Come funziona il rilevatore di movimento?

Esistono tantissimi tipi di rivelatori di movimento ed e’ impossibile
darne una trattazione esauriente in questa sede. Accennero’ alle principali
tipologie ed al meccanismo di funzionamento dei piu’ diffusi.
Il rilevatore di movimento piu’ classico e’ probabilmente il tachimetro
(misuratore di velocita’) che si trova sui dispositivi piu’ disparati
(per esempio sul cruscotto dei veicoli). Il genere di rivelatori di movimento
a cui si riferisce la domanda, pero’, e’ quello che azioni gli impianti
antifurto, porte automatiche, i sistemi di illuminazione automatici, etc.
Anche restringendo cosi’ il campo, ci si trova davanti ad una gamma molto
vasta di sensori, il cui scopo e’ quello di rivelare il movimento di un
soggetto distante, oppure una vibrazione del veicolo.
Le principali categorie sono tre: acustici, ad onde elettromagnetiche
o per contatto. Quelli acustici si basano sulla rivelazione di un’onda
sonora (quasi sempre a frequenze non udibili); quelli ad onde elettromagnetiche
si basano sulla rivelazione di un onda elettromagnetica (infrarossi, onde
radio, etc); quelli per contatto si basano sulla rivelazione di una vibrazione
trasmessa meccanicamente. I primi due tipi si dividono ciascuno in due
sottocategorie: quelli che rivelano un segnale proprio del soggetto (in
genere infrarossi, infrasuoni, etc) e quelli che rivelano un segnale prodotto
da una oppurtuna sorgente e riflesso dal soggetto di cui si vuole rivelare
il movimento (onde radio, ultrasuoni, etc)

Il sensore probabilmente piu’ diffuso e’ quello ad infrarossi. Trova
utilita’ negli impianti antifurto e nei sistemi automatici. Esso e’ costituito
da una elettronica sensibile alla radiazione infrarossa e da un sistema
di elaborazione che valuta il segnale ricevuto alla ricerca del movimento:
un segnale costante indica un soggetto fermo, mentre uno variabile indica
movimento. La sorgente di infrarossi in genere e’ il soggetto stesso da
rivelare che emette questa radiazione
elettromagnetica per il semplice fatto di trovarsi ad una certa temperatura.
Simile e’ il principio di funzionamento ad onde riflesse (sia elettromagnetiche
che ad ultrasuoni): una sorgente punta il segnale nella zona da esaminare,
mentre un rivelatore analizza il segnale che arriva nel “punto di osservazione”;
un segnale riflesso variabile indica la presenza in movimento di un soggetto.

Un altro sensore abbastanza diffuso (soprattutto negli antifurti per
auto) e’ quello volumetrico. Si tratta di un sistema molto simile ad un
registratore stereo, che pero’ e’ sensibile alle frequenze molto basse
generate dai minimi spostamenti d’aria che avvengono in seguito al movimento
di qualcuno o qualcosa.

 

Sensori di posizione acustici (sonar)

Per misurare la distanza di un oggetto da un fissato riferimento si può
sfruttare la riflessione di una onda sonora da parte dell’oggetto e ricavare
la distanza dalla misura del tempo impiegato dal segnale acustico a percorrere
i due tratti di andata e ritorno.
Si tratta di un generatore/ricevitore di brevi treni di impulsi ultrasonori
che misura l’intervallo di tempo trascorso tra l’emissione e la ricezione
dell’impulso riflesso da un oggetto.


Nota la velocità del suono in aria alla temperatura ambiente, si
può tradurre il tempo misurato in distanza percorsa dall’onda sonora:
se c è la velocità del suono c= [ove T è la temperatura
in Kelvin,g il rapporto dei calori specifici a pressione e volume costante,
R la costante dei gas e M la massa molecolare], linearizzando:

c˜(331+0.6t) m/s in aria, con T temperatura in Celsius.

Se T è il tempo di andata e ritorno del segnale, allora la distanza
X dell’oggetto dal sonar si ricava dalla relazione X=cT/2.
Questo tipo di sensore è usato, ad esempio, nelle macchine fotografiche
Polaroid per la messa a fuoco automatica, e nel Motion Detector Vernier
o Pasco e nel CBR Texas.
La frequenza dell’onda sonora è tipicamente dell’ordine di alcune
decine di kHz e l’angolo di apertura del fascio è dell’ordine di
15°. Dato che è necessario un intervallo minimo tra l’istante
in cui termina la trasmissione dell’implulso sonoro e quello in cui inizia
la ricezione dell’eco, vi è un limite (di solito dell’ordine di
50cm) per la distanza minima misurabile. Dato che l’intensità dell’impulso
cala circa quadraticamente con la distanza esiste quindi anche un limite
massimo per le distanze misurabili (tipicamente 10m).