자동문의 원리

 

자동문 적외선 센서의 원리는 주로 동작 감지를 위해 사용됩니다. 흔한 방식은 PIR센서를 사용합니다. 

PIR센서는 주변에서 방출되는 적외선(열)을 감지합니다. 사람이나 동물은 10μm 파장 대역의 적외선을 방출하는데, PIR 센서는 이 신호를 포착합니다.

 

출처 아이씨뱅큐

 

이 적외선은 프레넬 렌즈로 통해 센서에 전달됩니다. 프레넬렌즈는 넓은 영역의 적외선을 분할하여 집중시켜 움직임의 방향과 속도를 더 정확히 감지 할 수 있습니다.

 

출처 나무위키

 

PIR센서는 사람의 체온을 감지해야 하는데 적외선이 약합니다. 프레넬 렌즈가 적외선을 한데 모아 센서에 집중시켜줍니다. 렌즈 표면은 작은 조각(팬)들오 나누어져 있고 각 조각은 독립적인 감지 영역을 만듭니다. 돋보기로 햇빛을 모아 종이를 태우는 것과 같습니다. 팬의 배열에 따라 수평,수직 감지 감도가 달라집니다. 자동문 용 PIR센서는 수평이동 감지에 최적화되었습니다. 팬의 개수가 증가 할때 미세 움직임 감지가 향상됩니다.

 

센서는 LiTaO₃(탄탈산리튬) 또는 PZT(납-지르코네이트-티타네이트) 같은 특수 재료로 구성되는데 이 재료는 온도 변화에 따라 표면에 전하(정전기)가 발생하는 성질을 가집니다. 이 재료는 일정한 온도가 아닌 움직이는 열원에만 반응합니다.

 

LiTaO₃(탄탈산리튬)은 온도가 바뀔 때만 짧게 전기를 흘려보냅니다.
전기가 생성되는 이유는 Li⁺(리튬), Ta⁵+(탄탈), O²⁻(산소) 이온이 비대칭적으로 배열되어 있습니다. Ta⁵+ 이온이 산소 팔면체 중심에서 약간 치우쳐 있어 영구 쌍극자 모멘트를 형성합니다. 영구 쌍극자 모멘트라는 말은 팔면체 중심에서 미세하게 어긋나기 때문에 온도가 변하면 쏠림 정도가 바뀌어 전하가 나오는 것입니다.

 

온도 상승 시 변화되는 공식

동작의 순서
사람이 센서 앞을 지나가면 → 적외선 패턴이 변화 → Pyroelectric 소자 표면의 전하 분포가 변함 → 전기 신호 생성

PIR 센서에는 두 개의 Pyroelectric 소자가 나란히 배치됩니다. 사람이 센서 앞을 지나가면 첫 번째 소자에서 전하가 발생하고 두 번쨰 소자에서 전하가 발생하면 발생하는 시각에 따라 시간차가 생기는데 이런 신호 차이로 움직임으로 판단하여 물체를 감지합니다.