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Adaptando la tecnología de sensor infrarrojo pasivo (PIR) a nuevas aplicaciones

El sensor infrarrojo pasivo (PIR) parece tan familiar que resulta fácil olvidar algunas de las muchas aplicaciones que existen para él y los recursos de ingeniería que fomentan su mejor uso posible. El sensor PIR suele ser la primera opción en sistemas de seguridad domésticos, ya que combina capacidad de “sentir” calor y objetos en movimiento, como personas andando en una habitación, con simplicidad y precio asequible. Existen otras muchas aplicaciones que pueden beneficiarse de la capacidad de notar la presencia de personas o animales a la hora de mejorar la eficiencia energética, la conveniencia y la seguridad, sin el coste adicional de utilizar un sistema avanzado de procesamiento para gestionar las imágenes de una cámara. Si se emplea en exteriores, se requerirá un sistema que pueda discriminar entre personas y animales y, por consiguiente, el procesamiento de imagen marca la diferencia. Sin embargo, en una oficina se asume que el sensor PIR sólo detectará personas. Así pues, los sensores PIR se pueden usar en soluciones tan sencillas que encienden y apagan los equipos de aire acondicionado y las luces. Los diseñadores de máquinas expendedoras, por ejemplo, están incorporando sensores PIR con el objetivo de activar su iluminación solamente cuando alguien está enfrente de la propia máquina o, incluso, cuando mueve la mano junto al panel de selección de producto – lo que conlleva un ahorro considerable de costes operativos.

Gracias a la llegada de Internet de las Cosas (IoT), estos sensores pueden controlar múltiples aplicaciones al enviar actualizaciones de estado a servidores inteligentes. Y por qué no utilizar la salida de las cámaras de seguridad locales para “despertar” los paneles de display en una sala de reuniones o la im presora en una oficina durante las horas de trabajo. Resulta esencial elegir el tipo adecuado de sensor PIR. La oferta variada del mercado usa la misma arquitectura core, pero existen diferencias importantes en lo que se refiere a diseño y construcción. La radiación IR suele “entrar” en la cubierta del sensor a través de una o más entradas en el frontal y “toca suelo” en un conjunto de paneles de material piroeléctrico – que genera una corriente eléctrica al exponerse a energía IR. Los materiales piroeléctricos van desde nitruro de galio y nitrato de cesio inorgánicos a polifluoruros de vinilo basados en carbono y fenilpiridinas. En un sensor de movimiento PIR típico hay dos ventanas rectangulares que permiten penetrar a los IR.

Detrás de cada ventana se encuentra un sensor con electrodos fijados de tal forma que un sensor ofrece una señal de salida positiva y el otro, una señal de salida negativa. Si no se detecta un objeto, ambos sensores reciben la misma cantidad de radiación infrarroja y sus señales se contrarrestan. Sin embargo, si un cuerpo caliente pasa por el “campo visual” de una de las fuentes de detección, su valor difiere del de su pareja, provocando que la electrónica del sensor registre un cambio en la salida. Se puede usar una lente de Fresnel delante de la zona de la ventana para incrementar el rango de sensado del propio sensor y adaptar los ángulos y los patrones de detección a los requisitos de cada aplicación. Las diversas configuraciones de sensor, muchas de las cuales usan más de dos elementos piroeléctricos en una cuadrícula, aportan la capacidad de adecuar el rendimiento a las necesidades del proyecto. Por ejemplo, la lente y la configuración de los modelos de la serie AMN de Panasonic están optimizados para detectar movimiento en un estrecho campo de visión, que resulta ideal en máquinas expendedoras y sistemas de iluminación, donde ofrecen mejores prestaciones que las familias EKMB y EKMC de propósitos generales. Para poder aumentar la usabilidad, el sensor PIR puede incorporar un amplificador. Un ejemplo es el IRA-S210ST01 de Murata. Este dispositivo de tres puertos incluye un JFET de bajo ruido que convierte las salidas de electrodo en un nivel de salida conveniente.

Los fabricantes también permitirán elegir entre salidas lógicas y analógicas. En general, la salida analógica proporcionará más flexibilidad de diseño y la capacidad de aplicar circuitos o componentes de filtrado para mejorar el rendimiento en condiciones de ruido. Las salidas lógicas contribuyen a facilitar el diseño en las aplicaciones más sencillas. Los fabricantes de sensores han incrementado las prestaciones de sus productos en los últimos años para hacer frente al ruido generado por las tecnologías inteligentes. Así, las emisiones electromagnéticas de los teléfonos pueden alcanzar el rango de detección de algunos sensores y provocar que se “disparen” cuando no hay nadie. Los sensores PIR de Panasonic cuentan con un circuito amplificador / comparador en su encapsulado metálico TO-5 que rechaza la interferencia de elevada frecuencia causada por los dispositivos inalámbricos mencionados. Como el ámbito de aplicación crece para los sensores PIR, características como la sensibilidad son cada vez más importantes. Los sensores de Panasonic poseen un novedoso diseño de concha para los elementos piroeléctricos que forman el núcleo del propio sensor.

Las áreas de sensado separadas impiden el efecto thermal crosstalk entre dos elementos de sensado. Como consecuencia, la detección resulta más fiable, incluso si la diferencia de temperatura entre el entorno y el objeto es pequeña. Estas mejoras de diseños implican que los sensores PIR pueden abordar un número todavía mayor de aplicaciones y adecuarse a los requisitos de productos presentes en proyectos y servicios IoT emergentes. Si está interesado en obtener mayor información de los sensores PIR para aplicaciones específicas, siga mi consejo: contacte con su especialista local (en el mismo idioma) o visite el apartado “Pregunte al Experto” de la página web de AVNET Abacus.

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