Сенсорные выключатели. Виды и устройство. Работа и как выбрать

Сенсорные выключатели. Виды и устройство. Работа и как выбрать

На современном рынке недавно появились такие устройства как сенсорные выключатели света. Они сразу завоевали популярность у потребителей, так как не только красиво и стильно выглядят, но и повышают комфорт, удобство их использования.

Сенсорные выключатели делятся на виды по нескольким параметрам.

По величине питающего напряжения:

• От 220 В, они используются для замены механических выключателей.
• От 12В, применяются для подключения светодиодных лент и других светильников.

По количеству подключаемых светильников, они могут быть одинарными, двойными или тройными. Есть устройства, которые коммутируют и больше светильников, но ими неудобно пользоваться и они встречаются редко, исключение составляют те, что управляются при помощи пульта.

По своей функциональности, сенсорные выключатели могут иметь такие дополнительные опции:

• Возможность плавного включения света, что достигается за счет использования диммера.
• Датчики звука. .
• Подсветка. .
• Возможность дистанционного управления.

Во время выбора, надо учитывать, что поддерживать плавное включение могут обычные и галогенные лампы, а среди светодиодных устройств эту функцию поддерживают только некоторые модели. Наличие датчика движения или таймера упрощает использование таких выключателей в коридорах или на лестничных площадках. Для создания «умного дома» применяются сенсорные выключатели, имеющие много дополнительных функций.

Коммутирующий элемент может быть в виде электромагнитного реле или симистора. Реле является механическим устройством, поэтому во время нагрузок происходит постепенное обгорание контактов. Симисторы такого недостатка не имеют, но они не всегда правильно работают с некоторыми моделями газоразрядных ламп.

В быту применяются емкостные, оптические и высокочастотные сенсорные приборы. Для работы емкостного прибора, надо просто нажать на кнопку. Второй тип имеет встроенные датчики освещенности или движения. Высокочастотные в своем составе имеют датчики активного типа или объема.

Устройство

Внешне сенсорные выключатели выглядят как пластина, которая по своим размерам соответствует обычному выключателю. Чувствительной может быть вся пластина или определенная ее область, в корпусе расположены элементы коммутации и управления.

Они состоят из таких элементов:

• Блок управления, он обрабатывает полученный сигнал и передает его дальше.
• Коммутирующее устройство, оно используется для замыкания электрической цепи, может менять силу тока, поступающую на осветительный прибор.
• Сенсорная панель, она воспринимает касания руки или сигналы от пульта управления, в некоторых современных моделях достаточно провести рукой рядом с панелью, и касаться ее не обязательно.

Принцип действия

Работа такого оборудования заключается в том, что управление подключенными источниками освещения происходит за счет касания к панели управления или дистанционно.

Принцип работы емкостных: руку подносят к поверхности выключателя или рядом с ней, после чего срабатывает чувствительный элемент.

Инфракрасные реагируют на тепло, при этом предмет, излучающий его должен двигаться. Это может быть человек, животное или, например, пронесенный рядом нагретый чайник. Для того чтобы увеличить чувствительность такого приемника, устанавливают специальные линзы, которые увеличивают угол обзора, он может достигать 180 градусов.

Устройства с датчиком освещенности по своему принципу работы похожи на инфракрасные приборы, только реагируют не на движения, а на свет. Когда свет попадает на такой включатель, он срабатывает и выключает освещение.

При наличии датчика объема, такой сенсорный прибор работает по типу радара. Он постоянно излучает высокочастотные импульсы и когда в комнате меняется ситуация, то если заходит человек, прибор срабатывает и включает свет. Такие приборы имеют сложное устройство и в бытовых условиях практически не используются.

Применение

Сенсорные выключатели имеют значительно большую область применения, в сравнении с обычными. Кроме того, что они могут включать и выключать свет, с их помощью можно регулировать его яркость. Кроме этого, такие приборы устанавливаются в системе «умный дом» и могут контролировать работу различной бытовой техники, обогревательных приборов и т.д.

Инфракрасные устройства удобно использовать в коридорах или подъездах, подвале, ванной комнате и других помещениях. Во дворе дома такие выключатели могут использоваться для включения освещения ворот, калитки, въезда в гараж в тот момент, когда к ним подходит человек.

Наличие датчика освещенности позволяет использовать такие включатели для выключения фасадных фонарей. Когда наступает темнота, фонари автоматически включаются, а утром они самостоятельно отключатся.

Есть ситуации, в которых практически невозможно обойтись без сенсорных выключателей с пультом управления:

• Когда выключатель находится в неудобном месте или к нему сложно дотянуться.
• Если в доме есть люди с ограниченными возможностями.
• Если в доме есть маленькие дети.
• В спальне или другой комнате, так как они помогают управлять ее освещением, не вставая с кровати, дивана или кресла.

Как правильно выбрать сенсорные выключатели

Главными параметрами при совершении выбора являются напряжение и сила тока, на которые рассчитаны сенсорные устройства. Максимальное и минимальное значение указывается на упаковке или в паспорте изделия. Если они не будут соответствовать параметрам электросети, то необходимо дополнительно устанавливать стабилизатор напряжения.

Кроме этого, учитываются и другие параметры:

• Сколько устройств можно подключать к одному такому прибору, их обычно от 1 до 3.
• Есть ли в нем диммер, то есть устройство, позволяющее плавно регулировать яркость света.
• Наличие таймера, он позволяет включать или выключать свет в определенном режиме.
• Принцип управления, существую модели, которые одновременно могут управляться как сенсорно, так и дистанционно.

После того, как вы определитесь с техническими характеристиками такого прибора, можно переходить к выбору его внешнего вида. Панель управления может быть пластиковой или стеклянной. Кроме этого, обращают внимание и на производителя, наиболее популярными являются такие компании:

• Бельгийская компания Basalte, она выпускает высококачественные сенсорные приборы, отличающиеся оригинальным дизайном. Есть много видов, которые предназначены для монтажа в системе «умный дом».
• Французская компания Legrand выпускает оборудование, имеющее много дополнительных функций, но такие выключатели имеют высокую стоимость.
• Российская компания Livolo появилась на этом рынке недавно, но ее изделия уже стали популярными, так как она предлагает качественное оборудование, у которого доступная стоимость.

Достоинства и недостатки

Для того чтобы определиться, стоит ли приобретать такие выключатели, надо сначала ознакомиться с их достоинствами и недостатками.

Основные преимущества:

• Могут использовать не только для включения разных источников света, но и для других бытовых приборов.
• Имеют высокую прочность и не боятся влаги.
• Простота монтажа, достаточно снять старый выключатель и на его место установить сенсорный.
• Имеют высокую надежность и большой срок службы.
• Могут выполнять большое количество функций.
• Во время включения и выключения не издают никакого шума.
• Помогают экономить электроэнергию.
• Имеют высокую безопасность, для включения многих моделей надо только поднести руку к включателю, касаться его необязательно.
• Так как электроэнергия на подключенные потребители подается плавно, за счет этого увеличивается срок их службы.
• Наличие дистанционного пульта позволяет включать сеть, как на расстоянии, так и сенсорным путем.
• Красивый внешний вид.

Если говорить о недостатках, то у таких приборов их практически нет, кроме того, что стоимость будет выше, чем у механических моделей.

Сенсорные выключатели являются современными устройствами, которые помогают облегчить нашу жизнь. Тем людям, которые сомневаются в необходимости их установки, надо вспомнить, как клавишные выключатели вытеснили поворотные модели, также через некоторое время будет и со всеми механическими моделями. Для максимального внедрения таких приборов в нашу жизнь, надо чтобы их стоимость была приблизительно равна цене механических выключателей и в скором времени они сравняются.

Сенсорные выключатели света: устройство, принцип работы, виды, как подключить

Механические системы управления электроосвещением постепенно вытесняют новые электронно-технические устройства, срабатывающие при легком прикосновении к ним. Чувствительные элементы – сенсоры, стали не столько модным и стильным решением, сколько технической необходимостью, которая многократно повышает эффективность и безопасность эксплуатации выключателей.

Устройство и принцип работы сенсорного выключателя

Электронный механизм предназначен, как и его предшественник – клавишный выключатель, для включения и выключения освещения. На внешний вид – это панель из кристаллического стекла с нанесенной разметкой. Дизайн изделия может быть разным и зависит от фирмы-производителя, типа конструкции. Но технологическая начинка у всех моделей одинакова и представляет собой полупроводниковую схему.

В состав коммутационного электронного устройства входят три основных элемента:
• блок управления;
• диодный преобразователь;
• коммутатор.

Контролер, он же управляющий механизм, находится за панелью, сделанной из электрохромного вещества. Это чувствительная деталь настроена на разные типы воздействия – механический (касание пальцем или движение), акустический (например, хлопки или звук приближения), фотоэффект (реакция на свет), инфакрасный (тепловой).

Как работает сенсорный выключатель света?

Все виды управляющих сигналов поступают в электронный трансформатор, преобразующий разные формы колебаний в электрический импульс. На коммутационном участке происходит мгновенное изменение параметров, заключающееся в замыкании, размыкании цепи. Но возможно и плавное регулирование нагрузки, поступаемой к потребителю. Так работают сенсорные выключатели света с диммером.

Ток в приборе регулируется управляющей микросхемой, в отличие от механических конструкций. В них для переключения используются движущиеся контакты. В электронике применяется способ каскадного расположения усилителей. После сенсорного приемника размещается транзистор с высоким уровнем чувствительности, но небольшой мощностью. Следующий полупроводник имеет мощность, достаточную для создания повышенной нагрузки. Кроме механического способа передачи нагрузки, применяется оптическая оптопара или беспроводные технологии в радиодиапазоне типа BlueTooth или Wi-Fi.

Заметка! Сила тока чувствительного элемента составляет всего лишь несколько миллиампер, что недостаточно даже для проведения импульса к полупроводнику. Поэтому устанавливают усилители, которые и формируют более мощный сигнал. Их питание осуществляется от общей электросети или батареек. В первом случае схема подключения сенсорного выключателя света от 220 В усложняется. Здесь требуется установка выпрямителей переменного тока, преобразующих его в постоянный. С этой задачей справляется диод Зенера, который пропускает напряжение только в одной фазе. Импульсные блоки питания встречаются редко.

Положительные и отрицательные стороны полупроводниковых выключателей

Основные плюсы конструкции:
• снижение вероятности короткого замыкания;
• повышение срока эксплуатации;
• удобство в пользовании;
• сглаживание пиковых нагрузок в момент замыкания или размыкания цепи.

Важно! Устройство позволяет работать не только с выключателями иллюминации, но и с электросхемами (по типу «умный дом») приборов отопления, открытия дверей, поднятия или опускания роллетов.

К недостаткам полупроводниковых электронных схем относится их высокая чувствительность к колебаниям сетевого напряжения. Тогда как их устаревший механический аналог совершенно к этому равнодушен. Иногда, в зимнее время, в некоторых районах страны возможна нестабильная работа распределительных электросетей. Поэтому для подстраховки нужно подключать все электронные приборы через стабилизатор напряжения.

Коммутационный элемент светильников с сенсорным выключателем света может быть представлен электромагнитным реле или симистором. Первый вариант является устаревшим, поскольку использует механические контакты. Они склоны к подгоранию при пиковых нагрузках или при работе с люминесцентными светильниками, которые развивают приличную реактивную мощность. Она приводит к появлению разности фаз между значениями тока и напряжения в домашней сети. Фазовый сдвиг вызывает проскок электроискры между проводниками с постепенным их разрушением.

Внедрение симисторов устранило эту проблему. Но при использовании дешевых газоразрядных устройств и сенсорных выключателей от ненадежных производителей не исключается появление отказов в форме:
• самопроизвольного включения;
• неполного затухания светильников;
• вероятного пробоя электротоком при касании лампы в выключенном положении.

Важно! При покупке таких устройств нужно обращать внимание на наличие сертификатов качества.

Виды электронных устройств иллюминации

Эра развития сенсорных конструкций началась с емкостных приборов, управление которыми осуществлялось легким прикосновением руки. В результате изменялся электрический потенциал датчика с последующим формированием управляющего импульса на исполнительный механизм.
Со временем, кроме емкостных, появились и другие формы сенсоров, реагирующих на свет, звук, инфракрасное излучение, движение. Датчики могут программироваться и на любой временной промежуток. Данные устройства относятся к классу беспроводных сенсорных выключателей света.

Интересный момент состоит в том, что все они, независимо от вида приемника, называются сенсорными, т.е. реагирующими на прикосновение руки. По числу коммутируемых устройств выключатели делятся на:
• одинарные;
• двойные;
• тройные.
В зависимости от питающего напряжения выключатели бывают двух видов – сенсорные выключатели света на 220 В и 12 В.

Область применения сенсоров

Самым распространенным прибором в быту стал сенсорный настенный выключатель света. Их устанавливают вместо привычных клавишных изделий, они обладают высокой степенью надежности при эксплуатации в нормальных условиях. Отсутствие механических трущихся контактов делает их долговечными. Кроме настенных устройств, спросом у покупателей пользуются сенсорные выключатели света для настольной лампы, мебели, зеркал. Такая система освещения удобна для регулировки подсветки в интерьере ванной и туалетной комнат, в гардеробных, спальнях.

Не считая функции выключателя, электронные коммутаторы способны выполнять роль диммера, таймера. Они поддерживают опции сенсорного дистанционного выключателя света, wifi, светодиодной подсветки. Датчики плавной регулировки напряжения и движения совместимы с лампами накаливания и галогенными светильниками. Поэтому при проектировании освещения нужно иметь в виду этот фактор.

Проходной сенсорный выключатель света монтируют в коридорах, на лестничных площадках, входе в подъезды многоэтажных домов. Они автоматически срабатывают при прохождении человеком лестничного марша, подсвечивая ступеньки. Отключаются приборы после покидания зоны, чувствительной для датчика.

Как подключить сенсорный выключатель света?

Подключение изделия начинается с выбора места монтажа. Но в основном прибор ставят на том же месте, где находился старый клавишный выключатель. Главное требование – это удобство и электробезопасность, которые должны с особой тщательностью обеспечиваться во влажных помещениях – ванных комнатах, на кухне, в туалете. Для современных систем с гальванической развязкой датчика от домашней сети влажность уже не помеха. Но лучше подстраховаться, соблюдая меры безопасности.

Для сенсорного выключателя света с пультом дистанционного управления место установки вообще не имеет значения. В этом случае следует учитывать такой момент – инфракрасный управляющий сигнал должен быть на прямой видимости с датчиком приемника коммутатора. Его закрытие любым предметом приведет к неустойчивой работе системы «включение – выключение».

Установка сенсорного выключателя света

Сам процесс монтажа не является сложной задачей. Устройства снабжены передней панелью. Перед тем, как установить сенсорный выключатель света, её нужно снять. Деталь управления с коммутатором фиксируется в обычном подрозетнике, скрытом в капитальной или гипсокартонной стене. Провода подсоединяются к соответствующим клеммам и плотно зажимаются для надежного контакта, чтобы не допустить их нагрева. Заканчивается монтаж надеванием электрохромной панели.

Заметка! При установке конструкции недопустимо увеличивать мощность потребителей больше, чем предписано в инструкции выключателя. Это же касается и напряжения питания. Если устройство рассчитано на коммутирование от 12 В, то подключение сенсорного выключателя света к домашней сети в 220 В может привести к возгоранию. Также и наоборот – сетевой прибор не будет работать от постоянного источника тока.

Основные производители сенсорных регуляторов комнатной иллюминации

При покупке современных электронных выключателей нужно проверять корректность их работы с разными осветительными приборами. Если коммутационный блок справляется со светодиодами и люминесцентными конструкциями, то лампы накаливания и галогенные будут свободно им управляться.

Фирма Suntruth Electrical из Китая выпускает устройства, которые предназначены для замены и установки их на место устаревших контактных выключателей. Они удобны для женщин на кухне в виде дополнительного освещения. Удобство заключается в том, что управление блоком осуществляется движением пальца руки, которая может быть влажной или запачканной в процессе приготовления еды.

На фото сенсорных выключателей большинства компаний, таких как Berker, Jung, Livolo, Steinel, видно, что они отказались от производства емкостных приборов. Переориентация произошла на отдельно стоящие коммутаторы с инфракрасными датчиками, работающими на тепловом излучении с длиной волны до 9 нм.

Выключатели модели Delta reflex фирмы Siemens относятся к универсальным конструкциям, которые можно монтировать на стене, потолке и даже на улице. Высокочувствительный пироэлемент, поделенный на сегменты, воспринимает фотоны посредством оптической линзы. Как только движущийся человек попадает в область действия лучей, срабатывает пиродетектор, который формирует электрический сигнал. Он усиливается, и коммутатор включает светильник.

Популярные немецкие электрокомпании Steinel и Osram выпускают детекторы для замены старых систем и самостоятельные изделия. Принцип работы датчика имеет оригинальную конструкцию на основе сканирования предметов излучением в оптическом диапазоне. При вхождении в зону действия объекта включается свет и наоборот.

На примере изделия компании Livolo можно рассмотреть маркировку сенсорных приборов серии VL C701R. VL – название фирмы. Латинские буквы с первым цифрами С6 или С7 обозначают модель. Двузначное число – 01, 02, 03, указывает на количество осветительных групп. Радиоуправляемая модель значится под буквой R; диммер – D; проходной выключатель – S; таймер – Т.

Купить сенсорный выключатель света можно в специализированных магазинах.

Отзывы о сенсорных выключателях света

Иванов Григорий из Брянска: «Качественная вещь и по разумной цене. Работа с низкой нагрузкой адекватная. Недостатки – нет распорных лапок для крепления в подрозетнике».

Станислав Викторович из Новороссийска: «Стекло крепкое. Изделие срабатывает быстро, без сильного надавливания. Минусы отсутствуют».

Влад из Екатеринбурга: «Товар из Китая. Светится в темноте. Хорошо и удобно включать. Все домашние в восторге от дизайна и работы».

Степан из Белоруссии: «В квартире установлено несколько типов сенсоров – одно-, двух- и трехклавишные. Принцип работы, как на смартфоне. Зона чувствительности немного ограничена. Товар из Китая сделан качественно. Дизайн превосходный».

Современные сенсорные выключатели

С развитием технологий очередь дошла и до обычного бытового выключателя освещения, который трансформировался в сенсорный. Сенсорный выключатель — это электронное устройство, собранное на основе полупроводниковых элементов или микросхемы обеспечивающее включение или отключения потребителя, чаще всего освещения, без механического воздействия на клавишу. Он срабатывает от лёгкого прикосновения к чувствительному элементу.

Принцип действия

Любой сенсорный выключатель в принципе представляет собой датчик, который реагирует даже на очень слабое прикосновение. Как известно, человеческий организм обладает очень низким электрическим зарядом, именно его достаточно для срабатывания данного выключателя.

Сенсорный выключатель состоит из:

1. Элемента, обладающего высокой чувствительностью, который реагирует на приближение человеческого тела или же на его прикосновение к сенсору;
2. Усилитель сигнала, собранный на полупроводниках и микросхемах;
3. Коммутационное устройство для включения нагрузки, это может быть миниатюрное реле или же тиристор. Конечно работа устройства на тиристоре более надёжная, так как отсутствует контактная часть, которая со временем может подгорать или окисляться.

Как сделать сенсорный выключатель самому

Схема питается от источника постоянного напряжения, величина которого до 16 Вольт. На выходе третьего транзистора включен светодиод, который обозначен красным светом именно он и является нагрузкой. Чтобы первый транзистор открылся достаточно прикоснуться рукой к его базе. Вместо светодиода, можно подключить реле с низким током срабатывания и тогда появляется возможность включения и отключения более значимой нагрузки. Лампы нельзя подключать непосредственно в схему вместо светодиода, так как любая из них обладает большой мощностью. В виде сенсора может послужить медная фольга, а второй и третий каскад является просто усилителем слабого сигнала.

Основным исполняющим и коммутационным элементом, включающим непосредственно светильник, лампу или бра является реле К1. Оно может быть типа РЭС 55А или РЭС 55Б с током срабатывания около 15–20 мА. Диод VD1 выполняет роль защиты от перепадов напряжения при срабатывании реле, а конденсатор С2 сгладит пульсации, возникающие при этом. Резистор R1 лучше применить переменной конструкции, для надёжной работы реле. В пределах до 50–60 Ом. Сенсором может служить небольшой кусочек фольгированного текстолита или медной пластины. Он обладает высокой чувствительностью, поэтому если сенсор будет установлен на расстоянии от схемы, выполненной на плате, то провод нужно обязательно защитить от помех путём экранирования. В качестве источника питания может использоваться любой источник постоянного тока, батарейка или аккумулятор. Нужно помнить при монтаже полупроводниковых деталей что перегрев их нужно снизить к минимуму. Лампы, которые будут включаться с помощью силовых контактов реле стоит выбирать с минимальным потреблением мощности это:

• Светодиодные лампы;
• Экономичные люминесцентные лампы.

Более сложные схемы своими руками сделать без особых навыков будет довольно проблематично, но всё же возможно и вот одна из них.

Сделать её самому или купить уже готовым изделием выбирать человеку, решившему установить данный коммутационный прибор.

Преимущества сенсорного выключателя

После опыта эксплуатации сенсорных выключателей можно выделить следующие основные преимущества:

1. Отсутствие даже малейшего шума;
2. Большой выбор и стильность моделей;
3. Присутствие гальванической развязки, а значит полная безопасность человека управляющего освещением или электроприборами;
4. Возможность прикасания к сенсору даже влажными или мокрыми руками;
5. Отсутствие механических поломок, а значит надёжность в течение всего длительного срока эксплуатации;
6. Создание нескольких коммутационных систем в одном устройстве.

Применение и установка сенсорных выключателей

Чаще всего они применяются всё же в бытовых условиях для включения осветительных проборов, для настольной лампы, для бра. То есть на производстве в сложных условиях пока его применение их не так распространено. Сенсорный выключатель для светодиодной ленты может быть сделанный также и с установленным диммером, с помощью которого плавно или ступенчато регулируется яркость излучаемого светового потока. Устанавливается он непосредственно в светильнике под его стеклянным или другим прозрачным элементом. При одном коротком касании источник света включается, а при удержании пальца на сенсоре происходит изменения яркости. При этом место выключателя рекомендуется выделить светодиодом.

Если помещения имеет длинный коридор или же тоннель, то включить один и тот же светильник выключателем, расположенным в начале и конце его не получится, для этого предназначен проходной сенсорный выключатель. Подключается он по специальной схеме.

Для этого оба выключателя должны быть обязательно проходными. Как механические коммутационные устройства, так и сенсорные стоит выбирать в соответствии с мощностью включаемых электроприборов.

Ещё одним уникальным примером подключения и установки сенсора является монтаж его в зеркале. Сенсорный выключатель для зеркала монтируется за отражающей поверхностью и срабатывает даже бес прикосновения, а только при движении руки возле активного чувствительного элемента. Это даёт бурный полёт фантазии для дизайнерской мысли. Сенсорный выключатель для зеркала состоит из электронного блока и инфракрасного датчика. При повторном движении руки возле датчика нагрузка отключается.

Беспроводные сенсорные выключатели

Беспроводной выключатель управляемый с помощью сенсора представляет собой аналогичную радиоуправляемую и инфракрасную модель обычного механического выключателя. Он состоят из передатчика смонтированного в корпусе выключателя и приёмника, который непосредственно и включает электроприбор и устанавливается в непосредственной близости с ним. Некоторые из них дополнительно имеют и встроенный диммер, для регулировки яркости освещения, что является очень удобной функцией. Одна из разновидностей сенсорных беспроводных выключателей имеет в своём распоряжении также пульт дистанционного управления. Радиус действия устройства зависит от модели, у управляемых радиосигналом он значительно больше.

Для человека малознакомого с электричеством и его опасностью, хотелось бы напомнить, что все работы, выполняемые с выключателями оборудованных сенсором или механикой, стоит проводить при полном отключении питания. А также стоит позаботиться, чтобы кто-то не включил питающий автомат во время монтажа и установки устройства, для этого нужно обеспечить надёжную защиту распределительного щитка на ключ. Даже если устанавливаются низковольтные беспроводные сенсорные выключатели. Безопасность всегда должна быть в приоритете при выполнении любых работ, а тем более с электричеством, которое не имеет ни запаха, ни звука, а также человеческим глазом протекание его нельзя увидеть.

Сенсорный выключатель

Сенсорный выключатель – это электрический прибор для управления освещением, отличающийся от обычного наличием датчика. В зарубежной практике устройства справедливо называют электронными. И это правильно, в составе сенсорного выключателя активно используются достижения твердотельной электроники.

Ключевые особенности сенсорных выключателей

Сенсорными выключатели названы за использование в составе датчика (англ. – sensor). Способен регистрировать тепло руки, отмечать прикосновение, ориентироваться на звук. Подобные приборы называют сенсорами присутствия и управление освещением для них вторично. Гораздо чаще сложные электронные устройства берут на себя роль охранников или контролёров различных процессов. Типичным примером становятся автоматические двери супермаркета.

В сенсорном выключателе датчик физически не в состоянии вырабатывать сильный сигнал для управления напрямую. Уровень напряжения (или тока) составляет единицы милливольта (миллиампера). Этого недостаточно даже для передачи сигнала на базу транзистора. Второй особенностью сенсорных выключателей считается наличие усилительных приборов. Обычно это транзисторы или иные представители твердотельной электроники, идущие каскадом: первым поставлен высокочувствительный, но маломощный, потом более грубый, но способный тянуть тяжёлую нагрузку. Часто используется гальваническая развязка цепей при помощи оптронов, где управляющий сигнал передаётся через оптическое излучение (свет). Это отделяет хрупкие датчики от силовой части сенсорного выключателя.

Помимо оптического применяется и радиодиапазон. Тогда средой передачи становится эфир с использованием протоколов беспроводной связи WiFi, BlueTooth и др. В состав входят активные элементы, для их питания нужна энергия. Получается от батареек либо выпрямлением сетевого напряжения и обрезкой до нужного уровня. Простейшим примером станет стабилизатор параллельного типа на стабилитроне. И совсем редко присутствует возможность встраивания полноценного импульсного блока питания.

В зависимости от типа датчика освещение реагирует на разные раздражители. К примеру, хлопок в ладоши, голосовую команду, взмах рукой, либо СМС со смартфона. Это далеко не полный перечень услуг, встречаемый в системе Умный дом. В последнем случае становится возможным по-настоящему интеллектуальное управление электронной начинкой здания. В противном случае свет может включаться раздражителем, а выключаться, к примеру, таймером. Что неудобно и не способствует экономии электроэнергии.

Разновидности сенсорных выключателей

Сенсорные выключатели бывают дистанционными или локальными. В последнем случае находятся в непосредственной близости от коммутируемой силовой цепи освещения. В объёме одного топика нет возможности подробно рассмотреть все типы сенсорных выключателей. Читателю полезно ознакомиться с известными сегодня системами сигнализации. Многие сенсорные выключатели позаимствовали принцип действия из области охраны.

Пассивные инфракрасные сенсоры

Сейчас тематике пассивных инфракрасных сенсоров (PIR) уделяется большое внимание в охранных системах. Эти датчики реагируют на тепло, излучаемое человеческим телом. Чтобы избежать ложных тревог, ширина активного спектра урезана с обеих сторон. Выключатель срабатывает по пиковому излучению тела температурой порядка 36 градусов Цельсия. Обычно сенсорная система состоит минимум из двух приёмников оптического излучения, чтобы определить угловое положение объекта раздражения: входит человек в помещение или выходит.

В этом случае чувствительные площадки фоторезисторов (фототранзисторов) направлены по-разному. Тогда сигнал на них отличается, по разности судят об угловом положении. Этим достигается иная цель: прибор призван реагировать только на движущиеся объекты, чем минимизируется шанс ложного срабатывания. Человек обычно не сохраняет спокойствия, вызывает тревогу (сигнализация). От подобных систем легко защититься, одев обычный космический скафандр. Но в системе освещения подобные трюки не актуальны по очевидной причине: посетитель, наоборот, хочет, чтобы его заметили. Благодаря возможности определения направления, отдельные сенсорные приборы работают в режиме диммера: махнёшь в первом направлении – свет становится ярче, во втором – приглушается (продукция Leviton).

Сенсорный выключатель устанавливается так, чтобы срабатывать на избранный род посетителей. Допустим, человек сидящий в инвалидном кресле, ребёнок не будут замечены, если сенсор подвешен слишком высоко. Допускается снабдить помещение поясняющими надписями: махни рукой в окошечко. Это требуется при нежелании тратить электроэнергию на домашних животных. Несмотря на наличие шерсти, все живое отличается по температуре от окружающей среды.

Инфракрасные датчики не способны охватить все помещение физически. По тривиальной причине наиболее эффективные сенсорные выключатели на их основе – проходные. Ставятся в начале и конце коридора либо лестницы. При применении задержки выключения становится возможным использование в кладовках, подсобных помещениях. По-настоящему полезными сенсорные системы на пассивном инфракрасном излучении становятся в паре с интеллектуальным контроллером, который займётся подсчётом людей, вошедших и вышедших из помещения. Разумеется, любой умник из хулиганских побуждений такой тандем попытается обмануть, разумно дополнить сенсорный выключатель и контролёр вспомогательными средствами.

Использование сенсорного выключателя

Пьезоэлементы

Пьезоэлементы в сенсорных выключателях используются двух типов, в принцип действия которых заложены, соответственно:

• Пьезорезистивный эффект – изменение сопротивления образца под действием механических нагрузок.
• Пьезоэлектрический эффект – образование на гранях кристалла разницы потенциалов под действием механической деформации.

Оба эффекта открыты в XIX веке. Хронология совпадает с порядком следования в приведённом списке.

Пьезорезистивные сенсорные выключатели

Пьезорезистивный эффект (термин введён в 1935 году Джоном В. Куксоном из Висконсинского университета, от греческого piezo – давить) описан лордом Кельвином (журнал Труды Королевского научного общества, том 8, стр. 550-555, 1856-1857 годы, заметка от 17 июня 1857 года про исследование проводимости коммерческих проводов для телеграфа) на примере железа, платины и меди. Возможно, высказывание на тему увеличения сопротивления образца в пределах 0,5% в ответ на сильные и многочисленные изгибы вдоль всей длины лишь с натяжкой относится к теме. Но историки несогласны. Лорд Томсон исследовал причины различия проводимости образцов, использовавшихся в морском флоте и вывел простую формулу: важен поставщик меди. Деформации влияют на сопротивление в малой степени, допустимо пренебречь.

Томсон знал о влиянии механического натяжения. И на вручении ему премии Королевского общества (Бейкеровская лекция, 1856 год) доложил о любопытном эксперименте. В плечи измерительного моста Уитсона он включал проводники меди или железа одинаковой длины, но некоторые образцы растягивались подвесами. Прибор на диагонали регистрировал разницу. Томсон объяснил это механическими деформациями. Но доподлинно неизвестно, связно ли появление эксперимента с исследованиями, проводившимися в отношении телеграфных проводов. В довершение читатели могут ознакомиться с порядком цифр изменения сопротивления (ось абсцисс) на рисунке, взятом из журнала Труды IEEE за 2009 год.

Потом последовали многочисленные работы аналогичного толка. В XIX веке это заметки Томлинсона, а в XX – Бриджман и Ролника. Первые интересные результаты получил в 1932 году Аллен, установивший анизотропность изменений кристаллов цинка, кадмия, сурьмы, висмута и олова. Что касается прочих исследований, идеи Бриджман привели к созданию тензорных уравнений, описывающих процесс. В 1938 году, благодаря усилиям многих учёных, на свет появляются первые датчики. Наподобие тех, что сегодня используются в напольных весах и преобразуют деформацию в изменение сопротивления. Уже в 1950 году Бардин и Шокли предсказали значительный пьезорезистивный эффект в правильных кристаллических структурах за три года до открытия.

В нынешнем виде пьезорезистивный эффект появился на свет 30 декабря 1953 года, благодаря инженеру с распространённой фамилией Смит из Лабораторий Белла, описавшему любопытное поведение кристаллов кремния и германия обоих типов проводимости. Вследствие механических воздействий образцы изменяли сопротивление. Магистр Университета Западной резервации Коннектикута активно интересовался анизотропными свойствами полупроводников и работами Бардина и Шокли. Новые датчики появились уже в 1950 году с чувствительностью в 50 раз превышавшей аналоги из чистых металлов.

Первой компаний, занявшейся производством пьезорезистивный датчиков, стала Kulite Semiconductor, основанная в 1958 году. В современных моделях кнопки созданы на основе тонкой мембраны полупроводника. При нажатии по центру у краёв возникает сильное натяжение, что изменяет проводимость участка. Измерение ведётся по мостовой схеме либо прочими методами. Напряжение дисбаланса усиливается и служит для управления включением и выключением света.

Пьезоэлектрические сенсорные выключатели

Пьезоэлектрический эффект открыт в 1880 году братьями Жаком и Пьером Кюри. Как и в предыдущем случае, явление оказалось предсказано заранее. Опираясь на теоретические предпосылки, Рене-Жюст Гаюи и Антуан Сезар Беккерель предположили о возможной связи электричества и механических деформаций. Первые успешные опыты поставлены на кристаллах кварца, турмалина, топаза, сахарном тростнике и сегнетовой соли. Да, многие вещества проявляют пьезоэлектрические свойства:

1. Человеческие кости и сухожилия.
2. Молекулы ДНК.
3. Дентин и эмаль зубов.

Год спустя Габриэль Ионас Липпман предположил, исходя из основ термодинамики, существование обратного эффекта: деформации кристаллов под действием электрического поля. Эта догадка была подтверждена в 1882 году Жаком и Пьером Кюри, попутно они создали пьезоэлектрометр, использованный для исследования радиоактивных элементов. В 1910 году вышел учебник по физике кристаллов в авторстве Вольдемара Войгта.

Эффект вызвал пристальное внимание учёных. В 1917 году на фоне Первой мировой войны появляется сонар для подводных лодок (Пол Лангевин), а в 1921 – первый кварцевый резонатор (Волтер Гайтон Кэди). Развитие поисков привело к обнаружению титаната бария в 1946 году (Артур фон Хиппел). За послевоенное время появилось достаточно много применений эффекту пьезоэлектричества, но все они были мало связаны с рассматриваемой темой. Что касается устройств управления, отметим два из них, в обоих случаях применяющие полимерные пленки в качестве чувствительных элементов:

1. US3935485 на пьезоэлектрическую клавиатуру. Назначение устройства не конкретизируется, но смотря на имена заявителей (Kureha Kagaku, Kogyo Kabushiki, Kaisha) и год (1976), предположим, что сборка предназначалась для управления автоматизированными линиями сборки на конвейерах.
2. Заявленный в US4343975 (1980 год) образчик каждый может лицезреть и сегодня на электронных весах в магазине. Это клавиатура с подсветкой, благодаря чему работа оператора сильно упрощается.

• alt=»Автоматический выключатель» width=»120″ height=»120″ />Автоматический выключатель
• alt=»Как подключить двухклавишный выключатель света» width=»120″ height=»120″ />Как подключить двухклавишный выключатель света
• alt=»Как подключить проходной выключатель» width=»120″ height=»120″ />Как подключить проходной выключатель
• alt=»Пакетный выключатель» width=»120″ height=»120″ />Пакетный выключатель