Un sensor de infrarrojos 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 movimiento general, pero no dan información sobre quién o qué se movió. Para ello, se necesita un sensor de imágenes IR .
Los sensores PIR se denominan comúnmente simplemente "PIR" o, a veces, "PID", por "detector de infrarrojos pasivo". El término pasivo se refiere al hecho de que los dispositivos PIR no irradian energía con fines de detección. Funcionan enteramente 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 mediante 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 frente al sensor. [2] Cuando un objeto, como una persona, pasa frente al fondo, como una pared, la temperatura en ese punto en el campo de visión del sensor aumentará de la temperatura ambiente a la temperatura corporal y luego regresará nuevamente. 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 diferentes características de superficie también pueden tener un patrón de emisión infrarroja diferente y, por lo tanto, 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 unos 10 metros (30 pies) y un campo de visión inferior a 180°. Hay disponibles modelos con campos de visión más amplios, incluidos 360°, generalmente diseñados para montarse en el techo. Algunos PIR más grandes están fabricados 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 reversibles 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.
Se pueden cablear pares de elementos sensores como entradas opuestas a un amplificador diferencial . En tal configuración, las mediciones PIR se cancelan entre sí de modo que la temperatura promedio del campo de visión se elimina de la señal eléctrica; un aumento de energía IR en todo el sensor se cancela automáticamente y no activará el dispositivo. Esto permite que el dispositivo resista falsas indicaciones de cambio en caso de ser 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 el disparo debido a 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 modo diferencial, se vuelve específicamente aplicable como 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 un disparo práctico de una carga como un relé o un registrador de datos , o una alarma , la señal diferencial se rectifica utilizando un puente rectificador 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 normalmente se monta en una placa de circuito impreso que contiene la electrónica necesaria para interpretar las señales del propio sensor. El conjunto completo suele estar contenido dentro de una carcasa, montada en un lugar donde el sensor pueda cubrir el área a monitorear.
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La carcasa suele tener una "ventana" de plástico a través de la cual puede entrar la energía infrarroja. A pesar de que a menudo sólo 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 causen falsas alarmas . La ventana se puede utilizar como filtro para limitar las longitudes de onda a 8-14 micrómetros, que es lo más cercano a la radiación infrarroja emitida por los humanos. También puede servir como mecanismo de concentración; vea abajo.
Se pueden utilizar diferentes mecanismos para enfocar la energía infrarroja distante en la superficie del sensor.
La cubierta de plástico de la ventana puede tener múltiples facetas moldeadas para enfocar la energía infrarroja en el sensor. Cada faceta individual es una lente de Fresnel .
Algunos PIR se fabrican con espejos parabólicos segmentados internos para enfocar la energía infrarroja. Cuando se utilizan espejos, la cubierta de plástico de la ventana generalmente no tiene lentes Fresnel moldeadas.
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Como resultado del enfoque, la vista del detector es en realidad un patrón de rayos. 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 sólo verá de forma intermitente a la persona en movimiento. Esto da como resultado una señal del sensor que cambia rápidamente y que la electrónica utiliza para activar una alarma o encender la iluminación. La electrónica ignorará una señal que cambia lentamente.
El número, forma, distribución y sensibilidad de estas zonas están determinados 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.
Cuando se utiliza como parte de un sistema de iluminación, la electrónica del PIR normalmente controla un relé integral capaz de cambiar el voltaje de la red. Esto significa que el PIR se puede configurar para encender las luces que están conectadas al PIR cuando se detecta movimiento. Esto se usa 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 de entrada para que pueda encontrar sus llaves en la oscuridad.
Los usos adicionales pueden ser baños públicos, despensas, pasillos o cualquier lugar donde sea útil el control automático de las luces. Esto puede proporcionar ahorros de energía, ya que las luces solo se encienden cuando son necesarias y no se depende de que los usuarios recuerden apagar las luces cuando abandonan el área.
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 alarma antirrobo . El sistema generalmente está diseñado de manera que si no se detecta movimiento, el contacto del relé está cerrado: un relé 'normalmente cerrado' (NC). Si se detecta movimiento, el relé abrirá el circuito, activando la alarma; o, si se desconecta un cable, la alarma también funcionará.
Los fabricantes recomiendan una colocación cuidadosa de sus productos para evitar falsas alarmas (es decir, cualquier detección que no sea causada por un intruso).
Sugieren montar los PIR de tal manera que el PIR no pueda "ver" por 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 infrarroja potente (como la de los faros de un vehículo o la luz solar) puede sobrecargar el sensor y provocar una falsa alarma. Una persona que se mueve al otro lado del cristal no sería "vista" por el PID. Esto puede ser bueno para una ventana que da a una acera pública o malo para una ventana en una partición interior.
También se recomienda que el PIR no se coloque en una posición tal que un respiradero HVAC sople 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 provocar 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 asegurándose de que el suelo de la habitación permanezca desenfocado.
Dado que los sensores PIR tienen alcances de hasta 10 metros (30 pies), un solo detector colocado cerca de la entrada suele ser todo lo que se necesita para habitaciones con una sola entrada. Los sistemas de seguridad basados en PIR también son viables en seguridad exterior e 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 dicho circuito, se utiliza una salida PIR no diferencial. La señal de salida se evalúa según una calibración del espectro IR de un tipo específico de materia a observar. De este modo, se pueden obtener de forma remota mediciones de temperatura relativamente exactas y precisas. Sin calibración según el tipo de material que se observa, un termómetro PIR puede medir cambios en la emisión de IR que corresponden directamente a cambios de temperatura, pero los valores de temperatura reales no se pueden calcular.
