Sensor infrarrojo pasivo

Un sensor infrarrojo pasivo ( sensor PIR ) es un sensor electrónico que mide la luz infrarroja (IR) que irradian los objetos en su campo de visión. Se utilizan con mayor frecuencia en detectores de movimiento basados ​​en PIR . Los sensores PIR se utilizan comúnmente en alarmas de seguridad y aplicaciones de iluminación automática.

Los sensores PIR detectan el movimiento general, pero no brindan información sobre quién o qué se movió. Para ello, se requiere un sensor de imágenes IR .

Los sensores PIR se denominan comúnmente simplemente "PIR" o, a veces, "PID", abreviatura de "detector infrarrojo pasivo". El término pasivo se refiere al hecho de que los dispositivos PIR no irradian energía con fines de detección. Funcionan exclusivamente detectando la radiación infrarroja (calor radiante) emitida o reflejada por los objetos.

Todos los objetos con una temperatura superior al cero absoluto emiten energía térmica en forma de radiación electromagnética. Normalmente, esta radiación no es visible para el ojo humano porque irradia en longitudes de onda infrarrojas, pero puede ser detectada por dispositivos electrónicos diseñados para tal fin.

Un detector de movimiento basado en PIR se utiliza para detectar el movimiento de personas, animales u otros objetos. Se utilizan habitualmente en alarmas antirrobo y sistemas de iluminación activados automáticamente .

Un sensor PIR puede detectar cambios en la cantidad de radiación infrarroja que incide sobre él, que varía según la temperatura y las características de la superficie de los objetos que se encuentran frente al sensor. ^[2] Cuando un objeto, como una persona, pasa frente a un fondo, como una pared, la temperatura en ese punto del campo de visión del sensor aumentará de la temperatura ambiente a la temperatura corporal y luego volverá a la temperatura normal. El sensor convierte el cambio resultante en la radiación infrarroja entrante en un cambio en el voltaje de salida, y esto activa la detección. Los objetos de temperatura similar pero con características de superficie diferentes también pueden tener un patrón de emisión infrarroja diferente, por lo que moverlos con respecto al fondo también puede activar el detector. ^[3]

Los PIR vienen en muchas configuraciones para una amplia variedad de aplicaciones. Los modelos más comunes tienen numerosas lentes Fresnel o segmentos de espejo, un alcance efectivo de aproximadamente 10 metros (30 pies) y un campo de visión de menos de 180°. Hay modelos con campos de visión más amplios, incluidos 360°, generalmente diseñados para montarse en un techo. Algunos PIR más grandes están hechos con espejos de un solo segmento y pueden detectar cambios en la energía infrarroja a más de 30 metros (100 pies) del PIR. También hay PIR diseñados con espejos de orientación reversible que permiten una cobertura amplia (110° de ancho) o una cobertura de "cortina" muy estrecha, o con segmentos seleccionables individualmente para "dar forma" a la cobertura.

Los pares de elementos sensores pueden estar conectados como entradas opuestas a un amplificador diferencial . En una configuración de este tipo, las mediciones de PIR se cancelan entre sí, de modo que la temperatura promedio del campo de visión se elimina de la señal eléctrica; un aumento de la energía IR en todo el sensor se cancela por sí solo y no activará el dispositivo. Esto permite que el dispositivo resista las indicaciones falsas de cambio en caso de estar expuesto a breves destellos de luz o iluminación de todo el campo. (La exposición continua a alta energía aún puede saturar los materiales del sensor y hacer que el sensor no pueda registrar más información). Al mismo tiempo, esta disposición diferencial minimiza la interferencia de modo común , lo que permite que el dispositivo resista la activación debido a los campos eléctricos cercanos. Sin embargo, un par diferencial de sensores no puede medir la temperatura en esta configuración y, por lo tanto, solo es útil para la detección de movimiento.

Cuando un sensor PIR se configura en un modo diferencial, se vuelve específicamente aplicable como un dispositivo detector de movimiento. En este modo, cuando se detecta un movimiento dentro de la "línea de visión" del sensor, se procesan un par de pulsos complementarios ^[4] en el pin de salida del sensor. Para implementar esta señal de salida para una activación práctica de una carga como un relé o un registrador de datos , o una alarma , la señal diferencial se rectifica utilizando un rectificador de puente y se alimenta a un circuito controlador de relé transistorizado. Los contactos de este relé se cierran y abren en respuesta a las señales del PIR, activando la carga adjunta a través de sus contactos, reconociendo la detección de una persona dentro del área restringida predeterminada.

El sensor PIR suele estar montado en una placa de circuito impreso que contiene los componentes electrónicos necesarios para interpretar las señales del propio sensor. El conjunto completo suele estar dentro de una carcasa, montada en una ubicación en la que el sensor pueda cubrir el área que se va a supervisar.

La carcasa suele tener una "ventana" de plástico a través de la cual puede entrar la energía infrarroja. A pesar de que a menudo solo es translúcida a la luz visible, la energía infrarroja puede llegar al sensor a través de la ventana porque el plástico utilizado es transparente a la radiación infrarroja. La ventana de plástico reduce la posibilidad de que objetos extraños (polvo, insectos, lluvia, etc.) oscurezcan el campo de visión del sensor, dañen el mecanismo y/o provoquen falsas alarmas . La ventana puede utilizarse como filtro para limitar las longitudes de onda a 8-14 micrómetros, que es lo más cercano a la radiación infrarroja emitida por los seres humanos. También puede servir como mecanismo de enfoque; consulte a continuación.

Se pueden utilizar diferentes mecanismos para enfocar la energía infrarroja distante sobre la superficie del sensor.

La cubierta plástica de la ventana puede tener múltiples facetas moldeadas para enfocar la energía infrarroja hacia el sensor. Cada faceta individual es una lente de Fresnel .

• Tipo de lente PIR multifresnel
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  Carcasa de detector de movimiento PIR con ventana cilíndrica facetada. La animación resalta facetas individuales, cada una de las cuales es una lente Fresnel que enfoca la luz en el elemento sensor que se encuentra debajo.
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  Solo cubierta frontal PIR (electrónica removida), con fuente de luz puntual detrás, para mostrar lentes individuales.
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  PIR con la cubierta frontal quitada, mostrando la ubicación del sensor piroeléctrico (flecha verde).

Algunos PIR se fabrican con espejos parabólicos segmentados internos para concentrar la energía infrarroja. Cuando se utilizan espejos, la cubierta de plástico de la ventana generalmente no tiene lentes Fresnel moldeadas.

• Tipo de espejo segmentado de PIR
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  PID residencial/comercial típico que utiliza un espejo segmentado interno para enfocar.
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  Tapa retirada. Espejo segmentado en la parte inferior con placa de circuito impreso (PC) encima.
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  Se quitó la placa de circuito impreso para mostrar el espejo segmentado.
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  Espejo parabólico segmentado extraído de la carcasa.
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  Parte posterior de la placa de circuito que mira hacia el espejo cuando está colocada. Sensor piroeléctrico indicado por una flecha verde.

Como resultado del enfoque, la vista del detector es en realidad un patrón de haz. Bajo ciertos ángulos (zonas), el sensor PIR casi no recibe energía de radiación y bajo otros ángulos, el PIR recibe cantidades concentradas de energía infrarroja. Esta separación ayuda al detector de movimiento a discriminar entre la iluminación de todo el campo y los objetos en movimiento.

Cuando una persona camina de un ángulo (haz) a otro, el detector solo verá a la persona en movimiento de manera intermitente. Esto da como resultado una señal del sensor que cambia rápidamente y que es utilizada por los componentes electrónicos para activar una alarma o encender la iluminación. Los componentes electrónicos ignorarán una señal que cambie lentamente.

La cantidad, la forma, la distribución y la sensibilidad de estas zonas están determinadas por la lente y/o el espejo. Los fabricantes hacen todo lo posible para crear el patrón de haz de sensibilidad óptimo para cada aplicación.

• 
  Detector de movimiento con patrón de haces superpuestos. La longitud de los haces es una medida de la sensibilidad del detector en esa dirección.

Cuando se utiliza como parte de un sistema de iluminación, la electrónica del PIR normalmente controla un relé integrado capaz de conmutar el voltaje de la red eléctrica. Esto significa que el PIR se puede configurar para encender las luces que están conectadas al PIR cuando se detecta movimiento. Esto se utiliza más comúnmente en escenarios al aire libre, ya sea para disuadir a los delincuentes (iluminación de seguridad) o para usos prácticos, como encender la luz de la puerta principal para que pueda encontrar sus llaves en la oscuridad.

Se pueden utilizar también en baños públicos, despensas, pasillos o cualquier lugar donde el control automático de las luces sea útil. Esto puede generar ahorros de energía, ya que las luces solo se encienden cuando son necesarias y no hay que depender de que los usuarios recuerden apagarlas cuando abandonan el lugar.

Cuando se utiliza como parte de un sistema de seguridad, la electrónica del PIR normalmente controla un pequeño relé . Este relé completa el circuito a través de un par de contactos eléctricos conectados a una zona de entrada de detección del panel de control de la alarma antirrobo . El sistema suele estar diseñado de forma que, si no se detecta movimiento, el contacto del relé se cierra (un relé "normalmente cerrado" o NC). Si se detecta movimiento, el relé abrirá el circuito y activará la alarma; o, si se desconecta un cable, la alarma también funcionará.

Los fabricantes recomiendan colocar con cuidado sus productos para evitar falsas alarmas (es decir, cualquier detección no causada por un intruso).

Sugieren montar los PIR de tal manera que no puedan "ver" a través de una ventana. Aunque la longitud de onda de la radiación infrarroja a la que son sensibles los chips no penetra muy bien el vidrio, una fuente de infrarrojos potente (como la de un faro de un vehículo o la luz solar) puede sobrecargar el sensor y provocar una falsa alarma. Una persona que se mueva al otro lado del vidrio no sería "vista" por el PID. Esto puede ser bueno para una ventana que dé a una acera pública, o malo para una ventana en una partición interior.

También se recomienda no colocar el PIR en una posición en la que un respiradero de HVAC pueda soplar aire caliente o frío sobre la superficie del plástico que cubre la ventana de la carcasa. Aunque el aire tiene una emisividad muy baja (emite cantidades muy pequeñas de energía infrarroja), el aire que sopla sobre la cubierta de plástico de la ventana podría cambiar la temperatura del plástico lo suficiente como para activar una falsa alarma.

Los sensores también suelen estar diseñados para "ignorar" a las mascotas domésticas, como perros o gatos, estableciendo un umbral de sensibilidad más alto o garantizando que el suelo de la habitación permanezca fuera de foco.

Dado que los sensores PIR tienen un alcance de hasta 10 metros (30 pies), normalmente basta con colocar un solo detector cerca de la entrada en habitaciones con una sola entrada. Los sistemas de seguridad basados ​​en PIR también son viables en la seguridad exterior y la iluminación sensible al movimiento; una ventaja es su bajo consumo de energía, lo que les permite funcionar con energía solar. ^[5]

Se han implementado diseños en los que un circuito PIR mide la temperatura de un objeto remoto. ^[6] En un circuito de este tipo, se utiliza una salida PIR no diferencial. La señal de salida se evalúa de acuerdo con una calibración para el espectro IR de un tipo específico de materia que se va a observar. De este modo, se pueden obtener mediciones de temperatura relativamente precisas y exactas de forma remota. Sin calibración para el tipo de material que se observa, un dispositivo de termómetro PIR puede medir cambios en la emisión IR que corresponden directamente a cambios de temperatura, pero no se pueden calcular los valores de temperatura reales.

• Detector de calor
• Sensor de punto infrarrojo
• Sensor infrarrojo
• Lista de sensores

• Cómo funcionan los componentes del detector de movimiento por infrarrojos
• Consejos de diseño e instrucciones de montaje de un kit de detector de movimiento
• La patente estadounidense 3.703.718 , Sistema de detector de intrusión por infrarrojos , otorgada el 21 de noviembre de 1972 a Herbert L. Berman, contiene una explicación muy clara