Um sensor infravermelho é um dispositivo eletrônico que é sensível à radiação infravermelha, que é uma forma de radiação eletromagnética com um comprimento de onda maior do que a luz visível.
Os sensores infravermelhos são capazes de detectar a energia térmica emitida por um objeto ou a mudança no padrão de radiação infravermelha em um ambiente.
Nesse artigo então vamos abordar o sensor infravermelho e explicar suas principais tecnologias e características para sua fabricação e aplicação.
Explorando o funcionamento do Sensor Infravermelho
O funcionamento do sensor infravermelho é baseado na detecção da radiação infravermelha, que é uma forma de radiação eletromagnética com um comprimento de onda maior do que a luz visível. Essa radiação é emitida por todos os objetos que possuem uma temperatura acima do zero absoluto (-273,15°C), o que inclui seres humanos, animais, máquinas e praticamente tudo ao nosso redor.
Os sensores infravermelhos operam com base em princípios físicos que envolvem a absorção, reflexão e emissão de radiação infravermelha. Aqui está um passo a passo do funcionamento básico:
- Emissão de Radiação: Quando um objeto possui uma temperatura acima do zero absoluto, ele emite radiação infravermelha de acordo com sua temperatura. Quanto mais quente o objeto, maior é a quantidade de radiação infravermelha emitida.
- Lentes e Elementos Óticos: Os sensores infravermelhos são equipados com lentes e outros elementos óticos que coletam a radiação infravermelha do ambiente e a direcion
- Filtros e Detecção: Dentro do sensor, existem filtros que bloqueiam a radiação visível e permitem apenas a passagem da radiação infravermelha. Essa radiação é então direcionada para detectores sensíveis a esse tipo de radiação.
- Elementos Sensíveis: Os detectores usados nos sensores infravermelhos são geralmente feitos de materiais semicondutores, como o piroelétrico. Quando a radiação infravermelha atinge esses materiais, eles geram uma carga elétrica.
- Conversão em Sinal Elétrico: A carga elétrica gerada nos elementos sensíveis é convertida em um sinal elétrico que é interpretado como uma alteração de temperatura. Essa alteração de temperatura é o que indica a presença de um objeto ou movimento no ambiente.
- Processamento e Ativação: O sinal elétrico gerado pelos elementos sensíveis é processado pelo circuito eletrônico do sensor. Se a alteração de temperatura detectada for significativa o suficiente, o sensor é ativado, desencadeando a ação para a qual foi projetado. Isso pode ser acionar um alarme de segurança, ligar luzes automaticamente, entre outras ações.
O funcionamento preciso de um sensor infravermelho pode variar com base no tipo específico de sensor e sua aplicação. Por exemplo, os sensores passivos de infravermelho (PIR) são frequentemente usados em sistemas de segurança e automação residencial, enquanto os sensores ativos de infravermelho são usados para detecção de obstáculos em robótica e automóveis.
Em todos os casos, a detecção da radiação infravermelha é o princípio fundamental que permite que esses sensores desempenhem suas funções diversas e vitais.
Característica do sensor infravermelho
Os sensores infravermelhos possuem em suas propriedades duas maneiras de serem aplicados nos circuitos: Detecção por Reflexão ou Detecção por Interrupção.
O primeiro modo um emissor de radiação infravermelha emite o sinal e um objeto refletor rebate para um receptor, sendo assim quanto mais próximo o objeto refletor maior a intensidade do sinal.
Já no modo Detecção por Interrupção o emissor de sinal infravermelho e o receptor são instalado na mesma direção com sentidos opostos, com isso os atuadores somente entram em ação quando o sinal infravermelho for interrompido por algum objeto, nessa aplicação é sempre valido proteger ao máximo o receptor para que nenhuma interferência indesejada ocorra.
As radiações devem sempre ser adequadas ao tipo de situação que se deseja atingir, para isso deve ser feito em primeiro momento qual melhor característica de sensor infravermelho utilizar, os térmicos ou os quânticos que operam de forma bem diferente, onde a corrente depende da temperatura nos sensores infravermelhos térmicos e nos sensores quânticos a tensão gerada vai depender da temperatura.
Além de sabermos essas características dos sensores temos que nos lembrar do espectro do feixe de sinal irradiado a ser detectado, bem como velocidade de atuação principalmente nas aplicações onde o sinal transporta dados, nesse caso vamos ter os seguintes sensores infravermelho:
- Foto diodos de PIN de inGaAs: Diodos infravermelhos com baixa capacitância, alta velocidade resposta e baixo nível de ruído, esse modelo é subdividido em:
- Detectores NIR: alta performance e baixo ruído;
- Fotodiodo melhorado de inGaAs: para ondas mais longas;
- Fotodiodo melhorado de inGaAs: para ondas curtas;
- Fotodiodo PIN de inGaAs: possui pré-amplificador;
- Sensores infravermelhos de imagem: utilizado em espectroscopia ótica;
- Cabeça sensora inGaAs multicanal: sensores com baixo ruído e sinal de alta qualidade com controlador de temperatura.
- Células PbS e PbSe: Velocidade de resposta alta e operam em temperatura ambiente, geralmente utilizadas para detectar variação de temperatura;
- Detectores foto – voltaicos de IInAs e In Sb: Possuem ondas próximas as do PbS e PbSe com mesma velocidade e característica de ruído, porem utilizam a radiação gerada por uma tenção em sua junção P-N, são aplicados em analisadores de gases por exemplo;
- Detectores MCT: Detectores foto condutivos que usam a variação de condutividade dos materiais para incidir a radiação, com isso operam com diversas características de frequência e velocidade, aplicados geralmente em imagem térmica;
- Detectores de duas cores: Sensor com duplo chip sendo um foto diodo que transmite irradiação infravermelha e um detector de infravermelho, dessa forma é possível captar ondas de diversas frequências, utilizados em medidores de espessura de filme;
- Detectores piroelétricos: Sensores fabricados com LiTaO3 e com opção de ajustes do gap de operação das ondas de frequência esse sensor é largamente utilizado em detectores de incêndio.
Tipos de Sensores Infravermelhos
Existem vários tipos de sensores infravermelhos, incluindo:
- Sensores Passivos (PIR – Passive Infrared): Esses sensores detectam mudanças no padrão de calor. Eles são frequentemente usados em sistemas de segurança e automação residencial para detectar movimento de pessoas.
- Sensores Ativos: Eles emitem um sinal infravermelho e medem o reflexo para determinar a presença de um objeto. Usados em sistemas de detecção de obstáculos e em dispositivos como controles remotos.
- Sensores de Temperatura: Medem a temperatura de objetos ou do ambiente através da radiação infravermelha que eles emitem.
Aplicações dos Sensores Infravermelhos
Os sensores infravermelhos têm diversas aplicações, incluindo:
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- Sistemas de Segurança: Em sistemas de alarme, sensores infravermelhos detectam movimento e ativam alarmes em caso de intrusões.
- Automatização Residencial: Usados em sistemas de iluminação automática, controle de temperatura e sistemas de monitoramento.
- Eletrônicos de Consumo: Presentes em controles remotos de televisões, aparelhos de ar-condicionado e outros dispositivos.
- Detecção de Obstáculos: Em robôs e veículos autônomos para evitar colisões.
- Controle de Acesso: Em sistemas de entrada sem chave para edifícios e veículos.
- Medição de Temperatura: Em termômetros infravermelhos para medir a temperatura da pele, alimentos, máquinas e muito mais.
- Medicina: Usados em equipamentos de imagem térmica para diagnosticar problemas de saúde.
Vantagens:
- Detectam movimento sem necessidade de contato físico.
- Úteis em condições de baixa visibilidade, como escuridão.
- Reagem a mudanças de calor, o que os torna eficazes em ambientes com diferentes temperaturas.
Desvantagens:
- Podem ser sensíveis a fontes de calor falsas, como aquecimento solar.
- Em alguns casos, podem ser enganados por movimentos sutis, como folhas de árvores ao vento.
Conclusão
Sensores infravermelhos são componentes valiosos em muitas aplicações, proporcionando detecção de movimento e presença baseadas em radiação infravermelha. Ao planejar a utilização desses sensores, é essencial compreender as necessidades específicas do projeto e escolher o tipo de sensor infravermelho mais adequado.
muito boa a matéria dos sensores, estou concluindo o curso técnico em automação industrial esse mês, essas informações são valiosas mesmo, abraço
Gostei muito
Olá Joãozinho, seja bem vindo ao Saber Elétrica é um prazer te-lo como leitor dos nossos artigos.
Não é o contrário? Nos térmicos gera v(T) e nos quânticos i(T)?