Sensori PIR e MW, come cambia la tecnologia

I rilevatori di movimento (volumetrici) servono a monitorare gli spostamenti negli spazi interni ed esterni di abitazioni, uffici, negozi, magazzini, piazzali e giardini. le tecnologie e i metodi di rilevamento si sono evoluti in base alla tipologia del sensore, al posizionamento e al luogo da monitorare.

I sensori di movimento, al pari dei rilevatori magnetici, di urto o vibrazione, sono componenti fondamentali di un impianto antintrusione. Il loro compito è rilevare la presenza di persone o animali non solo in uno spazio tridimensionale (per questo sono chiamati “volumetrici”) ma anche nell’ambito del monitoraggio di soglie e perimetri (finestre, porte finestre, recinzioni ecc.).

Le tecnologie impiegate da questi strumenti si sono evolute nel corso degli anni per assicurare un controllo più preciso, affidabile e meno soggetto ai disturbi ambientali. Si è partiti dalla tecnologia IR, che “sente” il calore emesso da un corpo umano o animale, per arrivare a soluzioni più sofisticate come i sensori a microonde e radar che rilevano corpi e oggetti (anche inanimati, cioè senza emissione di calore) grazie all’effetto doppler (rimbalzo delle onde).

I principi base dei rilevatori volumetrici da interno e da esterno

I sensori volumetrici impiegano principalmente due diverse tecnologie di rilevamento con utilizzi, prestazioni e costi differenti. I rilevatori più semplici ed economici, tuttora utilizzati anche nei sistemi antintrusione più moderni (per esempio, nelle centrali all-in-one connesse), impiegano la tecnologia PIR (Passive InfraRed). Non trasmettono alcun segnale (ecco perché si chiamano passivi), ma ricevono le radiazioni infrarosse, invisibili all’occhio umano, emesse da qualsiasi elemento che produce calore.

Il rilevamento delle componenti IR avviene grazie a speciali materiali piroelettrici (nitruro di gallio, nitrato di cesio e polivinilfluoruro) che generano energia quando sono esposti al calore, inviando segnali elettrici al controller del rilevatore che a sua volta trasmette le informazioni alla centrale per l’attivazione dell’allarme. La precisione, la copertura e la portata della rilevazione dipendono dalla forma e dalla qualità della lente posizionata di fronte al sensore, che convoglia i raggi infrarossi emessi dagli oggetti o dai corpi verso l’elemento sensibile.

Nel corso degli anni, sia i sensori IR che le lenti hanno subito diversi affinamenti allo scopo di migliorare l’efficacia del rilevamento, la sensibilità ma anche la capacità di discriminazione delle emissioni IR “importanti” rispetto a quelle secondarie, ovvero di disturbo. Una delle principali innovazioni, implementata da tutti i produttori di rilevatori PIR con risultati (e costi) differenti, è la compensazione dinamica della temperatura, che permette al sensore PIR di autoregolarsi per distinguere in modo più preciso ed efficace un “corpo caldo” in movimento da una perturbazione esterna (per esempio, uno spostamento di massa d’aria calda). La compensazione dinamica della temperatura è fondamentale quando il rilevatore si trova all’esterno (da -10° a +40° C), dove è soggetto a molti più disturbi rispetto agli ambienti interni cha hanno un range di temperatura contenuto (15-30° C).

Le lenti sono diventate più precise ed efficaci, concentrando meglio l’emissione IR verso il sensore oppure parzializzandola e ottimizzandola per coprire aree specifiche (corridoio, tenda ecc.) o per escludere i movimenti di animali di piccola taglia come cani e gatti (pet immunity). Alcuni produttori adottano tecnologie proprietarie abbinate a ottiche di precisione 3D sigillate, che migliorano ulteriormente la messa a fuoco del segnale sul sensore, la discriminazione del rumore di fondo e impediscono a polvere, insetti e correnti d’aria di compromettere la funzionalità del sensore piroelettrico.

Nonostante tutti i miglioramenti, la tecnologia PIR presenta ancora diversi limiti che la rendono più facilmente soggetta a false rilevazioni, soprattutto negli ambienti più critici e nelle occasioni in cui il rilevatore non viene installato a regola d’arte seguendo le prescrizioni del costruttore.

Secondo sensore a microonde per ridurre i falsi allarmi

Per ridurre le false rilevazioni (e quindi i falsi allarmi che riducono l’affidabilità del sistema antintrusione e la fiducia del cliente nel lavoro dell’installatore), si utilizzano sensori aggiuntivi a microonde con effetto doppler chiamati DT (Dual Technology). Il loro compito è rilevare gli IR passivi presenti nell’ambiente e inviare onde elettromagnetiche ad altissima frequenza (microonde, o MW, oltre i 3 GHz) che saturano l’ambiente circostante (limitatamente alla copertura garantita) registrando qualsiasi variazione di frequenza causata dal movimento di un corpo estraneo, con o senza emissione di calore. L’unione delle due tecnologie e la logica di funzionamento AND permettono di generare l’allarme solo quando entrambi i sensori rilevano un movimento, riducendo i falsi allarmi e migliorando l’affidabilità rispetto al solo sensore PIR.

L’importanza dell’analisi dei segnali (anche con intelligenza artificiale)

L’affidabilità e la precisione di un rilevatore di movimento dipendono da molti fattori. Oltre a quanto già visto (qualità dei sensori e delle lenti, tecnologie impiegate ecc.), la qualità e l’efficacia di un rilevatore si misurano anche in termini di analisi dei segnali, soprattutto per quanto riguarda la copertura volumetrica di ambienti esterni, molto più critici per via dei potenziali disturbi causati da vento, pioggia, sbalzi termici, animali ecc.

I rilevatori di movimento più evoluti adottano tecnologie di analisi avanzata dei segnali, che sfruttano algoritmi basati su librerie comparative interne al microprocessore da cui dipende il funzionamento del dispositivo. Quando il processore riceve il segnale dai sensori, cerca una corrispondenza all’interno del suo database che, in alcuni casi, può essere auto-apprendente, cioè impara in base all’esperienza. Una volta trovata la corrispondenza, il processore applica una procedura predeterminata (standby in attesa di ulteriori segnali, segnalazione di allarme, notifiche varie ecc.).

Grazie all’analisi intelligente dei segnali, il rilevatore di movimento può discriminare più efficacemente i falsi allarmi così come rilevare i tentativi di sabotaggio di una o entrambe le sezioni IR/MW, commutando automaticamente il funzionamento a tecnologia singola per un periodo predefinito.

Il sistema anti-mascheramento, per esempio, permette al rilevatore di identificare i tentativi di sabotaggio tramite carta, spray, cartone, cellophane e carta argentata che impediscono il corretto funzionamento dei sensori, attivando un relè dedicato che può generare o meno un allarme. Grazie all’anti-accecamento, invece, i circuiti elettronici sono in grado di rilevare la presenza di un segnale infrarosso modulato di intensità superiore a quello utilizzato. In alcuni casi, vengono impiegate testine IR multiple per migliorare la localizzazione e il rilevamento dell’emissione infrarossa anche in condizioni critiche.

Rilevatori di movimento con radar per aree esterne

Quando le aree esterne sono particolarmente ampie e il cliente non si accontenta di controllare solo una piccola fascia perimetrale, ma desidera estendere la copertura del sistema antintrusione a tutta la sua proprietà, l’installatore deve progettare soluzioni ad hoc basate su sistemi di rilevazione IR+MW oppure solo MW (radar) concepiti appositamente per questo tipo di applicazioni.

I rilevatori MW più sofisticati sono in grado di generare non uno, ma due o più segnali a effetto doppler in grado di calcolare con ottima approssimazione la tipologia, la posizione e la distanza dei soggetti rilevati, anche grazie all’analisi logica sfumata (fuzzy logic) e all’intelligenza artificiale di cui sopra.

Alcuni sensori radar utilizzano invece la tecnologia FMCW (Frequency Modulated Continuous Wave), ovvero un’onda continua sinusoidale in banda ISM a 24 GHz, sempre con effetto doppler. La loro peculiarità sta nell’elaborazione del segnale ibrido analogico+digitale per calcolare la distanza, la velocità e la direzione del bersaglio in movimento in tempo reale, stimare la massa corporea del target così da ottimizzare la regolazione dei parametri di rilevamento, sfruttare l’algoritmo di elaborazione per escludere i movimenti generati dagli animali.

Quasi sempre, un sensore di rilevamento tecnologicamente avanzato e con elevate capacità di analisi e discriminazione rappresenta un valore aggiunto negli impianti antintrusione installati in zone critiche, dove non sono ammessi falsi allarmi.

Sensori volumetrici e barriere all-in-one

I rilevatori volumetrici si possono integrare anche nei sistemi di protezione perimetrale esterna, come per esempio le barriere a tenda o a corridoio, così da garantire una copertura a 180°. I sensori posizionati ai lati del rilevatore servono a proteggere porte, finestre e altri vani d’accesso che si trovano lungo il perimetro dell’edificio, mentre quelli frontali rilevano la presenza di un intruso che, per eludere la protezione laterale, si avvicina frontalmente al rilevatore con l’intenzione di scavalcarlo.

Nei modelli più evoluti, ogni lato può generare un allarme indipendente e combinarlo per migliorare l’affidabilità e ridurre al minimo le false rilevazioni. Anche in questo caso è necessario valutare il tipo di rilevatore e la tecnologia più adatta per ogni singolo caso, analizzando l’ambiente e le possibili perturbazioni che potrebbero causare falsi allarmi.

Rilevatori PIR e MW con telecamera integrata per la videoverifica

Quasi tutti i produttori di rilevatori di movimento hanno in catalogo uno o più modelli con telecamera integrata, attivabile da remoto (per esempio, tramite l’app su smartphone) o come conseguenza della rilevazione di sensori PIR e/o MW (videoverifica).

Nel primo caso la telecamera svolge le stesse funzioni (ma in maniera molto semplificata) di un sistema di videosorveglianza per tenere sotto controllo gli ambienti interni oppure esterni e le persone presenti (bambini, anziani ecc.). La seconda funzione è molto più utile e importante per un sistema antintrusione, soprattutto quando il cliente è spesso assente e lontano da casa. Quando il rilevatore va in allarme, la telecamera inizia a registrare brevi video (o immagini GIF animate) e li invia all’utente tramite cloud, sotto forma di allegati e-mail o notifiche su app.

La visione da remoto permette all’utente di verificare le cause dell’allarme, discriminando un “falso positivo” (come il movimento di un animale domestico) da un “vero positivo” (intrusione di un ladro) senza doversi spostare fisicamente o allertare le forze dell’ordine. I rilevatori con telecamera sono spesso dotati di illuminatore a Led o IR per consentire le riprese al buio, con una qualità video paragonabile a quella delle telecamere IP da interno.

Molte centrali che supportano la funzione di videoverifica permettono di utilizzare non solo la telecamera integrata nei rilevatori di movimento, ma anche quelle di un sistema di videosorveglianza che supportino determinati protocolli e standard (per esempio, Onvif). Allo stesso modo, i rilevatori con telecamera possono integrarsi in un sistema di videosorveglianza per monitorare gli spazi interni in caso di emergenza e nel rispetto della privacy degli utenti.

Rilevatori di movimento wireless, massima sicurezza anche via radio

L’evoluzione tecnologica dei rilevatori di movimento non ha interessato solo i sensori, le lenti e i sistemi di analisi dei segnali, ma anche i collegamenti alla centrale antintrusione. Se fino a qualche anno fa i rilevatori di movimento più sicuri e affidabili erano quelli filari, ora la situazione è completamente cambiata. I rilevatori wireless sono oggi una perfetta alternativa a quelli filari, con prestazioni identiche in termini di affidabilità e sicurezza.

L’assenza dei cavi li rende molto più facili e veloci da installare (e riposizionare). I circuiti digitali di ultima generazione a basso consumo e bassa emissione non hanno effetti nocivi né sulla salute umana né sugli altri apparecchi elettronici (non emettono inquinamento elettromagnetico) e permettono di estendere l’autonomia delle batterie a 2-3 anni.

I rilevatori wireless comunicano con la centrale utilizzando onde radio su bande di frequenza standardizzate (433, 868 e 2400 MHz) con sistemi di codifica avanzati (rolling code, hopping code, cryptocode ecc.), funzionalità anti-jamming per segnalare eventuali accecamenti da parte dei malintenzionati e sistemi di controllo per rilevare e notificare eventuali guasti e disturbi ambientali, cambiando banda di frequenza o canale in modo dinamico.