивается от источника света, его телесный угол уменьшается, и, следовательно, также уменьшается освещенность, пока датчик света в конечном итоге не обнаруживает прямой освещенности, когда он параллелен световым лучам или когда он направлен в сторону.Этот факт можно использовать для определения угла падения светового луча на датчик.

Рисунок 2: График показывает зависимость освещенности от угла

Регулировка яркости

Датчики света имеют много применений. Чаще всего в нашей повседневной жизни используются сотовые телефоны и планшеты. В большинстве портативных персональных электронных устройств теперь есть датчики внешней освещенности, используемые для регулировки яркости. Если устройство чувствует, что находится в темном месте, оно снижает яркость экрана для экономии энергии и не удивляет пользователя очень ярким экраном.

Еще одним распространенным применением датчиков света является управление автоматическим освещением автомобилей и уличных фонарей. Использование датчика освещенности для включения лампочки, когда на улице темно, избавляет от небольших хлопот, связанных с включением света, и экономит электроэнергию днем, когда солнце достаточно яркое.

Безопасность

Однако существует гораздо больше возможностей, чем просто удобство для потребителя. Обнаружение вторжения в контейнеры или помещения – важное приложение для обеспечения безопасности. При транспортировке дорогостоящего груза может быть важно знать, когда транспортный контейнер был открыт, чтобы легче было разрешить случаи, связанные с потерей продукта.Дешевый фоторезистор можно использовать для регистрации каждого открытия контейнера, чтобы можно было определить, в какой момент процесса воры совершили набег на контейнер, или если отправитель был нечестным и утверждал, что контейнер был ограблен.

Хотя датчики света – единственные продукты, которые могут дать значимые данные о свете, многие другие товары чувствительны к свету. Например, картины и фотографии на бумаге и старые произведения искусства могут быть повреждены из-за воздействия солнечного света, поэтому важно знать, сколько света они подвергаются.При транспортировке произведения искусства можно использовать датчик освещенности, чтобы убедиться, что оно не оставалось на солнце слишком долго.

Планирование

Датчик освещенности также можно использовать для размещения произведений искусства на постоянном месте. В областях возле входа или окон музея солнечный свет может быть слишком резким для определенных материалов, поэтому для правильного определения местоположения произведений искусства можно использовать датчик освещенности. Это похоже на метод размещения солнечных батарей в домах или на полях. Нет смысла строить и устанавливать солнечную панель в определенном месте, если на нее не будет попадать много прямых солнечных лучей, поэтому используется датчик освещенности, чтобы найти лучшее место с сильнейшим прямым солнечным светом.(Как я уже упоминал, солнечная панель – это просто очень большой датчик освещенности, но легче использовать портативное устройство для проверки солнечного света, чем использовать саму панель.)

Сельское хозяйство

Солнечный свет имеет важное значение для сельского хозяйства, особенно на американском Западе, лишенном воды. Разным культурам требуется разное количество солнечного света, поэтому важно знать, какие участки земли подвергаются наибольшему воздействию. Поскольку водоснабжение становится все более напряженным в таких местах, как Юта, у фермеров есть финансовые и социальные обязательства по ограничению потребления воды, а также поддержанию гидратации урожая.Одна из используемых тактик – поливать посевы днем ​​или вечером, чтобы не допустить, чтобы жаркое солнце испарило воду, прежде чем почва и растения смогут ее должным образом поглотить. Датчик освещенности можно использовать для автоматического управления спринклерной системой, поливая только тогда, когда солнце не самое яркое. В сочетании с другим оборудованием для мониторинга погоды для сбора данных о температуре, давлении и влажности система может не только поливать при тусклом солнце, но и интеллектуально обнаруживать приближающийся дождь или облака, чтобы оптимизировать график полива.

Как работают датчики света

Теперь, когда вы понимаете беспорядок единиц измерения света, мы можем начать понимать, как освещенность определяется с помощью световых датчиков.

Фотодиод

Датчики света иногда используют компонент, называемый фотодиодом , для измерения освещенности. Когда лучи света попадают на фотодиод, они имеют тенденцию выбивать электроны, вызывая электрический ток. Чем ярче свет, тем сильнее электрический ток.Затем можно измерить ток, чтобы вернуть яркость света. Если светоиндуцированный электрический ток звучит знакомо, это потому, что это принцип работы солнечных панелей, используемых для питания дорожных знаков и домов. Солнечные панели – это в основном очень большие фотодиодные датчики света.

Фоторезистор

Другой тип светового датчика – фоторезистор . Фоторезистор – это светозависимый резистор, что означает, что при изменении яркости падающего на него света произойдет изменение сопротивления.Фоторезисторы дешевле, чем фотодиоды, но гораздо менее точны, поэтому они в основном используются для сравнения относительных уровней освещенности или просто для определения того, включен ли свет или нет.

Доступные датчики света

Как упоминалось ранее, датчики света (фоторезисторы и фотодиоды) универсальны и не очень дороги, поэтому существует множество вариантов, от базовых компонентов до высокоточных регистраторов данных.

Одним из методов сбора данных об освещенности является использование обычных небольших вычислительных платформ, таких как Arduino или Raspberry Pi.Использование этих платформ для измерения освещенности полезно, потому что программирование и взаимодействие с компьютером просты, а фоторезисторы очень доступны. Кроме того, можно использовать датчик освещенности в тандеме с другим оборудованием для сбора данных. Однако такая система не будет очень точной или удобной для пользователя.

У Amazon есть много потребительских люксметров, которые обычно используются для фотографии. Все они компактны и просты в использовании, данные отображаются на экране в режиме реального времени, и все они имеют достаточно хорошую частоту обновления в несколько герц.Скорее всего, их лучше всего использовать для сравнения относительной яркости между комнатами в помещении, но у большинства из них есть широкий диапазон, поэтому использование на открытом воздухе также является вариантом.

Фактически, мы продаем датчик освещенности как часть наших датчиков enDAQ. Он использует фотодиод Si1133 и регистрирует данные об освещенности устройства, а также данные об ускорении, температуре и давлении. Поскольку в качестве основной единицы освещенности используется кандела, измерения света необходимо скорректировать с учетом невидимого электромагнитного излучения.Si1133 делает это, отдельно измеряя инфракрасный свет и используя его для правильной настройки данных об освещенности. Датчик света датчика enDAQ также измеряет УФ-индекс в дополнение к видимому свету.

Датчики света – это очень универсальные, доступные по цене компоненты с множеством потенциальных применений. Как вы планируете использовать датчики света? Хотелось бы услышать ваши идеи в комментариях.

Фотодатчики: технологии и основные тенденции

Дневное освещение становится все более популярным, а использование дневного света, энергосберегающая стратегия управления освещением, которая фактически делает дневное освещение «устойчивым», начинает догонять.Особый интерес представляет тот факт, что сбор дневного света переходит от того, что поощряется энергетическими программами, к чему-то, что требуется по энергетическим кодексам и стандартам – не только Калифорнии Title 24, но и IECC 2009 и, вероятно, также ASHRAE 90-1.2010. На самом деле вполне вероятно, что в будущем в большинстве коммерческих зданий с окнами и мансардными окнами потребуется установить какой-либо тип контроля дневного света на прилегающей территории.

Зеленое строительство подчеркивает естественный свет и привлекает новое внимание к уборке урожая при дневном свете.Энергетические нормы теперь начинают требовать уборку дневного света, что сделает его будущим основным продуктом строительства. Фото любезно предоставлено Левитоном.

Daylight Сборка довольно проста: по мере увеличения дневного света в помещении уровни электрического освещения могут автоматически уменьшаться для поддержания заданного уровня освещенности и экономии энергии. Все автоматические системы управления дневным светом нуждаются в устройстве, которое может измерять уровни освещенности и сигнализировать контроллеру о приглушении или переключении света в ответ на влияние дневного света.Это устройство называется фотосенсором.

Фотодатчик – это небольшое устройство, которое может включать в себя светочувствительный фотоэлемент, входную оптику и электронную схему, используемую для преобразования сигнала фотоэлемента в выходной сигнал управления, все внутри корпуса и с монтажным оборудованием.

Фотодатчики могут устанавливаться на стенах, потолках и в составе осветительных приборов. Фото любезно предоставлено WattStopper.

Фотодатчики могут быть установлены на стенах, потолках и даже в составе светильников.Датчики, интегрированные в приспособление, могут быть установлены как часть оригинального приспособления или позже установлены в полевых условиях путем присоединения к лампе с помощью зажима и прямого подключения к балласту. Видимый размер фотодатчика варьируется от мяча для гольфа до стандартного настенного выключателя.

По мере того, как возрастает важность сбора дневного света, фотосенсоры становятся все более совершенными. Но будьте осторожны с покупателем: не существует стандарта, определяющего, как должны работать фотосенсоры. При выборе фотосенсора следует задать следующие важные вопросы о данном продукте: Совместим ли он с данным контроллером? Какой метод управления использует система? Каков пространственный отклик сенсора? Какой диапазон уровней освещенности он может «видеть»? Насколько точен его сигнал? Это исправлено на фотопикселях? Как далеко он должен быть установлен от своего контроллера? Как вводится в эксплуатацию? Сколько зон он может поддерживать? Какие есть варианты конфигурации? Способен ли он надежно работать в заданной среде – жаре, холоду, влажности? Существуют ли требования к списку или соответствия, такие как UL или ROHS?

«Исследования показали важность использования стратегий сбора дневного света в коммерческих помещениях, особенно с растущим акцентом на архитектурный дизайн дневного света, но также продемонстрировали важность выбора правильного продукта для применения», – говорит Даниэль Тревино, LEED-AP, Менеджер по продукту Daylighting для WattStopper.«Это помогает максимизировать экономию энергии, избегая при этом жалоб пользователей».

«Использование подходящего фотодатчика для конкретного приложения – один из наиболее важных аспектов дизайна», – говорит Боб Фрешман, менеджер по маркетингу компании Leviton Lighting Management Systems. «Используемый датчик должен соответствовать размеру помещения и среде, в которой он расположен».

Алгоритм управления

Средства управления сбором дневного света могут быть системами с «разомкнутым» или «замкнутым» контуром.Каждый по-разному измеряет долю дневного света на поверхности задачи. Двойная петля сейчас становится потенциально важной технологией.

Системы с замкнутым контуром измеряют совокупный вклад в уровень освещенности как от дневного света, так и от системы электрического освещения. Поскольку фотосенсор измеряет светоотдачу системы электрического освещения, он «видит» результаты настройки контроллера и может выполнять дальнейшие настройки на основе этой обратной связи, создавая замкнутый контур.

С замкнутым контуром фотосенсор измеряет фактический уровень освещенности, поэтому его иногда считают более точным, чем разомкнутый контур. Замкнутый контур считается предпочтительным для некоторых приложений, в которых необходимо поддерживать определенный целевой уровень освещенности, например, в небольших офисах.Но управление ограничено одной зоной, и система должна быть правильно настроена так, чтобы уровень переходного освещения изменялся (например, перетасованные белые листы бумаги на темном столе и обратно). не вызывают слишком частого затемнения или переключения.

замкнутого контура «видят» результаты своей настройки, создавая замкнутый контур. Как таковые, они обычно устанавливаются на потолке или как часть осветительной арматуры с прямым обзором рабочей зоны и без прямого обзора солнечного света или контролируемых источников света.Графика любезно предоставлена ​​Калифорнийским центром светотехники.

Системы с разомкнутым контуром измеряют только поступающий дневной свет, а не долю электрического освещения. Фотодатчик не должен видеть никакого электрического света, поэтому он устанавливается снаружи здания или внутри рядом с проемом дневного света, обращенным в сторону от регулируемого освещения. Поскольку обратной связи нет, это разомкнутый цикл.

В разомкнутом контуре датчик не подвержен влиянию переходных изменений уровня освещенности, но не измеряет фактический уровень освещенности.Это означает, что датчик, размещенный за окном, не будет знать, что жалюзи закрыты, и в любом случае приглушит свет внутри. В результате разомкнутый контур часто предпочтительнее для приложений, где точность менее важна, таких как коридоры и предсердия.

Фотодатчики с разомкнутым контуром измеряют только входящий дневной свет и поэтому должны быть установлены внутри здания рядом с проемом дневного света, направленным в сторону от регулируемого освещения, или снаружи здания. Графика любезно предоставлена ​​Калифорнийским центром светотехники.

Фотосенсор с двойным контуром – это интересная новая технология, сочетающая фотодиоды с разомкнутым и замкнутым контуром, смотрящие в разных направлениях. Предполагаемый результат – более высокая точность, чем при использовании только разомкнутого контура, и большая устойчивость к переходным изменениям уровня освещенности, чем при использовании только замкнутого контура.

Двухконтурный фотодетектор сочетает в себе технологии открытого и закрытого контура для повышения точности и смягчения воздействия переходных изменений уровня освещенности. Изображение предоставлено Калифорнийским центром световых технологий.

Пространственный отклик

Пространственный отклик фотосенсора, также называемый его угловой чувствительностью, описывает его чувствительность к свету с разных направлений и определяет его поле зрения – то, что он «видит», по сути. Это определяется конструкцией оптической системы, которая собирает и доставляет свет.

«Пространственная характеристика складывается из двух факторов: угла, под которым обнаруженный свет падает на фотодиодный элемент внутри сенсора, и оптики и ограничений корпуса фотодатчика», – говорит Норм Диттманн, президент PLC-Multipoint.

Чувствительность фотодиода изменяется в зависимости от угла наклона – максимальная, когда он направлен прямо на источник света, и уменьшается, когда свет проходит через зону обнаружения датчика. Кроме того, кольца линзы Френеля не позволяют свету попадать в линзу за пределами ее угла восприятия. Куполообразный датчик будет смешивать различные источники света и сможет рассеивать дневной свет под малым углом, увеличивая угол, под которым датчик может измерять свет.

Чувствительность фотодатчика меняется в зависимости от угла наклона.Изображение предоставлено Калифорнийским центром световых технологий.

Если поле зрения слишком широкое, фотодатчик может обнаруживать свет там, где его не должно быть, например, обнаруживая прямой солнечный свет рядом с окном или за ним, и, таким образом, возможно, затемняет свет ниже предполагаемого уровня. Если поле зрения слишком узкое, фотосенсор может стать слишком чувствительным к изменениям яркости в пределах определенной области и неправильно поднимать или опускать свет.

«Чем уже пространственный отклик, тем точнее фотосенсор реагирует на яркость или яркость поверхности, на которую он направлен», – говорит Тревино.

По данным Института новых зданий, 60-градусный конус зрения является обычным явлением, но Тревино указывает на исследование, которое предлагает 100-градусное поле зрения для фотодатчиков с замкнутым контуром и 45-градусное поле зрения для разомкнутого контура. Некоторые датчики имеют регулируемую функцию, позволяющую блокировать прямой солнечный свет из поля зрения.

Уровень освещенности

Фотодатчик может быть ограничен в диапазоне уровней освещенности, который он способен обнаруживать. Управление освещением в сумерках и рассвете осуществляется при скорости менее 10 фут-кандел (fc), в офисах с дневным освещением – менее 100 фут-кандел, в атриумах – менее 1000 фут-кандел, а датчики светового люка видят до 10 000 фут-канделей солнечного света.

Ниже приведены несколько типичных диапазонов уровня освещенности, которые «видит» фотосенсор для некоторых приложений:

• 1-500 FC для фотодатчика, установленного на потолке в пространстве с окнами;
• 10-5000 FC для фотодатчика, установленного в атриуме или световом люке; и
• 100–10 000 FC для фотодатчика, установленного вне здания.

«Дизайнеры освещения должны убедиться, что диапазон чувствительности фотодатчика соответствует уровням освещенности, которые могут быть обнаружены в зоне установки», – говорит Солаяппан Алагаппан, инженер-конструктор Philips.

Типичные диапазоны уровней освещенности, которые “видит” фотосенсор для некоторых приложений. Изображение предоставлено Левитоном.

Тип сигнала

Выходной сигнал фотодатчика на контроллер может иметь форму напряжения или тока. Как и большинство средств управления освещением коммерческих зданий, датчик с выходным напряжением работает хорошо, когда он находится в пределах 500 футов от контроллера. Датчик с токовым выходом может передавать сигнал на тысячи футов и обеспечивать лучшую невосприимчивость к электрическим помехам в более жестких энергетических условиях.Разрешение сигнала также имеет решающее значение. Это взаимосвязь между тем, что видит фотосенсор, и результирующим выходным сигналом. Основной вопрос здесь заключается в том, использует ли датчик линейный фотодиод или нелинейный фотопроводящий элемент.

«Фотопроводящие датчики используют нелинейные чувствительные элементы, с которыми связано гораздо больше ошибок», – говорит Диттманн. «Реакция на низкий уровень освещенности имеет резкую зависимость напряжения от наклона фут-свечи. Отклик становится менее чувствительным в среднем диапазоне, когда наклон напряжения / FC становится меньше.Наконец, по прошествии определенного момента чувствительность становится почти постоянной, в то время как сенсор не очень чувствителен. Эта кривая отклика не является одинаковым значением для каждого датчика, что затрудняет применение одних и тех же настроек к разным датчикам ».

Диттманн говорит, что наиболее важной тенденцией в области фотодатчиков за последние 3-5 лет была разработка фотодиодных датчиков, обеспечивающих линейный отклик на свет.

«Например, – указывает он, – например, комнатный датчик видит 0 FC и отправляет 0 В на выходе, а при 100 FC он отправляет 10 В на выходе, и это прямая линия между ними.Эта линейность означает, что датчики могут быть надежно откалиброваны, что очень важно для установки правильных уставок на контроллерах освещения ».

В фотопроводящих датчиках используются нелинейные чувствительные элементы, которые представляют больший риск ошибки. Фотодиодидные датчики обеспечивают линейный отклик на свет и, следовательно, большую точность. Изображение предоставлено PLC-Multipoint, Inc.

«Таким образом, доступны фотодатчики с различным диапазоном чувствительности – диапазонами освещенности – для оптимизации разрешения сигнала, минимизации уровней шума и предотвращения насыщения», – говорит Алагаппан.

Таблица 1. Краткие характеристики фотодатчика. Любезно предоставлено PLC-Multipoint.

Фотокоррекция

Спектральный отклик фотосенсора описывает его чувствительность к оптическому излучению с разными длинами волн. Фотодатчики могут реагировать на более широкий диапазон электромагнитного спектра, чем часть видимого света, которую может видеть человеческий глаз. Например, он может реагировать на ультрафиолетовое и инфракрасное излучение и тем самым без надобности приглушать свет, что может привести к жалобам пассажиров.По этой причине фильтры используются для максимально точного согласования «глаза» фотодатчика с человеческим глазом.

«Дневной свет по своей природе имеет инфракрасный, ультрафиолетовый и видимый свет, но человеческий глаз чувствителен только к видимому свету», – говорит Тревино. «Если цель состоит в том, чтобы управлять электрическим освещением в ответ на поступающий дневной свет таким образом, чтобы удовлетворить визуальные потребности человеческого глаза, тогда фотосенсор должен иметь тот же тип чувствительности, что и человеческий глаз».

Когда дневной свет и электрический источник света смешиваются в одном пространстве на разных уровнях, алгоритм управления фотосенсора должен автоматически подвергаться фотопической коррекции.Это можно сделать с помощью алгоритмов пропорционального управления с обратной связью и с обратной связью. Однако, когда дневной свет и два спектрально разных типа электрического освещения – например, флуоресцентное и лампа накаливания – смешиваются в одном пространстве, коррекция в настоящее время невозможна с помощью современных технологий.

«Проблема фотопической коррекции в том, что она становится очень ситуативной», – предупреждает Диттманн. «Первоначально в установке может быть установлен определенный тип лампы, например, холодная белая люминесцентная лампа.Система управления могла скорректировать этот цвет. Спустя годы лампы могут быть заменены на лампу более теплого цвета. Сдвиг в цветах не является незначительным и может привести к неправильному применению настроек управления ».

Типичные места установки фотодатчиков в зависимости от области применения. Графика любезно предоставлена ​​PLC-Multipoint, Inc.

Тенденции

«Мы видим, что три основных направления в разработке фотодатчиков лежат в следующих областях: беспроводная связь, интеграция осветительных приборов и самокалибрующийся продукт», – говорит Фрешман.«Мы рассматриваем беспроводную связь как ключевую область роста. Это идеальное решение для модернизации приложений с большой экономией средств за счет отсутствия прокладки новых проводов и более быстрой установки. Датчики, устанавливаемые на арматуре, также стали быстрорастущей категорией »

«Идет эволюция в сторону интеграции элементов управления дневным освещением с другими типами управления освещением», – говорит Тревино. «Например, производители начинают разрабатывать интегрированные системы, которые объединяют датчики присутствия, релейные панели, элементы управления дневным освещением и даже интеграцию в осветительные приборы.Во-вторых, произошла эволюция в сторону самокалибровки / управления вводом в эксплуатацию. Некоторые производители представили устройства, которые автоматически калибруются для работы. Для запуска этой возможности может потребоваться небольшая корректировка, но этот процесс гораздо более автоматизирован, чем даже пять лет назад. Это значительно упрощает процесс настройки, который всегда был одним из самых больших препятствий для успешного управления дневным освещением ».

«Регулирование дневного света в сочетании с управлением жалюзи будет технологической тенденцией будущего», – говорит Алагаппан.«Мы также можем видеть камеры с низким разрешением, играющие роль фотодатчиков, разумно компенсирующих изменения в интерьере комнаты (коэффициент отражения поверхности). А индивидуальное управление освещением может стать тенденцией, при которой светильники в одной зоне имеют разные настройки дневного света, а один интеллектуальный фотосенсор управляет всеми приборами. Например, окно и арматура со стороны прохода в комнате могут получать сигналы различных уровней управления от фотодатчика ».

Особая благодарность следующим представителям членов ассоциации Lighting Controls Association за их ценный вклад в этот технический документ (перечисленных в алфавитном порядке по компаниям):

Боб Фрешман, менеджер по маркетингу Leviton Lighting Management Systems
Солаяппан Алагаппан, инженер-конструктор Philips
Норм Диттманн, президент PLC-Multipoint
Даниэль Тревино, LEED-AP, менеджер по продуктам дневного освещения для WattStopper

Что такое датчики цифровых фотоаппаратов

Цифровая камера использует массив из миллионов крошечных световых полостей или «фотосайтов» для записи изображения.Когда вы нажимаете кнопку спуска затвора камеры и начинается экспозиция, каждая из них открывается для сбора фотонов и сохранения их в виде электрического сигнала. По окончании экспозиции камера закрывает каждый из этих фотосайтов, а затем пытается оценить, сколько фотонов попало в каждую полость, измеряя силу электрического сигнала. Затем сигналы количественно оцениваются как цифровые значения с точностью, определяемой битовой глубиной. Результирующая точность затем может быть снова снижена в зависимости от того, какой формат файла записывается (0–255 для 8-битного файла JPEG).

Однако на приведенной выше иллюстрации создаются только изображения в градациях серого, поскольку эти полости не могут различить, сколько в них содержится каждого цвета. Для захвата цветных изображений над каждой полостью должен быть установлен фильтр, который пропускает свет только определенных цветов. Практически все современные цифровые камеры могут захватывать только один из трех основных цветов в каждой полости, поэтому они отбрасывают примерно 2/3 падающего света. В результате камера должна аппроксимировать два других основных цвета, чтобы каждый пиксель имел полный цвет.Наиболее распространенный тип массива цветных фильтров называется «массивом Байера», как показано ниже.

Массив Байера состоит из чередующихся рядов красно-зеленых и зелено-синих фильтров. Обратите внимание на то, что массив Байера содержит в два раза больше зеленых датчиков, чем красных или синих датчиков. Каждый основной цвет не занимает равную долю от общей площади, потому что человеческий глаз более чувствителен к зеленому свету, чем к красному и синему свету. Избыточность с зелеными пикселями дает изображение, которое кажется менее зашумленным и имеет более мелкие детали, чем можно было бы получить, если бы каждый цвет обрабатывался одинаково.Это также объясняет, почему шум в зеленом канале намного меньше, чем в двух других основных цветах (см. Пример в разделе «Что такое шум изображения»).

Примечание. Не все цифровые камеры используют массив Байера, однако это наиболее распространенная установка. Например, датчик Foveon улавливает все три цвета в каждом месте пикселя, тогда как другие датчики могут захватывать четыре цвета в аналогичном массиве: красный, зеленый, синий и изумрудно-зеленый.

BAYER DEMOSAICING

«Демозаика» Байера – это процесс преобразования этого массива основных цветов Байера в окончательное изображение, которое содержит полную информацию о цвете в каждом пикселе. Как это возможно, если камера не может напрямую измерять полный цвет? Один из способов понять это – вместо этого думать о каждом массиве 2×2 красного, зеленого и синего цветов как о единой полноцветной полости.

→

Это будет работать нормально, однако большинство камер предпринимают дополнительные шаги для извлечения еще большей информации об изображении из этого цветового массива.Если бы камера считала, что все цвета в каждом массиве 2×2 попали в одно и то же место, то она могла бы получить только половину разрешения как в горизонтальном, так и в вертикальном направлениях. С другой стороны, если камера вычисляла цвет, используя несколько перекрывающихся массивов 2×2, то она могла бы достичь более высокого разрешения, чем было бы возможно с одним набором массивов 2×2. Следующая комбинация перекрывающихся массивов 2×2 может использоваться для извлечения дополнительной информации об изображении.

→

Обратите внимание, как мы не вычисляли информацию об изображении на самых краях массива, поскольку предполагали, что изображение продолжается в каждом направлении.Если бы на самом деле это были края массива резонаторов, то расчеты здесь были бы менее точными, так как пикселей больше нет со всех сторон. Тем не менее, это обычно незначительно, поскольку информация на самых краях изображения может быть легко обрезана для камер с миллионами пикселей.

Существуют и другие алгоритмы демозаики, которые могут извлекать немного большее разрешение, создавать изображения с меньшим шумом или адаптироваться для наилучшего приближения изображения в каждом месте.

ДЕМОСАЙСИРОВАНИЕ ИСКУССТВ

Изображения с мелкомасштабными деталями, близкими к пределу разрешения цифрового датчика, иногда могут обмануть алгоритм демозаики, давая нереалистичный результат.Наиболее распространенным артефактом является муар (произносится «море-ай»), который может проявляться в виде повторяющихся узоров, цветовых артефактов или пикселей, расположенных в нереалистичном лабиринтном узоре:

Выше показаны две отдельные фотографии – каждая с разным увеличением. Обратите внимание на появление муара во всех четырех нижних квадратах, в дополнение к третьему квадрату первой фотографии (тонкому). И лабиринтные, и цветные артефакты можно увидеть в третьем квадрате уменьшенной версии.Эти артефакты зависят как от типа текстуры, так и от программного обеспечения, используемого для создания файла RAW цифровой камеры.

Однако даже с теоретически совершенным сенсором, который мог бы улавливать и различать все цвета на каждом фотосъекте, все равно мог появляться муар и другие артефакты. Это неизбежное следствие любой системы, которая производит выборку непрерывного сигнала в дискретных интервалах или точках. По этой причине практически каждый фотографический цифровой датчик включает в себя так называемый оптический фильтр нижних частот (OLPF) или фильтр сглаживания (AA).Обычно это тонкий слой непосредственно перед датчиком, который эффективно размывает любые потенциально проблемные детали, разрешение которых превышает разрешение датчика.

КОМПЛЕКТЫ MICROLENS

Вы можете задаться вопросом, почему на первой диаграмме в этом руководстве не размещены все полости непосредственно рядом друг с другом. Сенсоры реальных камер на самом деле не имеют фотосайтов, которые покрывают всю поверхность сенсора. Фактически, они могут покрывать половину общей площади для размещения другой электроники.Каждая полость показана с небольшими пиками между ними, чтобы направлять фотоны в ту или иную полость. Цифровые камеры содержат «микролинзы» над каждым фотоснимком для улучшения их способности собирать свет.