Sensor Infrarrojo

Un sensor infrarrojo es un instrumento electrónico que se utiliza para detectar ciertas características de su entorno. Lo hace emitiendo o detectando radiación infrarroja. Los sensores infrarrojos también son capaces de medir el calor emitido por un objeto y detectar movimiento.

La tecnología infrarroja se encuentra no solo en la industria, sino también en la vida cotidiana. Los televisores, por ejemplo, usan un detector infrarrojo para interpretar las señales enviadas desde un control remoto. Los sensores infrarrojos pasivos se usan para sistemas de detección de movimiento, y los sensores LDR se usan para sistemas de iluminación exterior. Los beneficios clave de los sensores infrarrojos incluyen sus requisitos de baja potencia, sus circuitos simples y sus características portátiles.

càmara infrarroja  enfocando calle

Teoría de la radiación infrarroja

Las ondas infrarrojas no son visibles para el ojo humano. En el espectro electromagnético, se puede encontrar radiación infrarroja entre las regiones visibles y de microondas. Las ondas infrarrojas suelen tener longitudes de onda entre 0,75 y 1000 µm.

El espectro infrarrojo se puede dividir en IR cercano, IR medio e IR lejano. La región de longitud de onda de 0,75 a 3 µm se conoce como la región del infrarrojo cercano. La región entre 3 y 6 µm se conoce como región del infrarrojo medio, y la radiación infrarroja que tiene una longitud de onda mayor que 6 µm se conoce como infrarrojo lejano.

 Sensor Infrarrojo
Sensor Infrarrojo

Los fundamentos de la ciencia infrarroja

La teoría de la espectroscopía infrarroja había existido desde que FW Herschel descubrió la luz infrarroja en 1800. Herschel realizó un experimento usando un prisma para refractar la luz del sol y pudo detectar la presencia de radiación infrarroja más allá de la parte roja del espectro visible usando un termómetro para medir un aumento de temperatura.

Los tipos de sensores infrarrojos

Los sensores infrarrojos pueden ser activos o pasivos y se pueden dividir en dos tipos principales:

  • Sensores infrarrojos térmicos: utilice la energía infrarroja como calor. Su sensibilidad fotográfica es independiente de la longitud de onda que se detecta. Los detectores térmicos no requieren enfriamiento, pero tienen tiempos de respuesta lentos y capacidades de detección bajas.
  • Sensores infrarrojos cuánticos: proporcionan un mayor rendimiento de detección y una velocidad de respuesta más rápida. Su sensibilidad fotográfica depende de la longitud de onda. Los detectores cuánticos deben enfriarse para obtener mediciones precisas.

El principio de funcionamiento de los sensores infrarrojos.

La física detrás de los sensores infrarrojos se rige por tres leyes:

  • Ley de radiación de Planck: cada objeto a una temperatura T no igual a 0 K emite radiación.
  • Ley de Stephan Boltzmann: la energía total emitida en todas las longitudes de onda por un cuerpo negro está relacionada con la temperatura absoluta.
  • Ley de desplazamiento de Wein: los objetos de diferentes temperaturas emiten espectros que alcanzan su punto máximo en diferentes longitudes de onda

Todos los objetos que tienen una temperatura superior al cero absoluto (0 Kelvin) poseen energía térmica y, como resultado, son fuentes de radiación infrarroja.

Las fuentes de radiación infrarroja incluyen radiadores de cuerpo negro, lámparas de tungsteno y carburo de silicio. Los sensores infrarrojos generalmente usan láseres infrarrojos y LED con longitudes de onda infrarrojas específicas como fuentes.

Se requiere un medio de transmisión para la transmisión infrarroja, que puede estar compuesto por un vacío, la atmósfera o una fibra óptica.

Los componentes ópticos, tales como lentes ópticas hechas de cuarzo, CaF2, Ge y Si, lentes Fresnel de polietileno y espejos Al o Au se utilizan para converger o enfocar la radiación infrarroja. Para limitar la respuesta espectral, se pueden usar filtros de paso de banda.

A continuación, se utilizan detectores infrarrojos para detectar la radiación que se ha enfocado. La salida del detector suele ser muy pequeña y, por lo tanto, se requieren preamplificadores junto con circuitos para procesar aún más las señales recibidas.

Donde se usa la tecnología infrarroja?

Electrónica de consumo

Los sensores de infrarrojos los podemos encontrar en aparataos electrónicos como mandos a distancia, cámaras de videovigilancia, sensores de movimiento o de proximidad y en muchos aparatos domésticos.

Sensor Infrarrojo detección de movimiento
Sensor Infrarrojo para detección de movimiento

Dispositivos de visión nocturna

La tecnología infrarroja se implementa en equipos de visión nocturna si no hay suficiente luz visible disponible para ver sin ayuda. Los dispositivos de visión nocturna convierten los fotones de luz ambiental en electrones y luego los amplifican mediante un proceso químico y eléctrico antes de finalmente convertirlos nuevamente en luz visible.

Astronomía infrarroja

La astronomía infrarroja es un campo de astronomía que estudia objetos astronómicos que son visibles en la radiación infrarroja. Mediante el uso de telescopios y detectores de estado sólido, los astrónomos pueden observar objetos en el universo que son imposibles de detectar utilizando luz en el rango visible del espectro electromagnético.

Se han instalado observatorios infrarrojos en el espacio, como el telescopio espacial Spitzer y el observatorio espacial Herschel. Los observatorios no se ven afectados por la absorción de luz infrarroja por el vapor de agua en la atmósfera de la Tierra.

Seguimiento infrarrojo

El seguimiento infrarrojo, también conocido como referencia infrarroja, es un sistema de guía de misiles que funciona utilizando la radiación electromagnética infrarroja emitida desde un objetivo para rastrearlo. Estos sistemas de misiles a menudo se conocen como ‘buscadores de calor’ ya que el infrarrojo es irradiado fuertemente por cuerpos calientes como personas, vehículos y aviones.

Historia del arte y restauración

Los historiadores del arte utilizan la reflectografía infrarroja para revelar capas ocultas en las pinturas. Esta técnica de reflectografía es útil para ayudar a decidir si una pintura es una versión original o una copia, y si ha sido alterada por trabajos de restauración.

Imágenes hiperespectrales

Las imágenes hiperespectrales acumulan y procesan información de todo el espectro electromagnético y pueden usarse para rastrear nanopartículas dentro de grandes organismos vivos.

Otras áreas de aplicación clave

Otras áreas de aplicación clave que usan sensores infrarrojos incluyen:

  • Meteorología
  • Uso doméstico
  • Cámaras videovigilancia
  • Seguridad aerea
  • Periféricos de IT
  • Fotobiomodulación
  • Detectores de gas
  • Análisis de agua
  • Pruebas de anestesiología
  • Exploración de petróleo
  • Seguridad ferroviaria

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