Sistemas de Comunicação Sensor Infravermelho

Sistemas de Comunicação - Gabriel Santi, João Pedro de Assis, Julia Johnson.

INFRAVERMELHO

O infravermelho foi descoberto pelo astrônomo Willian Herschel em 1800. Ao tentar replicar o experimento de Isaac Newton (dispersão de luz solar como ajuda de um prisma) para encontrar a cor de maior temperatura, descobriu que a região mais quente era a região de frequência um pouco menor que a da luz vermelha. É um tipo de radiação eletromagnética que não oferece riscos a saúde humana, pois é uma radiação ionizante.

A radiação infravermelha tem origem na vibração molecular, que gera oscilações nas cargas elétricas constituintes dos átomos, provocando a emissão de radiação. É por isso que esse tipo de radiação está relacionado ao calor. O infravermelho não é pode ser visto a olho nu e seu comprimento de onda é de 700nm a 100µm. A Figura 1 aborda o espectro eletromagnético, mostrando os espectros visíveis (luz) ao homem. Nota-se que o infravermelho segue logo após a luz visível vermelha, com maior onda, porém energia e frequência mais baixas.

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Figure 1 - Espectro Eletromagnético

O campo de aplicação do infravermelho é enorme, parte de detecção de temperatura à mísseis teleguiados, fotografias térmicas para diagnostico médico à controles remotos, câmeras e sensores de segurança à sensores de temperatura. As Figuras 2 e 3 são de aplicações do infravermelho.

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Figure 2 - Detecção de temperatura de um corpo humano

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Figure 3 - Míssil teleguiado

ESPECTOMETRIA DO INFRAVERMELHO

O experimento de Herschel demonstrou existir formas de luz que não podem ser observadas pelo humano e abriu caminho para a investigação de outras faixas espectrais como a região do ultravioleta e o infravermelho próximo, médio e distante. Como o prisma era de vidro que é transparente à radiação NIR de menor comprimento de onda, a radiação do infravermelho médio e longínquo não atravessa o material. Logo o que William Herschel observou na verdade foi a região do infravermelho próximo (NIR). A Figura 4 mostra as regiões espectrais do Infravermelho.

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Figure 4 - Regiões Espectrais do Infravermelho

CURIOSIDADE

Cobras possuem a capacidade de enxergar luz infravermelha, podendo caçar suas presas no escuro, detectam de 5000 nm a 50000 nm. A Figura 5 mostra como seria a visão de uma presa na percepção de uma cobra.

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Figure 5 - Presa vista por sensor infravermelho

TRANSDUTORES INFRAVERMELHOS

        Existem três tipos de transdutores infravermelhos: térmicos, piroelétricos e fotocondutores.

Transdutores térmicos: têm sua resposta vinculada ao efeito do aquecimento da radiação. São utilizados para detecção de todos os comprimentos de ondas no infravermelho (exceto os menores), porém seu tempo de resposta é curto e possui uma baixa sensibilidade se comparado aos outros tipos de transdutores.

Transdutores piroelétricos: são compostos são compostos por folhas de monocristais de materiais piroelétricos (sulfato de triglicina), que são isolantes (materiais dielétricos) com propriedades térmicas e elétricas. Tem tempo de resposta rápido o suficiente para seguir as variações no domínio do tempo do sinal de um interferômetro (aparelho utilizado para efetuar medidas de ângulos e distâncias aproveitando a interferência de ondas eletromagnéticas que ocorre quando estas interagem entre si), sendo assim, muitos espectrômetros infravermelhos com transformada de Fourier, utiliza este tipo de transdutor.

Fotocondutores: são constituídos por um filme fino de material semicondutor (sulfeto de chumbo) depositado sobre uma superfície não condutora de vidro e depois, é selada em um recipiente sem vácuo para proteger o semicondutor da atmosfera. Os detectores fotocondutivos são mais sensíveis. Baseiam-se nas interações entre os fótons e o semicondutor.

TIPOS DE SENSORES

        Um sensor infravermelho ativo é aquele com a propriedade de emissão e recepção de radiação infravermelha, como mostra a Figura 6. Já os passivos não emitem radiação infravermelha, sendo assim, sua característica única é a recepção de sinal, são sensores como os da Figura 7.

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Figure 6 - Tipos de sensores ativos

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Figure 7 - Tipo de sensor passivo

TIPOS DE DETECÇÃO INFRAVERMELHOS

Os dois principais tipos de detecção infravermelhos são detecção por onda de reflexão e detecção por interrupção.

        Detecção por onda de reflexão: neste tipo de detecção, um feixe é projetado por LED emissor de luz infravermelha que, ao ser refletido por algum obstáculo, é detectado por um foto transistor. É comumente usado em sensores de obstáculos. A Figura 8 mostra o funcionamento desse tipo de detecção.

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Figure 8 - Detecção por onda de reflexão

        Detecção por interrupção: o emissor e receptor são instalados um em frente ao outro. Para este caso, o receptor fica constantemente recebendo o feixe de infravermelho. E quando interrompido, dispara um alarme. Utiliza sensores ativos. A Figura 9 mostra como funciona o envio e recebimento da luz infravermelha pelos sensores ativos da detecção por interrupção.

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Figure 9 - Detecção por interrupção

TIPOS DE SENSORES INFRAVERMELHOS

Sensor piroelétrico

O funcionamento do sensor piroelétrico se baseia na detecção de calor emitido por objetos diversos. Todo e qualquer objeto que estiver á temperatura acima do zero absoluto emite calor, portanto todo objeto poderia ser “detectado” ou “visto” por um sensor piroelétrico. Os sensores piroelétricos comerciais são ajustados para enxergarem somente a faixa de calor de seres humanos.

O ângulo de visão deste tipo de sensor é amplo, em torno de 100°, devido a utilização de uma lente na frente do sensor, conhecida como Lente de Fresnel. A Lente de Fresnel redireciona os raios para um pequeno ponto central, exatamente onde o sensor piroelétrico é colocado. A Figura 10, mostra o funcionamento e a estrutura do sensor piroelétrico com a Lente de Fresnel.