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Componentes

Todos los sensores Infrarrojos pasivos están compuestos primordialmente por:

  • Una caja o cubierta
  • Un Lente
  • Un elemento sensitivo o sensor.
  • Componentes electrónicos de amplificación y procesamiento de señales
  • Base y accesorios de montaje
Componentes de un PIR
Figura 14 Componentes típicos en un Sensor Infrarrojo Pasivo

Caja o Cubierta

La caja o cubierta contiene todos los componentes y los protege contra las condiciones adversas del ambiente.

La mayoría de los sensores Infrarrojos Pasivos son usados en áreas interiores, y son fabricados con cajas livianas de PVC 6 GPR. Sin embargo, las cajas deben ser construidas y montadas de manera de proteger los componentes contra el polvo, agua, radiofrecuencias, y sabotaje.

Los PIRs para exteriores deben garantizar la hermeticidad a fin de impedir la entrada de polvo, la humedad, el agua u otros líquidos. Típicamente, las cubiertas de exteriores son fabricadas en aluminio o acero inoxidable y cumplen con los estándares IP66, IP67 o IP68.

Algunos modelos están disponibles para aplicaciones en áreas clasificadas o ambientes con gases inflamables o explosivos, como en facilidades petroleras o petroquímicas.

Ventana y Filtro

En algún lugar de la caja debe proveerse al sensor de una ventana/filtro que permita proteger los componentes electrónicos y al mismo tiempo filtrar la energía proveniente de otras fuentes como la luz visible, radioondas, etc. pero reuniendo la máxima cantidad de radiación humana entre 0.1-1000 Hz y de 8- 14 µm de longitud de onda.

Estas ventanas generalmente son hechas en plástico o de un vidrio especial, el cual transmite una alta proporción de energía infrarroja. Algunos sensores poseen solo una abertura en la caja, otros poseen una ventana de enfoque.

Ninguna de estas opciones es recomendada. En sensores de calidad, la ventana en realidad es un filtro que únicamente deja pasar longitudes de onda de energía infrarroja menores a 3 µm. Esto garantiza que solamente la energía infrarroja típica que es generada por la temperatura de las superficies de una habitación y por los humanos caiga dentro del foco y del elemento sensor. Los filtros de los sensores más modernos están hechos de germanio.

Foco o Dispositivo de Enfoque

El dispositivo de enfoque realiza dos funciones. Compuesto de lentes muy pequeños crea efectivamente zonas discretas de para recepción de energía infrarroja y zonas muertas de recepción nula.

Esto permite el reconocimiento de cambios de energía infrarroja de una zona a otra, como la que se produce cuando un intruso se mueve a través del campo de visión del sensor.

Este movimiento produce cambios en el elemento sensor que son minuciosamente medidos.

Secundariamente, el foco concentra toda la energía vista en un punto (el elemento sensor). Esto asegura que cualquier pequeño cambio o variación de la energía infrarroja en el campo pueda ser amplificada, causando una respuesta más rápida del elemento sensor.

La energía infrarroja forma parte del espectro de Iuz, por tanto, viaja a la velocidad de la luz como líneas muy finas y pueden ser enfocadas y reflejadas fácilmente.

El dispositivo de enfoque es la parte más importante de un Sensor Infrarrojo Pasivo. Sin el sensor no puede ”ver” los cambios de la energía Infrarroja.

Los arreglos que se pueden realizar sobre un dispositivo de enfoque determinan la cobertura del detector y la forma de esta.

Existen comúnmente dos tipos de dispositivos de enfoque; el Lente Fresnel (LF) y el Reflector Óptico de multifacetas (Espejo).

El lente Fresnel (LF) reemplaza a la ventana en la caja y enfoca directamente la energía infrarroja sobre el elemento sensor. Siendo un verdadero lente, posee la mayoría de las propiedades ópticas de los mismos, dando muchas zonas de detección bien definidas y claras.

Sin embargo, cuando es fabricado en vidrio, su eficiencia se reduce debido a que el vidrio en sí mismo absorbe energía infrarroja.

Por tanto, los mejores lentes Fresnel son elaborados en plástico, otorgando al sensor una excelente cobertura y enfoque.

El Reflector óptico de multifacetas, llamado comúnmente Espejo, es un Reflector cóncavo, de vidrio, plástico, metálico o plateado con muchas caras en su superficie. La energía Infrarroja pasa a través del filtro y luego es reflejada por el espejo desde el fondo hacia el elemento sensor.

En la actualidad cada fabricante elabora su propio dispositivo de enfoque. Para ello combinan las propiedades ópticas de los dispositivos de enfoque mencionados anteriormente.

Así pues, se han desarrollado lentes plásticos de multifacetas, pero que no reflejan sobre un espejo, sino que dirigen o concentran las radiaciones infrarrojas sobre el elemento sensor, asemejándose al lente Fresnel.

La mayoría de estos lentes son cóncavos o semiesféricos, lo cual les permite lograr una buena ampliación de la señal, pero por ser transparentes o semi-opacos no filtran adecuadamente la luz blanca del espectro, generando imágenes fantasmas que causan falsas alarmas.

Cabe destacar que el mejor dispositivo de enfoque actual es un lente Fresnel plástico completamente Opaco con ranuras no concéntricas en su cara interna hacia el elemento sensor, el cual puede filtrar el 99% de la luz blanca incidente y que no absorbe energía infrarroja y otros ruidos del espectro electromagnético como reflejos de materiales, o luces incandescentes.

Este lente está en capacidad de omitir radiaciones entre 8-12 µm lo cual representa la máxima radiación de energía del cuerpo humano con un excelente direccionamiento y orientación del rayo de energía hacia el elemento sensor.

El Elemento Sensor

El elemento sensor debe tener la propiedad de cambiar su naturaleza eléctrica cuando se producen cambios muy pequeños en el nivel de energía infrarroja.

Muchos tipos de elementos sensores han sido usados en el pasado, respondiendo cada uno de una particular manera. Entre ellos cabe mencionar:

  • Sulfato de Tioglicerina envuelto en germanio, con producción de corriente directa (DC)
  • Termocuplas: usan el principio de temperatura diferencial y producen corriente directa.
  • Termistores (de óxidos metálicos generalmente): cambian su resistencia de acuerdo con la temperatura.
  • Elementos Semiconductores: sulfito de Plomo, Indio, Antimonio.

La mayoría de estos elementos han sido sustituidos por el uso de sensores cerámicos piroeléctricos o sensores plásticos. La mayor producción de sensores Infrarrojos Pasivos actual se desarrolla alrededor del empleo de sensores piroeléctricos cerámicos tales como: mezclas de Tantalio/Litio, y mezclas de Plomo/Circonio/Titanio.

Los sensores piroeléctricos cerámicos tienen la capacidad de cambiar su polaridad de negativa(-) a positiva (+) y viceversa con los cambios de temperatura. Ellos solo exhiben esta propiedad cuando pueden “ven” dichos cambios.

Estos cambios de polaridad son efectivamente un flujo de corriente en el dispositivo y su magnitud puede ser monitoreada y usada para provocar una alarma. Bajo condiciones normales, un nivel de energía infrarroja estable existe en todas las zonas de detección y no ocurren cambios en el elemento sensor. Cuando un intruso entra en el espacio, esta condición es alterada.

El nivel de energía infrarroja en una primera zona aumenta, incrementando a su vez la temperatura del elemento sensor. Esta polaridad es positiva (+). Ahora bien, cuando el intruso se mueve desde esa primera zona hacía una segunda zona, la temperatura del sensor cae y la polaridad cambia a negativa (-).

Si ocurren suficientes cambios en un determinado periodo de tiempo resultando en un incremento significante de la temperatura del elemento, una alarma es causada.

Muchos fabricantes actualmente producen elementos sensores plásticos que son de baja calidad y bajo precio. Este tipo de elemento sensor no ofrece ninguna ventaja más allá de la reducción de costos y no pueden ser chequeados o probados como los sensores piroeléctricos cerámicos.

Componentes Electrónicos de Amplificación de Señales (EAS)

Estos componentes electrónicos son usados para:

  • Fijar los límites de sensibilidad.
  • Evaluar ecuaciones algebraicas o lógicas.
  • Amplificar la energía recibida y guiarla por los cables de transmisión
  • Proveer protección contra reducción de voltaje, picos de corriente o voltaje, ,etc.

Siendo unos dispositivos pasivos que reaccionan antes los cambios físicos de cada zona de detección, los sensores Infrarrojos pasivos de alta calidad cuentan con un avanzado procesamiento de señales significa circuitos de decisión propios. Estos circuitos están contenidos en un circuito integrado de aplicación específica (ASIC) diseñado a la medida.

Los componentes propios y la tecnología de montaje superficial (SMT) permite el diseño de una pequeña y delgada tarjeta de circuitos. Y la minimización del número de partes significa alta confiabilidad.

Verificación de Eventos

Un humano moviéndose causará que el pirosensor genere señales específicas (la firma humana). Esas señales están relacionadas con el tamaño del cuerpo, la temperatura relativa de la habitación, y la velocidad a la que se mueve el intruso.

Detección Bidireccional y Verificación de Eventos

Los humanos solo pueden moverse a ciertos rangos de velocidad específica y todos están dentro de ciertos rangos de tamaño. El ASIC en los Infrarrojos conoce esto y mira esas características en la señal producida por ambos piro-elementos. Es como un computador dedicado incorporado dentro del PIR. Todos los aspectos de la señal proveniente de cada piro-elemento debe cumplir esos criterios para verificar el evento de alarma.

Generalizando este proceso para la mayoría de los PIRs; como mencionamos anteriormente, la mayoría de los PIRs usan un sensor de elemento dual con conteo de pulso bidireccional. El conteo de pulsos permite a los PIRs distinguir entre intrusos reales y fuentes de falsas alarmas. Aunque los sistemas de conteo de pulso pueden variar enormemente de fabricante en fabricante, la filosofía general es la misma.

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