Bewegungsmelder

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 (englisch 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.

Bewegungsmelder – So funktioniert er …

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 liegt – in Brennweitenabstand – eine kugelige oder zylindrisch gewölbte Kuppel aus kleinen Sammellinsen aus visuell weißlich-trübem Kunststoff, der jedoch im Infraroten klar durchsichtig ist. Diese Vielfachlinse sammelt infrarotes Licht aus einer entsprechenden Anzahl von diskreten Richtungssektoren auf die kleine Sensorfläche. Sichtbares Licht wird mehr zurückgestreut. Der Sensor sieht je nach Linsenanordnung die Umgebung wie durch gespreizte Finger, (senkrechte) Jalousieschlitze oder den Raster eines Lochblechs. Bewegt sich nun ein Gegenstand oder Lebewesen mit einer Oberflächentemperatur genügend höher (selten: tiefer) als der Hintergrund quer durch diese Fächer aus Sichtsektoren, und ist die warme im Infrarot daher hellere Fläche günstigerweise etwa so breit wie ein einzelner Sichtsektor dort, so spürt der Sensor die zeitliche Abfolge warm-kalt-warm. Denn die Wärmequelle ist mal sichtbar, verschwindet dann im Sichtschatten eines „Fingers“ und taucht im Sehschlitz des nächsten Fingerspalts wieder auf. Die – durch Wärmekapazität etwas verzögerte – Temperaturänderung am Sensor bewirkt ein elektrisches Signal, das verarbeitet und verstärkt wird, um über ein Relais etwa Licht einzuschalten.Neben Querbewegung zu den Sichtsektorstreifen wird auch das erstmalige Eintreten oder aber das ausreichend rasche Näherkommen (also „Größerwerden“) in einen solchen Streifen detektiert. Bewegungsmelder sind meist in der Empfindlichkeit einstellbar und mit einem ebenfalls justierbaren Dämmerungsschalter gekoppelt. Durch Vorsatzblenden kann ein Teil der Sichtsektoren abgedeckt und das Sensormodul eventuell auch verschwenkt werden. Ein Sensor, der selbst im Leuchtenschatten liegt, wird das Ausgehen dieser Leuchte per Zeitschaltung kaum unerwünscht als Auslösesignal werten. Radfahrer mit exponierter Haut werden von Bewegungsmeldern oft weiter gesehen als geschlossene Pkw mit Wärmeschutzglas und luftgekühlter Karosserie. Abgekühlte, gut isolierende Winterkleidung mit Kapuze und gesenktes Gesicht kann auch die Körperwärme eines Menschen verstecken.

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 Linsenbereichs besser erkannt werden können. Durch sich aufwärmende Fußbodenheizungen können PIR-Melder fälschlicherweise ausgelöst werden. 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 (Beleuchtung, Alarm) ein.

Bewegungsmelder 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 so

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. Es gibt zweipolige und dreipolige Melder. Zweipolige Melder benötigen keinen Neutralleiter, da sie diesen über die nachgeschaltete Glühbirne erhalten. Sie sind nicht für andere Leuchtmittel geeignet. Dreipolige Melder benötigen einen Neutralleiter und schalten die nachfolgende Last über ein kleines Relais, damit sind alle Leuchtmittel bis zur maximalen Belastung möglich.

Bild: ABUS Security Tech Germany/Flickr.

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