Fuente: Ulink Media
En la era posterior a la pandemia, consideramos que los sensores infrarrojos son indispensables en el día a día. Al desplazarnos, necesitamos medir la temperatura varias veces antes de llegar a nuestro destino. La medición de temperatura mediante sensores infrarrojos, en general, desempeña muchas funciones importantes. A continuación, analizaremos en detalle los sensores infrarrojos.
Introducción a los sensores infrarrojos
Cualquier temperatura superior al 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 pueden clasificar en sistemas de transmisión y reflexión según su estructura. Los sistemas de transmisión requieren dos componentes: uno transmisor de infrarrojos y otro receptor. Los sistemas de reflexión, en cambio, solo necesitan un sensor para recopilar la información deseada.
Según su principio de funcionamiento, los elementos detectores se pueden clasificar en térmicos y fotoeléctricos. Los termistores son los más utilizados. Al exponerse a radiación infrarroja, un termistor aumenta su temperatura y su resistencia varía (este cambio puede ser mayor o menor, ya que existen termistores con coeficiente de temperatura positivo y negativo), lo que permite convertir esta variación en una señal eléctrica mediante un circuito de conversión. Los elementos fotoeléctricos, comúnmente utilizados como elementos 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 silicio.
Según los diferentes circuitos de procesamiento y conversión de señales, los sensores infrarrojos se pueden dividir en analógicos y digitales. El circuito de procesamiento de señales del sensor infrarrojo piroeléctrico analógico utiliza un tubo de efecto de campo, mientras que el circuito de procesamiento de señales del sensor infrarrojo piroeléctrico digital utiliza un chip digital.
Muchas funciones de un sensor infrarrojo se logran mediante diferentes combinaciones de tres componentes sensibles: el sistema óptico, el elemento de detección y el circuito de conversión. Veamos otras áreas donde los sensores infrarrojos han marcado la diferencia.
Aplicación del sensor infrarrojo
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, y utiliza 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 sensor.
Los sensores infrarrojos permiten obtener el mapa de análisis infrarrojo, como se muestra en la figura anterior. Las moléculas compuestas por átomos diferentes absorben la radiación infrarroja al ser irradiadas con luz infrarroja a la misma frecuencia, lo que provoca cambios en la intensidad de dicha luz. A partir de los diferentes picos de onda, se pueden determinar los tipos de gases 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 la posición de todos los picos de absorción en la región del infrarrojo medio, es decir, la huella dactilar de absorción infrarroja del gas. Mediante el espectro infrarrojo, se puede analizar rápidamente el contenido de cada gas en la mezcla.
Los sensores de gas infrarrojos se utilizan ampliamente en la industria petroquímica y metalúrgica, en la minería, en el monitoreo de la contaminación atmosférica y en la detección relacionada con la neutralización de carbono, así como en la agricultura y otros sectores. Actualmente, los láseres infrarrojos medios son costosos. Creo que en el futuro, con el creciente uso de sensores infrarrojos para la detección de gases en diversas industrias, estos sensores se volverán más eficientes y económicos.
2. Medición de distancia por infrarrojos
El sensor de alcance infrarrojo es un tipo de dispositivo de detección que utiliza infrarrojos 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 industriales y agrícolas.
El sensor de distancia infrarrojo cuenta con un par de diodos transmisores y receptores de señal infrarroja. Emite un haz de luz infrarroja que, tras incidir sobre el objeto, se refleja y regresa al sensor. Posteriormente, mediante el procesamiento de imágenes CCD, se obtiene la diferencia de tiempo entre la transmisión y la recepción de los datos. Tras el procesamiento de la señal, el procesador calcula la distancia al objeto. Este sensor puede utilizarse no solo en superficies naturales, sino también en paneles reflectantes. Ofrece medición de distancia, alta respuesta en frecuencia y es adecuado para entornos industriales exigentes.
3. La transmisión infrarroja
La transmisión de datos mediante sensores infrarrojos también se utiliza ampliamente. Los mandos a distancia de los televisores utilizan señales infrarrojas para controlarlos de forma remota; 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 cuya temperatura sea superior al cero absoluto. Originalmente desarrollada como herramienta de vigilancia militar y visión nocturna, su precio disminuyó, ampliando considerablemente su campo de aplicación. Entre las aplicaciones de la cámara termográfica se incluyen la observación de animales, la agricultura, 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 utilizado en numerosos espacios públicos para medir rápidamente la temperatura de diversos 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 logra detectando el calor infrarrojo emitido desde el exterior. Permite encender rápidamente lámparas, puertas automáticas, alarmas antirrobo y otros equipos eléctricos.
Mediante la lente de Fresnel del sensor infrarrojo, el interruptor puede detectar la luz infrarroja dispersa emitida por el cuerpo humano, lo que permite 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 utilizado en papeleras inteligentes, inodoros inteligentes, interruptores gestuales inteligentes, puertas de inducción y otros productos inteligentes. La detección infrarroja no se limita a detectar personas, sino que se actualiza constantemente para incorporar más funciones.
Conclusión
En los últimos años, la industria del Internet de las Cosas se ha desarrollado rápidamente y cuenta con amplias perspectivas de mercado. En este contexto, el mercado de sensores infrarrojos también ha experimentado un crecimiento significativo. Por lo tanto, el mercado chino de detectores infrarrojos continúa expandiéndose. Según datos, en 2019, el tamaño del mercado chino de detectores infrarrojos alcanzó casi 400 millones de yuanes, cifra que se prevé que llegue a cerca de 500 millones de yuanes en 2020. Sumado a la demanda de medición de temperatura por infrarrojos para combatir epidemias y la neutralización de carbono mediante la detección de gases por infrarrojos, el mercado de sensores infrarrojos tendrá un enorme potencial en el futuro.
Fecha de publicación: 16 de mayo de 2022