Οι παθητικοί ανιχνευτές υπέρυθρων, που έχει επικρατήσει να αποκαλούνται PIR (Passive Infrared Sensor) έχουν ευρύτατη χρήση σε συστήματα ασφαλείας χρησιμοποιούνται για τον εντοπισμό κίνησης, μέσα σε κλειστό ή  εξωτερικό χώρο (πιο σπάνια). Όπως υποδηλώνει το όνομά τους, οι συγκεκριμένοι αισθητήρες είναι παθητικοί, δηλαδή δεν εκπέμπουν κανενός είδους σήμα, αλλά δέχονται σήματα.

Η εμβέλειά τους μπορεί να κυμαίνεται από 8m έως 45m, με συνήθη τιμή τα 15m. Η γωνία κάλυψής τους βρίσκεται μεταξύ 90^ο και 145^ο. Τα ευρέως χρησιμοποιούμενα PIR τοποθετούνται πάνω σε τοίχους ή άλλες σταθερές επιφάνειες που είναι κάθετες στο έδαφος και σε απόσταση περίπου 2,20m – 2,50m από αυτό. Σε εξειδικευμένες περιπτώσεις χρησιμοποιούνται PIR άλλων τύπων όπως οροφής, κουρτίνας κλπ.

Κάθε αντικείμενο εκπέμπει υπέρυθρη ακτινοβολία, η οποία εξαρτάται κυρίως από τη θερμοκρασία του. Στα συστήματα ασφαλείας μας ενδιαφέρει η υπέρυθρη ακτινοβολία που εκπέμπουν τα σώματα των ανθρώπων (της τάξης των 7-14 microns). Ο παθητικός ανιχνευτής υπέρυθρης ακτινοβολίας με τη βοήθεια του πυροηλεκτρικού αισθητήρα, μπορεί να ανιχνεύσει κάθε θερμοκρασιακή διαταραχή που προκαλεί η αιφνίδια παρουσία ενός ανθρώπου, ζώου ή άλλου αντικειμένου, μέσα στο χώρο που επιτηρεί.

Οι αισθητήρες τύπου PIR ανιχνεύουν την εκπεμπόμενη ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία που εκπέμπεται από πηγές που παράγουν θερμοκρασίες χαμηλότερες του ορατού φωτός. Ουσιαστικά, δεν μετρούν την ποσότητα της υπέρυθρης εκπεμπόμενης ακτινοβολίας, αλλά τις μεταβολές της. Δηλαδή, εντοπίζουν μια υπέρυθρη εικόνα, ανιχνεύοντας την αντίθεση που υπάρχει μεταξύ της εικόνας και του ψυχρότερου περιβάλλοντος.

Ο πυροηλεκτρικός αισθητήρας είναι το βασικό εξάρτημα του παθητικού ανιχνευτή υπέρυθρης ακτινοβολίας. Ο αισθητήρας αυτός έχει την ιδιότητα να μετατρέπει τις απότομες αλλαγές της θερμοκρασίας του χώρου σε ηλεκτρική τάση. Στη βασική του μορφή αποτελείται από δύο ή τέσσερα τμήματα κρυστάλλου θειούχου λιθίου, τοποθετημένα το ένα πολύ κοντά στο άλλο. Η θερμοκρασία του χώρου αναπτύσσει στις αντίθετες όψεις των κρυστάλλων ετερώνυμα ηλεκτρικά φορτία. Τα τμήματα του κρυστάλλου λειτουργούν ως φορτισμένοι πυκνωτές, συνδεδεμένοι σε σειρά και με αντίθετη πολικότητα. Όταν δεν υπάρχει κίνηση, η θερμική κατάσταση του χώρου παραμένει σταθερή και τα φορτία που αναπτύσσονται στους κρυστάλλους αλληλοεξουδετερώνονται. Η απότομη αλλαγή της θερμοκρασίας μέσα στην επιτηρούμενη περιοχή (π.χ. από την παρουσία κάποιου διαρρήκτη), προκαλεί διαταραχή στη θερμική κατάσταση του χώρου. Λόγω της θερμικής διαταραχής, σε κάποιο από τα τμήματα του κρυστάλλου θα αναπτυχθεί λίγο μεγαλύτερη τάση από ότι στα υπόλοιπα. Η τάση αυτή ενισχύεται από ένα FET που βρίσκεται στο ίδιο κέλυφος με τους κρυστάλλους και οδηγείται στα υπόλοιπα κυκλώματα του ανιχνευτή, για περαιτέρω επεξεργασία.

Είναι φανερό ότι ο παθητικός ανιχνευτής υπέρυθρης ακτινοβολίας επηρεάζεται μόνο από απότομες θερμοκρασιακές αλλαγές, ενώ παρουσιάζει αναισθησία στις αργές μεταβολές της θερμοκρασίας του περιβάλλοντος. Για το λόγο αυτό, η βραδεία αλλαγή της θερμοκρασίας μεταξύ ημέρας και νύχτας ή από εποχή σε εποχή, τον αφήνουν ανεπηρέαστο.

Ο φακός Fresnel είναι ένα ειδικά διαμορφωμένο πλαστικό, το οποίο φέρει ραβδώσεις ή ομόκεντρους κύκλους και τοποθετείται μπροστά από τον πυροηλεκτρικό αισθητήρα. Σκοπός του φακού Fresnel είναι να χωρίσει τον επιτηρούμενο χώρο σε «αόρατες θερμικές φέτες», οι οποίες συγκλίνουν όλες πάνω στον πυροηλεκτρικό αισθητήρα. Για να γίνει ανίχνευση της κίνησης θα πρέπει ο εισβολέας να διαπεράσει μία ή περισσότερες δέσμες. Στο χώρο μεταξύ των δεσμών δεν γίνεται ανίχνευση, επειδή όμως οι δέσμες είναι αρκετά πυκνές, στην πράξη λειτουργούν σαν ένα ομοιόμορφο πεδίο. Θα πρέπει να αναφερθεί ότι χωρίς το φακό Fresnel δεν μπορεί να λειτουργήσει ο παθητικός ανιχνευτής υπέρυθρης ακτινοβολίας.

Ο εντοπισμός της κίνησης γίνεται με τη συνεργασία του πυροηλεκτρικού αισθητήρα και του φακού Fresnel. Μόλις ο άνθρωπος βρεθεί στο πεδίο της πρώτης δέσμης, η διαταραχή της θερμικής ισορροπίας θα διεγείρει τον αισθητήρα, ο οποίος με τη σειρά του θα παράξει ανάλογη τάση. Η τάση αυτή, αφού φιλτραριστεί και μορφοποιηθεί, ενισχύεται και οδηγείται σε ένα ρελέ. Η Normally Close (NC) επαφή του ρελέ συνδέεται σε μια ζώνη της κεντρικής μονάδας του συναγερμού. Όταν διεγερθεί ο αισθητήρας, ανοίγει η επαφή του ρελέ και με τον τρόπο αυτό η κεντρική μονάδα «αντιλαμβάνεται» την παραβίαση του χώρου. Το κύκλωμα του ανιχνευτή τροφοδοτείται με συνεχή τάση 12V, η οποία παρέχεται από το τροφοδοτικό της κεντρικής μονάδας.

Για να αποφεύγονται τυχούσες θερμικές παρεμβολές από μη σχετικές πηγές που πιθανόν να βρίσκονται στο περιβάλλον, χρησιμοποιείται είτε ένα κύκλωμα μέτρησης του ρυθμού μεταβολής, είτε ένα κύκλωμα μέτρησης παλμού δύο διευθύνσεων.

Όταν η ανίχνευση του σήματος γίνεται βάσει του ρυθμού μεταβολής, ο αισθητήρας αξιολογεί την ταχύτητα με την οποία μεταβάλλεται η ποσότητα της ενέργειας στον υπό έλεγχο χώρο. Παραδείγματος χάρη, η κίνηση από ένα εισβολέα στον ελεγχόμενο χώρο προκαλεί μια πολύ γρήγορη μεταβολή της ενέργειας, ενώ οι βαθμιαίες θερμοκρασιακές μεταβολές προκαλούν αργές και σταδιακές αλλαγές στην εκπεμπόμενη ποσότητα της ενέργειας.

Στην άλλη κατηγορία του παλμού μέτρησης δύο διευθύνσεων, σήματα από διαφορετικούς θερμικούς αισθητήρες συντελούν στην εμφάνιση αντίθετης πολικότητας. Ένας άνθρωπος που θα διεισδύσει στον ελεγχόμενο χώρο με μια φυσιολογική ταχύτητα, θα προκαλέσει διάφορα σήματα που θα συμβάλλουν στην ανίχνευση του. Όταν η εκπεμπόμενη ακτινοβολία υπερβεί κάποια προκαθορισμένη τιμή, τότε ο θερμικός αισθητήρας παράγει ένα ηλεκτρικό σήμα, που αποστέλλεται σε ένα ενσωματωμένο επεξεργαστή για αξιολόγηση και πιθανή ενεργοποίηση του συναγερμού.

Εκτός από τον βασικό τύπο ανιχνευτή υπέρυθρης ακτινοβολίας, υπάρχουν και κάποιοι άλλοι τύποι για πιο ειδικές εφαρμογές:

Ο ανιχνευτής PIR κουρτίνα τοποθετείται συνήθως στις προθήκες καταστημάτων ή σε περιπτώσεις που θέλουμε να καλύψουμε ένα κατακόρυφο (ή οριζόντιο) επίπεδο. Οι δέσμες του ανιχνευτή καλύπτουν το χώρο σαν μια αόρατη κουρτίνα, εξ’ ου και το όνομα του. Σ’ αυτόν τον τύπο ανιχνευτή ο πυροηλεκτρικός αισθητήρας έχει τοποθετηθεί πάνω στην πλακέτα με κλίση, ο δε φακός Fresnel έχει ειδικές ραβδώσεις. Το υπόλοιπο κύκλωμα είναι το ίδιο.

Ο ανιχνευτής PIR οροφής τοποθετείται στις οροφές μεγάλων αιθουσών, όταν δεν υπάρχουν κάθετα σημεία για να στηριχθούν οι κλασικοί ανιχνευτές υπερύθρων. Έχουν ειδικό φακό Fresnel, ενώ το υπόλοιπο κύκλωμα είναι το ίδιο. Στο διάγραμμα των δεσμών φαίνεται ότι η κάλυψή του είναι 360^ο και το πεδίο έχει ελλειπτική μορφή.

Ο ανιχνευτής PIR πόρτα τοποθετείται πάνω από πόρτες ή στενά περάσματα, σε διαδρόμους κλπ.

Όπως και κάθε σύστημα επιτήρησης και προστασίας, έτσι και οι ανιχνευτές ΡΙR διαθέτουν τα τρωτά τους σημεία. Το κυριότερο πηγάζει από την ίδια αρχή λειτουργίας τους, που βασίζεται στη διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ του περιβάλλοντος και του στόχου. Θεωρητικά λοιπόν, εάν η ενέργεια που εκπέμπει κάποιος έχει την ίδια θερμοκρασία με το περιβάλλον, τότε οι ανιχνευτές δεν θα μπορούν να τον εντοπίσουν. Για να αντιμετωπιστεί αποτελεσματικά η συγκεκριμένη αδυναμία των ανιχνευτών τύπου PIR, θα πρέπει να χρησιμοποιούνται σε συνδυασμό με ανιχνευτές άλλου είδους, ανάλογα με τον χώρο προστασίας.

Ένα ακόμα πρόβλημα που παρουσιάζεται συχνά είναι οι λανθασμένοι συναγερμοί που συνήθως οφείλονται στην κίνηση ενός κατοικίδιου ή εντόμου, καθώς και στη μεταβολή θερμότητας που προκαλεί ένα χρονοπρογραμματιζόμενο σύστημα θέρμανσης ή και σωλήνες ζεστού νερού. Επίσης, οι ανιχνευτές PIR δεν είναι σε θέση να φιλτράρουν το ορατό φως, οπότε μπορεί η λειτουργία τους να επηρεαστεί από τους προβολείς των αυτοκινήτων ή άλλες πηγές εστιασμένου φωτός. Αν και η υπέρυθρη ακτινοβολία από το ηλιακό φως φιλτράρεται από τα παράθυρα, σε ένα δωμάτιο υπάρχουν και άλλα αντικείμενα που μπορούν να εκπέμπουν ή και να αντανακλούν υπέρυθρη ακτινοβολία σε συνδυασμό και με τυχαίες παροδικές κινήσεις που προκαλούν σημαντικές αυξομειώσεις της εκπεμπόμενης ενέργειας.

Οι κατασκευαστές παθητικών ανιχνευτών υπέρυθρης ακτινοβολίας, στην προσπάθεια τους να σχεδιάσουν ακόμα πιο αξιόπιστους ανιχνευτές, δημιούργησαν τα ψηφιακά PIR. Αυτοί οι ανιχνευτές διαθέτουν έναν ειδικά σχεδιασμένο A/D μετατροπέα (Analog to Digital Converter), ο οποίος μετατρέπει το αναλογικό σήμα του πυροηλεκτρικού αισθητήρα σε ψηφιακό. Έτσι μπορεί να γίνει η επεξεργασία του ψηφιακού σήματος από έναν μικροελεγκτή (microprocessor) με τη βοήθεια ειδικού λογισμικού. Με τη χρήση ολοκληρωμένων κυκλωμάτων επιτυγχάνουμε μεγαλύτερη αξιοπιστία στη λειτουργία του PIR και απαλλασσόμαστε από τα προβλήματα των αναλογικών σημάτων, όπως παραμόρφωση, θόρυβος, ολίσθηση φάσης κ.ά. Η μεγάλη καινοτομία αυτών των ανιχνευτών είναι ότι μπορούν να «καταλαβαίνουν» και να απορρίπτουν σήματα που δεν προέρχονται από ζωντανούς οργανισμούς.

Για την σύνδεση του ανιχνευτή με την κεντρική μονάδα υπάρχει μια κλέμα έξι θέσεων: Δύο από αυτές χρησιμοποιούνται για να συνδεθεί ο anti-tamper διακόπτης του ανιχνευτή με μία εικοσιτετράωρη ζώνη προστασίας της κεντρικής μονάδας του συναγερμού. Έτσι, μόλις ανοίξει το κάλυμμα του ανιχνευτή PIR, θα ελευθερωθεί ο διακόπτης, θα ανοίξει η 24ωρη ζώνη και θα σημάνει συναγερμός. Στις δύο επόμενες συνδέεται η τάση τροφοδοσίας 12Vdc που παρέχεται από το τροφοδοτικό της κεντρικής μονάδας του συναγερμού. Σ’ αυτή τη σύνδεση πρέπει να προσέξουμε την πολικότητα των καλωδίων. Οι τελευταίες δύο κλέμες είναι για τη σύνδεση της normally close (NC) επαφής του ρελέ του PIR με κάποια ζώνη της κεντρικής μονάδας.

Τα καλώδια της σύνδεσης πρέπει να απογυμνώνονται σωστά, περίπου 6mm, οι αγωγοί να στρίβονται και να βιδώνονται καλά. Η τρύπα που ανοίγουμε στο κουτί του ανιχνευτή, για την έξοδο του καλωδίου, πρέπει να έχει διάμετρο ακριβώς όση και του καλωδίου, για να μην υπάρχουν κενά. Αν ανοιχτεί τρύπα σε λάθος σημείο του κουτιού, πρέπει να σφραγίζεται, για την αποφυγή εισόδου αέρα, σκόνης και εντόμων μέσα στον ανιχνευτή.

Οι βασικές ρυθμίσεις που γίνονται στο ανιχνευτή υπερύθρων είναι οι ακόλουθες:

• Ρύθμιση της εμβέλειας
• Ρύθμιση της ευαισθησίας
• Ρύθμιση της βάσης στήριξης (αν υπάρχει)
• Ενεργοποίηση ή μη του ενδεικτικού led

Όταν ο ανιχνευτής τροφοδοτηθεί με τάση από την κεντρική μονάδα, ακολουθούμε μια διαδικασία που ονομάζεται walk test. Κατά τη διάρκεια του walk test κινούμαστε μέσα στο χώρο επιτήρησης του PIR προσπαθώντας να εντοπίσουμε σημεία τα οποία δεν καλύπτονται από τον ανιχνευτή, παρατηρώντας πότε ανάβει το led και πότε όχι. Στη συνέχεια κάνουμε τις απαραίτητες διορθώσεις στις ρυθμίσεις του. Αφού ολοκληρωθεί το walk test, μπορούμε να απενεργοποιήσουμε το ενδεικτικό led με τη μετακίνηση του κατάλληλου βραχυκυκλωτήρα που βρίσκεται πάνω στην πλακέτα του ανιχνευτή. Με τον τρόπο αυτό οι επίδοξοι εισβολείς δεν θα μπορούν, εκ των προτέρων, να εντοπίσουν την περιοχή επιτήρησης του PIR (για την περίπτωση που ο ανιχνευτής είναι εγκατεστημένος σε δημόσιο χώρο).

Η ρύθμιση της εμβέλειας γίνεται μετακινώντας εγκάρσια την πλακέτα του ανιχνευτή (μερικά χιλιοστά πάνω ή κάτω) από την κεντρική θέση, με τη βοήθεια της βίδας στήριξης της πλακέτας του PIR.

Η ρύθμιση της ευαισθησίας αφορά στον αριθμό των δεσμών που πρέπει να επηρεαστούν (από κάποιον που θα κινηθεί εντός του χώρου) μέσα σε πολύ μικρό χρονικό διάστημα, ώστε να προκληθεί διέγερση του ανιχνευτή. Τη μέγιστη ευαισθησία την έχουμε όταν ο ανιχνευτής διεγείρεται με τον επηρεασμό μίας μόνο δέσμης. Όμως, σ’ αυτή την περίπτωση έχουμε τις περισσότερες πιθανότητες για ψευδοδιέγερση. Μπορεί να γίνει ρύθμιση ώστε ο ανιχνευτής να διεγείρεται με επηρεασμό δύο ή τριών δεσμών (μέσα σε μικρό χρονικό διάστημα). Στην τελευταία περίπτωση έχουμε τις μικρότερες πιθανότητες για ψευδοδιεγέρσεις. Η ρύθμιση της ευαισθησίας του παθητικού ανιχνευτή υπέρυθρης ακτινοβολίας γίνεται με τη βοήθεια ενός βραχυκυκλωτήρα (jumper) που μπορεί να τοποθετηθεί μεταξύ τριών διαφορετικών θέσεων.

Η εγκατάσταση ενός PIR απαιτεί μεγάλη προσοχή, γιατί από αυτήν εξαρτάται η ασφαλής και αξιόπιστη λειτουργία του. Κατά την εγκατάσταση πρέπει να ακολουθούμε πιστά τις οδηγίες του κατασκευαστή. Τοποθετούμε τον ανιχνευτή στο ύψος που μας προτείνει, σε εσωτερικό χώρο, χωρίς να αφήνουμε περιοχές ακάλυπτες ή τη δυνατότητα πρόσβασης στο PIR από την πλευρά που δεν ελέγχει. Πακτώνουμε τον ανιχνευτή σε σταθερή επιφάνεια, μακριά από πηγές θερμότητας, ρεύματα αέρος και σημεία με άμεση ηλιακή ακτινοβολία. Τα καλώδια ενός PIR δεν πρέπει να βρίσκονται πλησίον των καλωδίων της ηλεκτρικής εγκατάστασης (ως ελάχιστη απόσταση θεωρούνται τα 5cm). Μπροστά από τον ανιχνευτή δεν πρέπει να υπάρχουν εμπόδια όπως ντουλάπες, διαχωριστικά χώρου (παραβάν), μεγάλες γλάστρες κ.ά. Εάν απαιτείται συγκεκριμένη σκόπευση του ανιχνευτή, τότε μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε ειδικές βάσεις στερέωσης.

Ο φακός Fresnel φέρει μια ομάδα ραβδώσεων που δημιουργούν τις αντίστοιχες «θερμικές δέσμες». Ανάλογα με τη μορφή αυτών των ραβδώσεων, αλλάζει και η διάταξη των δεσμών. Για κάθε φακό, οι κατασκευαστές μας δίνουν το αντίστοιχο διάγραμμα δεσμών. Αλλάζοντας το φακό ενός PIR μπορούμε να αλλάξουμε τις «θερμικές δέσμες» και κατά συνέπεια και τα χαρακτηριστικά του πεδίου ελέγχου του.

Στη εικόνα Α εμφανίζεται το διάγραμμα δεσμών ενός κανονικού φακού, με εμβέλεια μέχρι 15m και γωνία κάλυψης 90^ο. Στην πλάγια όψη παρατηρούμε τρία επίπεδα δεσμών, καθώς επίσης και το ύψος στο οποίο πρέπει να στερεώνεται ο ανιχνευτής. Οι ανιχνευτές με αυτού του τύπου διάγραμμα δεσμών, χρησιμοποιούνται στις περισσότερες εφαρμογές.

Στην εικόνα Β παρατηρούμε ότι αυξήθηκε η εμβέλεια σε βάρος της γωνίας κάλυψης. Οι ανιχνευτές με αυτού του τύπου διάγραμμα δεσμών, τοποθετούνται συνήθως σε διαδρόμους ή όταν πρέπει να καλυφθεί μόνο μια στενή περιοχή του χώρου.

Στην εικόνα Γ η εμβέλεια έχει ένα μέσο μήκος (13,5m), ενώ έχει αυξηθεί η γωνία κάλυψης, δηλαδή ο φακός είναι πιο ευρυγώνιος (145^ο).

Στην εικόνα Δ έχουμε το διάγραμμα δεσμών ενός ανιχνευτή που χρησιμοποιείται σε χώρους όπου υπάρχουν κατοικίδια ζώα (pet). Ο ανιχνευτής μπορεί να τοποθετηθεί σε ύψος που να μην επηρεάζεται από την παρουσία του ζώου (ανάλογα πάντα και με τον όγκο του).

Παρατηρήστε ότι, εκτός από την περίπτωση της εικόνας Β, στις υπόλοιπες περιπτώσεις έχουμε 14 δέσμες στα δύο πρώτα οριζόντια επίπεδα.

Οι ανιχνευτές υπέρυθρης ακτινοβολίας:

• είναι αρκετά αξιόπιστοι και χρησιμοποιούνται ευρύτατα
• δεν επηρεάζονται από την ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία
• δεν  διεγείρονται από κινήσεις πέρα από τους τοίχους του χώρου που επιτηρούν
• δεν επηρεάζεται η λειτουργία τους από την παρουσία άλλων PIR στον ίδιο χώρο
• έχουν προσιτή τιμή 
• μπορούν να εγκατασταθούν εύκολα

Δυστυχώς είναι επιρρεπείς στις απότομες μεταβολές θερμοκρασίας του περιβάλλοντος, στις δε πολύ υψηλές θερμοκρασίες, η εμβέλεια τους μειώνεται αισθητά. Αυτά οφείλονται στην αρχή λειτουργίας τους, που βασίζεται στη διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ του περιβάλλοντος και του στόχου. Θεωρητικά λοιπόν, εάν η ενέργεια που εκπέμπει κάποιος έχει την ίδια θερμοκρασία με το περιβάλλον, τότε οι ανιχνευτές δεν θα μπορούν να τον εντοπίσουν. Για να αντιμετωπιστεί αποτελεσματικά η συγκεκριμένη αδυναμία των ανιχνευτών τύπου PIR, θα πρέπει να χρησιμοποιούνται σε συνδυασμό με ανιχνευτές άλλου είδους, ανάλογα με τον χώρο προστασίας.

Ένα ακόμα πρόβλημα που παρουσιάζεται συχνά είναι οι λανθασμένοι συναγερμοί που συνήθως οφείλονται στην κίνηση ενός κατοικίδιου ή εντόμου, καθώς και στη μεταβολή θερμότητας που προκαλεί ένα χρονοπρογραμματιζόμενο σύστημα θέρμανσης ή και σωλήνες ζεστού νερού.

Επίσης, οι ανιχνευτές PIR δεν είναι σε θέση να φιλτράρουν το ορατό φως, οπότε μπορεί η λειτουργία τους να επηρεαστεί από τους προβολείς των αυτοκινήτων ή άλλες πηγές εστιασμένου φωτός. Αν και η υπέρυθρη ακτινοβολία από το ηλιακό φως φιλτράρεται από τα παράθυρα, σε ένα δωμάτιο υπάρχουν και άλλα αντικείμενα που μπορούν να εκπέμπουν ή και να αντανακλούν υπέρυθρη ακτινοβολία σε συνδυασμό και με τυχαίες παροδικές κινήσεις που προκαλούν σημαντικές αυξομειώσεις της εκπεμπόμενης ενέργειας.