Qué es un sensor de infrarrojos : Esquema del circuito y su funcionamiento

La tecnología de infrarrojos se utiliza en la vida cotidiana y también en las industrias con distintos fines. Por ejemplo, los televisores utilizan un sensor IR para entender las señales que se transmiten desde un mando a distancia. Las principales ventajas de los sensores IR son su bajo consumo, su diseño sencillo y sus cómodas características. Las señales IR no son perceptibles para el ojo humano. La radiación IR en el espectro electromagnético se encuentra en las regiones del visible y las microondas. Normalmente, las longitudes de onda de estas ondas oscilan entre 0,7 µm 5 y 1000µm. El espectro IR puede dividirse en tres regiones: infrarrojo cercano, infrarrojo medio e infrarrojo lejano. La longitud de onda de la región del infrarrojo cercano va de 0,75 a 3µm, la de la región del infrarrojo medio va de 3 a 6µm y la de la región del infrarrojo lejano es superior a 6µm.


¿Qué es un sensor IR/sensor infrarrojo?

Un sensor de infrarrojos es un dispositivo electrónico que emite para detectar algunos aspectos del entorno. Un sensor IR puede medir el calor de un objeto, así como detectar el movimiento. Este tipo de sensores sólo miden la radiación infrarroja, en lugar de emitirla, lo que se denomina sensor IR pasivo. Normalmente, en el espectro infrarrojo, todos los objetos irradian alguna forma de radiación térmica.

Sensor de infrarrojos

Este tipo de radiaciones, invisibles para nuestros ojos, pueden ser detectadas por un sensor de infrarrojos. El emisor es simplemente un LED IR (diodo emisor de luz) y el detector es simplemente un fotodiodo IR sensible a la luz IR de la misma longitud de onda que la emitida por el LED IR. Cuando la luz IR incide sobre el fotodiodo, las resistencias y las tensiones de salida cambiarán en proporción a la magnitud de la luz IR recibida.

Principio de funcionamiento

El principio de funcionamiento de un sensor de infrarrojos es similar al del sensor de detección de objetos. Este sensor incluye un LED IR y un fotodiodo IR, por lo que combinando estos dos se puede formar un fotoacoplador o, de otro modo, un optoacoplador. Las leyes físicas que se utilizan en este sensor son la radiación de planchas, Stephan Boltzmann y el desplazamiento de weins.

El LED IR es un tipo de transmisor que emite radiaciones IR. Este LED tiene un aspecto similar al de un LED estándar y la radiación que genera no es visible para el ojo humano. Los receptores de infrarrojos detectan principalmente la radiación mediante un transmisor de infrarrojos. Estos receptores de infrarrojos están disponibles en forma de fotodiodos. Los fotodiodos de infrarrojos son distintos a los fotodiodos habituales porque detectan simplemente la radiación IR. Existen diferentes tipos de receptores de infrarrojos, principalmente en función de la tensión, la longitud de onda, el envase, etc.

Cuando se utiliza como combinación de un transmisor y un receptor de IR, la longitud de onda del receptor debe ser igual a la del transmisor. En este caso, el transmisor es un LED IR, mientras que el receptor es un fotodiodo IR. El fotodiodo infrarrojo responde a la luz infrarroja que se genera a través de un LED infrarrojo. La resistencia del fotodiodo y el cambio de la tensión de salida son proporcionales a la luz infrarroja obtenida. Éste es el principio de funcionamiento fundamental del sensor de infrarrojos.

Una vez que el transmisor de infrarrojos genera la emisión, ésta llega al objeto y parte de la emisión se refleja hacia el receptor de infrarrojos. El receptor de infrarrojos puede decidir la salida del sensor en función de la intensidad de la respuesta.

Tipos de sensores de infrarrojos

Los sensores infrarrojos se clasifican en dos tipos, como sensor IR activo y sensor IR pasivo.

Sensor IR activo

Este sensor de infrarrojos activo incluye tanto el transmisor como el receptor. En la mayoría de las aplicaciones, el diodo emisor de luz se utiliza como fuente. El LED se utiliza como sensor de infrarrojos sin imagen, mientras que el diodo láser se utiliza como sensor de infrarrojos con imagen.

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Estos sensores funcionan a través de la radiación de energía, recibida y detectada a través de la radiación. Además, se puede procesar utilizando el procesador de señales para obtener la información necesaria. Los mejores ejemplos de este sensor de infrarrojos activo son el sensor de reflectancia y el de haz de rotura.

Sensor IR pasivo

El sensor de infrarrojos pasivo sólo incluye detectores, pero no incluye un transmisor. Estos sensores utilizan un objeto como transmisor o fuente de IR. Este objeto emite energía y la detecta a través de receptores de infrarrojos. Después, se utiliza un procesador de señales para entender la señal y obtener la información necesaria.

Los mejores ejemplos de este sensor son el detector piroeléctrico, el bolómetro, el termopar-termopila, etc. Estos sensores se clasifican en dos tipos: sensor IR térmico y sensor IR cuántico. El sensor IR térmico no depende de la longitud de onda. La fuente de energía que utilizan estos sensores se calienta. Los detectores térmicos son lentos en su respuesta y tiempo de detección. El sensor IR cuántico depende de la longitud de onda y estos sensores incluyen una respuesta y un tiempo de detección elevados. Estos sensores necesitan una refrigeración periódica para realizar mediciones específicas.

Diagrama del circuito del sensor IR

Un circuito de sensor de infrarrojos es uno de los módulos sensores básicos y populares en un dispositivo electrónico. Este sensor es análogo a los sentidos de visión del ser humano, que puede utilizarse para detectar obstáculos y es una de las aplicaciones habituales en tiempo real. Este circuito consta de los siguientes componentes

  • CI LM358 2 pares de transmisores y receptores de infrarrojos
  • Resistencias del rango de los kilo-ohmios.
  • Resistencias variables.
  • LED (diodo emisor de luz).
Diagrama del circuito del sensor de infrarrojos
Diagrama del circuito del sensor de infrarrojos

En este proyecto, la sección del transmisor incluye un sensor de infrarrojos, que transmite rayos infrarrojos continuos para que los reciba un módulo receptor de infrarrojos. Un terminal de salida IR del receptor varía en función de la recepción de los rayos IR. Como esta variación no puede analizarse como tal, esta salida puede alimentarse a un circuito comparador. Aquí se utiliza un amplificador operacional (op-amp) de LM 339 como circuito comparador.

Cuando el receptor de infrarrojos no recibe ninguna señal, el potencial de la entrada inversora es mayor que el de la entrada no inversora del CI comparador (LM339). Por lo tanto, la salida del comparador pasa a ser baja, pero el LED no se enciende. Cuando el módulo receptor de IR recibe una señal, el potencial de la entrada inversora baja. Así, la salida del comparador (LM 339) se pone a nivel alto y el LED empieza a brillar.

Las resistencias R1 (100 ), R2 (10k ) y R3 (330) se utilizan para garantizar el paso de un mínimo de 10 mA de corriente a través de los dispositivos LED IR, como el fotodiodo y los LED normales, respectivamente. La resistencia VR2 (preajustada=5k ) se utiliza para ajustar los terminales de salida. La resistencia VR1 (preajustada=10k ) se utiliza para ajustar la sensibilidad del circuito Diagrama. Más información sobre los sensores IR.

Circuito de sensor IR con transistor

A continuación se muestra el diagrama del circuito del sensor IR que utiliza transistores, es decir, la detección de obstáculos mediante dos transistores. Este circuito se utiliza principalmente para la detección de obstáculos mediante un LED IR. Por tanto, este circuito se puede construir con dos transistores como NPN y PNP. Para NPN se utiliza el transistor BC547, mientras que para PNP se utiliza el transistor BC557. El pinout de estos transistores es el mismo.

Circuito de sensor de infrarrojos con transistores
Circuito sensor de infrarrojos con transistores

En el circuito anterior, un LED de infrarrojos está siempre encendido, mientras que el otro LED de infrarrojos está unido al terminal base del transistor PNP, porque este LED de infrarrojos actúa como detector. Los componentes necesarios de este circuito sensor de infrarrojos incluyen resistencias de 100 y 200 ohmios, transistores BC547 y BC557, LED, LED de infrarrojos-2. El procedimiento paso a paso de cómo hacer el circuito del sensor de IR incluye los siguientes pasos.

  • Conecta los componentes según el esquema del circuito utilizando los componentes necesarios
  • Conecta un LED infrarrojo al terminal base del transistor BC547
  • Conecta un LED de infrarrojos al terminal base del mismo transistor.
  • Conecta la resistencia de 100Ω hacia las patillas residuales de los LEDs infrarrojos.
  • Conecta el terminal base del transistor PNP hacia el terminal colector del transistor NPN.
  • Conecta el LED y la resistencia de 220Ω según la conexión del esquema del circuito.
  • Una vez realizada la conexión del circuito, dale la alimentación al circuito para probarlo.
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Funcionamiento del circuito

Una vez detectado el LED de infrarrojos, la luz reflejada por el objeto activará una pequeña corriente que suministrará a todo el detector del LED de infrarrojos. Esto activará el transistor NPN y el PNP, por lo que el LED se encenderá. Este circuito es aplicable para realizar diferentes proyectos, como que las lámparas automáticas se activen cuando una persona se acerque a la luz.

Circuito de alarma antirrobo con sensor IR

Este circuito de alarma antirrobo por infrarrojos se utiliza en entradas, puertas, etc. Este circuito emite un sonido de zumbido para alertar a la persona interesada cuando alguien cruza por el rayo IR. Cuando los rayos IR no son visibles para los humanos, este circuito funciona como un dispositivo de seguridad oculto.

Circuito de alarma antirrobo
Circuito de alarma antirrobo con sensor IR

Los componentes necesarios de este circuito incluyen principalmente el NE555IC, las resistencias R1 y R2 = 10k y 560, D1 (fotodiodo IR), D2 (LED IR), C1 Condensador (100nF), S1 (interruptor pulsador), B1 (Zumbador) y alimentación de 6v DC.
Este circuito se puede conectar disponiendo el LED de infrarrojos y los sensores de infrarrojos en la puerta de forma opuesta. Para que el rayo infrarrojo pueda caer sobre el sensor de forma adecuada. En condiciones normales, el rayo infrarrojo cae siempre sobre el diodo infrarrojo y la condición de salida en el pin-3 permanecerá en la condición baja.

Este rayo se interrumpirá cuando un objeto sólido lo atraviese. Cuando el rayo infrarrojo se rompa, el circuito se activará y la salida pasará a la condición de ON. La condición de salida se mantiene hasta que se resintoniza cerrando el interruptor, es decir, cuando se desprende la interrupción del rayo, la alarma permanece en ON. Para evitar que otros desactiven la alarma, el circuito o el interruptor de restablecimiento debe estar situado lejos o fuera de la vista del sensor de infrarrojos. En este circuito, se conecta un zumbador «B1» para producir sonido con un sonido incorporado y este sonido incorporado puede sustituirse por un timbre alternativo o por una sirena fuerte en función de las necesidades.

Ventajas

El ventajas del sensor IR son las siguientes

  • Consume menos energía
  • La detección del movimiento es posible en presencia o ausencia de luz aproximadamente con igual fiabilidad.
  • No necesitan el contacto con el objeto para la detección
  • No hay fuga de datos debido a la dirección de los rayos
  • Estos sensores no se ven afectados por la oxidación y la corrosión
  • La inmunidad al ruido es muy fuerte

Desventajas

El desventajas del sensor IR incluyen lo siguiente

  • Se requiere línea de visión
  • El alcance es limitado
  • Pueden verse afectados por la niebla, la lluvia, el polvo, etc
  • Menor velocidad de transmisión de datos

Aplicaciones del sensor IR

Los sensores IR se clasifican en diferentes tipos según las aplicaciones. Algunas de las aplicaciones típicas de los distintos tipos de sensores. El sensor de velocidad se utiliza para sincronizar la velocidad de varios motores. El sensor de temperatura se utiliza para el control de la temperatura industrial. El sensor PIR se utiliza para un sistema de apertura automática de puertas y el sensor de ultrasonidos se utiliza para medir la distancia.

Los sensores IR se utilizan en varios proyectos basados en sensores y también en varios dispositivos electrónicos que miden la temperatura que se discute a continuación.

Termómetros de radiación

Los sensores IR se utilizan en los termómetros de radiación para medir la temperatura en función de la temperatura y el material del objeto y estos termómetros tienen algunas de las siguientes características

  • Medición sin contacto directo con el objeto
  • Respuesta más rápida
  • Mediciones de patrones fáciles
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Monitores de llama

Estos tipos de dispositivos se utilizan para detectar la luz emitida por las llamas y para controlar cómo arden. La luz emitida por las llamas se extiende desde los tipos de regiones UV a IR. El PBS, el PbSe, el detector bicolor y el detector piroeléctrico son algunos de los detectores más empleados en los monitores de llamas.

Analizadores de humedad

Los analizadores de humedad utilizan longitudes de onda que son absorbidas por la humedad en la región IR. Los objetos se irradian con luz de estas longitudes de onda (1,1 µm, 1,4 µm, 1,9 µm y 2,7µm) y también con longitudes de onda de referencia.

Las luces reflejadas por los objetos dependen del contenido de humedad y son detectadas por el analizador para medir la humedad (relación entre la luz reflejada en estas longitudes de onda y la luz reflejada en la longitud de onda de referencia). En los circuitos de los analizadores de humedad se emplean fotodiodos PIN de GaAs, detectores fotoconductores Pbs.

Analizadores de gases

Los sensores IR se utilizan en los analizadores de gases que utilizan las características de absorción de los gases en la región IR. Se utilizan dos tipos de métodos para medir la densidad del gas, como el dispersivo y el no dispersivo.

Dispersivo: La luz emitida se divide espectroscópicamente y sus características de absorción se utilizan para analizar los ingredientes del gas y la cantidad de la muestra.

No dispersivo: Es el método más utilizado y utiliza las características de absorción sin dividir la luz emitida. Los tipos no dispersivos utilizan filtros ópticos discretos de paso de banda, similares a las gafas de sol que se utilizan para la protección de los ojos para filtrar la radiación UV no deseada.

Este tipo de configuración se suele denominar tecnología de infrarrojos no dispersiva (NDIR). Este tipo de analizador se utiliza para las bebidas carbonatadas, mientras que un analizador no dispersivo se utiliza en la mayoría de los instrumentos IR comerciales, para las fugas de combustible de los gases de escape de los automóviles.

Dispositivos de imagen IR

El dispositivo de imagen IR es una de las principales aplicaciones de las ondas IR, principalmente en virtud de su propiedad de no ser visible. Se utiliza para las cámaras térmicas, los dispositivos de visión nocturna, etc.

Por ejemplo, el agua, las rocas, el suelo, la vegetación y la atmósfera, así como los tejidos humanos, se caracterizan por emitir radiación IR. Los detectores infrarrojos térmicos miden estas radiaciones en el rango IR y mapean las distribuciones espaciales de temperatura del objeto/área en una imagen. Las cámaras térmicas suelen estar compuestas por sensores de Sb (antimonita de indio), Gd Hg (germanio dopado con mercurio), Hg Cd Te (teluro de mercurio-cadmio).

Un detector electrónico se enfría a bajas temperaturas utilizando helio líquido o nitrógeno líquido. Entonces, el enfriamiento de los detectores garantiza que la energía radiante (fotones) registrada por los detectores proceda del terreno y no de la temperatura ambiente de los objetos dentro del propio escáner y de los dispositivos electrónicos de imagen IR.

Las principales aplicaciones de los sensores de infrarrojos son principalmente las siguientes

  • Meteorología
  • Climatología
  • Fotomodulación
  • Análisis del agua
  • Detectores de gas
  • Pruebas de anestesiología
  • Exploración del petróleo
  • Seguridad ferroviaria

Por lo tanto, todo esto es sobre el sensor de infrarrojos circuito con funcionamiento y aplicaciones. Estos sensores se utilizan en muchos proyectos de electrónica basados en sensores. Creemos que habrás comprendido mejor este sensor de infrarrojos y su principio de funcionamiento. Además, si tienes alguna duda respecto a este artículo o a los proyectos, por favor, danos tu opinión comentando en la sección de comentarios de abajo. Aquí tienes una pregunta, ¿puede el termómetro de infrarrojos funcionar en completa oscuridad?

Créditos de las fotos:

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