Fuente: Ulink Media
En la era posterior a la pandemia, consideramos que los sensores infrarrojos son indispensables en nuestro día a día. Durante nuestros desplazamientos, necesitamos que nos midan la temperatura varias veces antes de llegar a nuestro destino. Como sistemas de medición de temperatura con gran cantidad de sensores infrarrojos, estos desempeñan numerosas funciones importantes. A continuación, analizaremos en detalle el sensor infrarrojo.
Introducción a los sensores infrarrojos
Todo lo que se encuentra por encima del cero absoluto (-273 °C) emite constantemente energía infrarroja al espacio circundante. Un sensor infrarrojo es capaz de detectar esta energía y convertirla en energía eléctrica. Un sensor infrarrojo consta de un sistema óptico, un elemento detector y un circuito de conversión.
Los sistemas ópticos se dividen en dos tipos: de transmisión y de reflexión, según su estructura. Los sistemas de transmisión requieren dos componentes: uno emisor de infrarrojos y otro receptor. En cambio, los sistemas de reflexión solo necesitan un sensor para captar la información deseada.
Según su principio de funcionamiento, los elementos detectores se dividen en térmicos y fotoeléctricos. Los termistores son los más utilizados. Al exponerse a la radiación infrarroja, su temperatura aumenta y su resistencia varía (este cambio puede ser mayor o menor, ya que existen termistores con coeficiente de temperatura positivo o negativo), lo que se convierte en una señal eléctrica mediante un circuito de conversión. Los elementos fotoeléctricos, comúnmente fotosensibles, suelen estar fabricados con sulfuro de plomo, seleniuro de plomo, arseniuro de indio, arseniuro de antimonio, aleación ternaria de telururo de mercurio y cadmio, germanio y materiales dopados con silicio.
Según los distintos circuitos de procesamiento y conversión de señal, los sensores infrarrojos se dividen en analógicos y digitales. El circuito de procesamiento de señal de un sensor infrarrojo piroeléctrico analógico es un transistor de efecto de campo, mientras que el de un sensor infrarrojo piroeléctrico digital es un chip digital.
Muchas funciones de los sensores infrarrojos se implementan mediante diferentes combinaciones de tres componentes sensibles: el sistema óptico, el elemento detector y el circuito de conversión. Veamos otras áreas donde los sensores infrarrojos han marcado la diferencia.
Aplicación de sensores infrarrojos
1. Detección de gases
El principio óptico infrarrojo del sensor de gas se basa en las características de absorción selectiva espectral en el infrarrojo cercano de diferentes moléculas de gas, utilizando la relación entre la concentración de gas y la fuerza de absorción (ley de Lambert-Beer) para identificar y determinar la concentración de los componentes del gas en el dispositivo de detección de gases.
Los sensores infrarrojos permiten obtener el mapa de análisis infrarrojo, como se muestra en la figura anterior. Las moléculas compuestas por diferentes átomos absorben la radiación infrarroja al ser irradiadas con luz infrarroja de la misma frecuencia, lo que produce cambios en la intensidad de dicha luz. Según los distintos picos de onda, se pueden determinar los tipos de gas presentes en la mezcla.
Según la posición de un único pico de absorción infrarroja, solo se pueden determinar los grupos presentes en la molécula de gas. Para determinar con precisión el tipo de gas, es necesario analizar las posiciones de todos los picos de absorción en la región del infrarrojo medio, es decir, la huella espectral infrarroja del gas. Mediante el espectro infrarrojo, se puede analizar rápidamente la composición de cada gas en la mezcla.
Los sensores de gas infrarrojos se utilizan ampliamente en la industria petroquímica y metalúrgica, la minería, la monitorización de la contaminación atmosférica y la detección relacionada con la neutralización de carbono, la agricultura y otros sectores. Actualmente, los láseres de infrarrojo medio son costosos. Creo que en el futuro, con el auge de la adopción de sensores infrarrojos para la detección de gases en diversas industrias, estos sensores mejorarán su rendimiento y se abaratarán.
2. Medición de distancia por infrarrojos
El sensor de rango infrarrojo es un tipo de dispositivo de detección que utiliza el infrarrojo como medio de medición, con un amplio rango de medición y un tiempo de respuesta corto. Se utiliza principalmente en la ciencia y la tecnología modernas, la defensa nacional y los campos industrial y agrícola.
El sensor de distancia infrarrojo cuenta con un par de diodos transmisores y receptores de señal infrarroja. Al emitir un haz de luz infrarroja sobre el objeto, este se refleja y regresa al sensor, que recibe la señal. Posteriormente, mediante procesamiento de imágenes CCD, se obtiene la diferencia de tiempo entre la transmisión y la recepción de la señal. Tras este procesamiento, el procesador de señal calcula la distancia al objeto. Este sensor puede utilizarse tanto en superficies naturales como en paneles reflectantes. Su alta respuesta en frecuencia lo hace idóneo para entornos industriales exigentes.
3. La transmisión infrarroja
La transmisión de datos mediante sensores infrarrojos también está muy extendida. Los mandos a distancia de los televisores utilizan señales infrarrojas para controlar el televisor a distancia; los teléfonos móviles pueden transmitir datos mediante infrarrojos. Estas son aplicaciones que existen desde que se desarrolló la tecnología infrarroja.
4. Imagen térmica infrarroja
La cámara termográfica es un sensor pasivo capaz de capturar la radiación infrarroja emitida por objetos con una temperatura superior al cero absoluto. Originalmente desarrollada como herramienta militar de vigilancia y visión nocturna, su uso se ha generalizado, lo que ha abaratado su precio y ampliado considerablemente su campo de aplicación. Entre sus aplicaciones se incluyen la vigilancia animal, agrícola, la construcción, la detección de gases, la industria y el ámbito militar, así como la detección, el seguimiento y la identificación de personas. En los últimos años, la imagen térmica infrarroja se ha empleado en numerosos espacios públicos para medir rápidamente la temperatura de productos.
5. Inducción infrarroja
El interruptor de inducción infrarroja es un interruptor de control automático basado en tecnología de inducción infrarroja. Su función de control automático se basa en la detección del calor infrarrojo emitido por el exterior. Permite encender rápidamente lámparas, puertas automáticas, alarmas antirrobo y otros equipos eléctricos.
Mediante la lente Fresnel del sensor infrarrojo, la luz infrarroja dispersa emitida por el cuerpo humano puede ser detectada por el interruptor, permitiendo así diversas funciones de control automático, como encender la luz. En los últimos años, con la popularidad de los hogares inteligentes, la detección infrarroja también se ha implementado en papeleras inteligentes, inodoros inteligentes, interruptores gestuales inteligentes, puertas con sensor de movimiento y otros productos inteligentes. La detección infrarroja no se limita a la detección de personas, sino que se actualiza constantemente para incorporar más funciones.
Conclusión
En los últimos años, la industria del Internet de las Cosas (IoT) se ha desarrollado rápidamente y presenta un amplio potencial de mercado. En este contexto, el mercado de sensores infrarrojos también ha experimentado un crecimiento significativo. Por consiguiente, el mercado de detectores infrarrojos en China continúa expandiéndose. Según datos, en 2019, el mercado chino de detectores infrarrojos alcanzó un valor cercano a los 400 millones de yuanes, cifra que se estima que se acercará a los 500 millones de yuanes en 2020. Sumado a la demanda de sensores infrarrojos para la medición de temperatura en epidemias y la detección de gases mediante neutralización de carbono, se prevé que el mercado de sensores infrarrojos alcance un tamaño considerable en el futuro.
Fecha de publicación: 16 de mayo de 2022