Sensor de infrarrojos pasivo
Un sensor de infrarrojos pasivo ( sensor PIR ) es un sensor electrónico que mide la luz infrarroja (IR) que irradian los objetos en su campo de visión. Se utilizan con mayor frecuencia en detectores de movimiento basados en PIR . Los sensores PIR se utilizan comúnmente en alarmas de seguridad y aplicaciones de iluminación automática.
Los sensores PIR detectan el movimiento general, pero no brindan información sobre quién o qué se movió. Para ello, se requiere un sensor de imágenes por infrarrojos .
Los sensores PIR se denominan comúnmente simplemente "PIR" o, a veces, "PID", para "detector de infrarrojos pasivo". El término pasivo se refiere al hecho de que los dispositivos PIR no irradian energía con fines de detección. Funcionan completamente detectando la radiación infrarroja (calor radiante) emitida o reflejada por los objetos.
Principios de operacion
Todos los objetos con una temperatura superior al cero absoluto emiten energía térmica en forma de radiación electromagnética. Por lo general, esta radiación no es visible para el ojo humano porque se irradia en longitudes de onda infrarrojas, pero puede ser detectada por dispositivos electrónicos diseñados para tal fin.
Detector de movimiento basado en PIR
Se utiliza un detector de movimiento basado en PIR para detectar el movimiento de personas, animales u otros objetos. Se utilizan comúnmente en alarmas antirrobo y sistemas de iluminación activados automáticamente .
Operación
Un sensor PIR puede detectar cambios en la cantidad de radiación infrarroja que incide sobre él, que varía según la temperatura y las características de la superficie de los objetos frente al sensor. [2] Cuando un objeto, como una persona, pasa frente al fondo, como una pared, la temperatura en ese punto del campo de visión del sensor aumentará de la temperatura ambiente a la temperatura corporal.y luego de nuevo. El sensor convierte el cambio resultante en la radiación infrarroja entrante en un cambio en el voltaje de salida y esto activa la detección. Los objetos de temperatura similar pero con características de superficie diferentes también pueden tener un patrón de emisión de infrarrojos diferente y, por lo tanto, moverlos con respecto al fondo también puede activar el detector. [3]
Los PIR vienen en muchas configuraciones para una amplia variedad de aplicaciones. Los modelos más comunes tienen numerosas lentes de Fresnel o segmentos de espejo, un alcance efectivo de aproximadamente 10 metros (30 pies) y un campo de visión de menos de 180 °. Hay disponibles modelos con campos de visión más amplios, que incluyen 360 °, generalmente diseñados para montarse en el techo. Algunos PIR más grandes están hechos con espejos de un solo segmento y pueden detectar cambios en la energía infrarroja a más de 30 metros (100 pies) del PIR. También hay PIR diseñados con espejos de orientación reversibles que permiten una cobertura amplia (110 ° de ancho) o una cobertura de "cortina" muy estrecha, o con segmentos seleccionables individualmente para "dar forma" a la cobertura.
Detección diferencial
Se pueden conectar pares de elementos sensores como entradas opuestas a un amplificador diferencial . En tal configuración, las mediciones PIR se cancelan entre sí de modo que la temperatura media del campo de visión se elimina de la señal eléctrica; un aumento de energía IR en todo el sensor se cancela automáticamente y no activará el dispositivo. Esto permite que el dispositivo resista falsas indicaciones de cambio en caso de estar expuesto a breves destellos de luz o iluminación de todo el campo. (La exposición continua a alta energía aún puede saturar los materiales del sensor y hacer que el sensor no pueda registrar más información). Al mismo tiempo, esta disposición diferencial minimiza la interferencia de modo común, lo que permite que el dispositivo resista el disparo debido a campos eléctricos cercanos. Sin embargo, un par diferencial de sensores no puede medir la temperatura en esta configuración y, por lo tanto, solo es útil para la detección de movimiento.
Implementación práctica
Cuando un sensor PIR se configura en modo diferencial, se vuelve aplicable específicamente como dispositivo detector de movimiento. En este modo, cuando se detecta un movimiento dentro de la "línea de visión" del sensor, se procesan un par de pulsos complementarios [4] en el pin de salida del sensor. Para implementar esta señal de salida para un disparo práctico de una carga como un relé o un registrador de datos , o una alarma de dispositivo de alarma , la señal diferencial se rectifica usando un puente rectificador y se alimenta a un circuito controlador de relé transistorizado. Los contactos de este relé se cierran y abren en respuesta a las señales del PIR, activando la carga adjunta a través de sus contactos, reconociendo la detección de una persona dentro del área restringida predeterminada.
Diseño de producto
El sensor PIR normalmente se monta en una placa de circuito impreso que contiene los componentes electrónicos necesarios para interpretar las señales del propio sensor. El conjunto completo generalmente está contenido dentro de una carcasa, montado en una ubicación donde el sensor puede cubrir el área a monitorear.
La carcasa suele tener una "ventana" de plástico a través de la cual puede entrar la energía infrarroja. A pesar de que a menudo solo es translúcida a la luz visible, la energía infrarroja puede llegar al sensor a través de la ventana porque el plástico utilizado es transparente a la radiación infrarroja. La ventana de plástico reduce la posibilidad de que objetos extraños (polvo, insectos, lluvia, etc.) oscurezcan el campo de visión del sensor, dañen el mecanismo y / o provoquen falsas alarmas . La ventana puede usarse como filtro, para limitar las longitudes de onda a 8-14 micrómetros, que es lo más cercano a la radiación infrarroja emitida por los humanos. También puede servir como mecanismo de enfoque; vea abajo.
Enfoque
Se pueden utilizar diferentes mecanismos para enfocar la energía infrarroja distante sobre la superficie del sensor.
Lentes
La cubierta de plástico de la ventana puede tener múltiples facetas moldeadas para enfocar la energía infrarroja en el sensor. Cada faceta individual es una lente de Fresnel .
- Tipo de lente multi-Fresnel de PIR
Carcasa del detector de movimiento PIR con ventana facetada cilíndrica. La animación resalta facetas individuales, cada una de las cuales es una lente Fresnel, enfocando la luz en el elemento sensor debajo.
Solo la cubierta frontal del PIR (componentes electrónicos retirados), con una fuente de luz puntual detrás, para mostrar lentes individuales.
PIR con la cubierta frontal retirada, que muestra la ubicación del sensor piroeléctrico (flecha verde).
Espejos
Algunos PIR están fabricados con espejos parabólicos internos segmentados para enfocar la energía infrarroja. Cuando se utilizan espejos, la cubierta de plástico de la ventana generalmente no tiene lentes de Fresnel moldeadas.
- Tipo de espejo segmentado de PIR
PID residencial / comercial típico que utiliza un espejo segmentado interno para enfocar.
Se quitó la tapa. Espejo segmentado en la parte inferior con placa de PC (circuito impreso) encima.
Se quitó la placa de circuito impreso para mostrar el espejo segmentado.
Espejo parabólico segmentado extraído de la carcasa.
Parte posterior de la placa de circuito que mira hacia el espejo cuando está en su lugar. Sensor piroeléctrico indicado por flecha verde.
Patrón de haz
Como resultado del enfoque, la vista del detector es en realidad un patrón de haz. Bajo ciertos ángulos (zonas), el sensor PIR casi no recibe energía de radiación y bajo otros ángulos el PIR recibe cantidades concentradas de energía infrarroja. Esta separación ayuda al detector de movimiento a discriminar entre la iluminación de todo el campo y los objetos en movimiento.
Cuando una persona camina de un ángulo (haz) a otro, el detector solo verá intermitentemente a la persona en movimiento. Esto da como resultado una señal del sensor que cambia rápidamente que es utilizada por la electrónica para activar una alarma o encender la iluminación. La electrónica ignorará una señal que cambia lentamente.
El número, la forma, la distribución y la sensibilidad de estas zonas están determinados por la lente y / o el espejo. Los fabricantes hacen todo lo posible para crear el patrón de haz de sensibilidad óptimo para cada aplicación.
Detector de movimiento con patrón de haz superpuesto. La longitud de los haces es una medida de la sensibilidad de los detectores en esa dirección.
Aplicaciones de iluminación automática
Cuando se usa como parte de un sistema de iluminación, la electrónica en el PIR generalmente controla un relé integral capaz de cambiar el voltaje de la red. Esto significa que el PIR se puede configurar para encender las luces que están conectadas al PIR cuando se detecta movimiento. Esto se usa más comúnmente en escenarios al aire libre, ya sea para disuadir a los delincuentes (iluminación de seguridad) o para usos prácticos, como el encendido de la luz de la puerta principal para que pueda encontrar sus llaves en la oscuridad.
Los usos adicionales pueden ser en baños públicos, despensas, pasillos o en cualquier lugar donde sea útil el control automático de las luces. Esto puede proporcionar ahorros de energía, ya que las luces solo se encienden cuando se necesitan y no hay que depender de que los usuarios recuerden apagar las luces cuando abandonan el área.
Aplicaciones de seguridad
Cuando se usa como parte de un sistema de seguridad, la electrónica en el PIR generalmente controla un pequeño relé . Este relé completa el circuito a través de un par de contactos eléctricos conectados a una zona de entrada de detección del panel de control de alarma antirrobo . El sistema generalmente está diseñado de tal manera que si no se detecta movimiento, el contacto del relé está cerrado, un relé "normalmente cerrado" (NC). Si se detecta movimiento, el relé abrirá el circuito y activará la alarma; o, si se desconecta un cable, la alarma también funcionará.
Colocación
Los fabricantes recomiendan la colocación cuidadosa de sus productos para evitar falsas alarmas (es decir, cualquier detección que no sea causada por un intruso).
Sugieren montar los PIR de tal manera que el PIR no pueda "ver" por una ventana. Aunque la longitud de onda de la radiación infrarroja a la que son sensibles los chips no penetra muy bien el vidrio, una fuente infrarroja fuerte (como la de un faro de un vehículo o la luz solar) puede sobrecargar el sensor y provocar una falsa alarma. Una persona que se mueva al otro lado del vidrio no será "vista" por el PID. Eso puede ser bueno para una ventana que da a una acera pública o malo para una ventana en una partición interior.
También se recomienda que el PIR no se coloque en una posición en la que un respiradero de HVAC sople aire frío o caliente sobre la superficie del plástico que cubre la ventana de la carcasa. Aunque el aire tiene una emisividad muy baja (emite cantidades muy pequeñas de energía infrarroja), el aire que sopla sobre la cubierta de plástico de la ventana podría cambiar la temperatura del plástico lo suficiente como para activar una falsa alarma.
Los sensores también suelen estar diseñados para "ignorar" a las mascotas domésticas, como perros o gatos, estableciendo un umbral de sensibilidad más alto o asegurándose de que el suelo de la habitación permanezca desenfocado.
Dado que los sensores PIR tienen rangos de hasta 10 metros (30 pies), un solo detector colocado cerca de la entrada es típicamente todo lo que se necesita para habitaciones con una sola entrada. Los sistemas de seguridad basados en PIR también son viables en seguridad exterior e iluminación sensible al movimiento; una ventaja es su bajo consumo de energía, que les permite funcionar con energía solar. [5]
Termómetro remoto PIR
Se han implementado diseños en los que un circuito PIR mide la temperatura de un objeto remoto. [6] En tal circuito, se utiliza una salida PIR no diferencial. La señal de salida se evalúa de acuerdo con una calibración para el espectro IR de un tipo específico de materia a observar. De este modo, se pueden obtener de forma remota mediciones de temperatura relativamente precisas y precisas. Sin calibrar el tipo de material que se está observando, un dispositivo de termómetro PIR puede medir los cambios en la emisión de infrarrojos que corresponden directamente a los cambios de temperatura, pero los valores de temperatura reales no se pueden calcular.
Ver también
- Detector de calor
- Sensor de punto infrarrojo
- Sensor infrarojo
- Lista de sensores
Notas
- ^ Especificaciones de producto para PR150-1L / PR180-1L . Leviton . Consultado el 6 de septiembre de 2014 .[ enlace muerto permanente ]
- ^ "Cómo funcionan los componentes del detector de movimiento por infrarrojos" . Página de investigación no comercial . Glolab Corporation.
- ^ "Tecnología de sensor PIR" . ecosirius.com . Consultado el 1 de febrero de 2014 .
- ^ "Generación de impulsos de salida del sensor PIR" .
- ^ D., Hallee. "Sensores de infrarrojos pasivos: una breve descripción" . InHomeSafetyGuide.org . En la guía de seguridad en el hogar . Consultado el 6 de mayo de 2016 .
- ^ CF Tsai y MS Young (diciembre de 2003). "Termómetro basado en sensor infrarrojo piroeléctrico para la monitorización de objetos de interior". Revisión de instrumentos científicos . 74 (12): 5267–5273. doi : 10.1063 / 1.1626005 .
enlaces externos
- Cómo funcionan los componentes del detector de movimiento por infrarrojos
- Consejos de diseño e instrucciones de montaje de un kit de detector de movimiento
- La patente de EE.UU. 3.703.718 , Sistema de detector de intrusión por infrarrojos , expedida el 21 de noviembre de 1972 a Herbert L. Berman, contiene una explicación muy clara.
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