Hola de nuevo, me da mucho gusto saludarte y tener aquí, ya que significa que te interesa aprender más sobre los sensores infrarrojos y todos los interesantes conceptos alrededor de este dispositivo. Trataré de explicarte en términos simples ¿Qué es un sensor infrarrojo y como funciona? Así como las magnitudes físicas que este sensor conlleva. 

El objetivo es que al final:

• Conocerás de manera exacta lo que es un sensor infrarrojo.
• Conocerás los conceptos teóricos que representan a estos sensores.
• Aprenderás el principio de funcionamiento de este tipo de sensores.
• Veremos los diferentes tipos de sensores infrarrojo que existen.
• Sabrás las diferentes aplicaciones que puede tener un sensor infrarrojo.
• Al final, haremos juntos una pequeña aplicación que tiene como protagonista un sensor infrarrojo y un Arduino.

Sin más ¡Vamos allá!

¿Qué es la radiación infrarroja?

Antes de definir que es el sensor infrarrojo, es importante que sepas de que se trata su principal unidad a medir: la radiación infrarroja.

Esta es un tipo de radiación electromagnética, con una longitud de onda más larga que la luz visible; por consecuencia, es invisible a los ojos humanos. La radiación infrarroja es emitida casi por cualquier cuerpo, siempre y cuando, su temperatura mayor a cero grados Kelvin (0°K. Cero absoluto).

Explicado este concepto, podemos crear una definición para este tipo de sensor.

¿Qué es un sensor infrarrojo?

Un sensor infrarrojo es un dispositivo optoeléctrico, el cual es capaz de medir la radiación electromagnética infrarroja de todo objeto y cuerpo que se encuentren en su campo de visión.

Este tipo de sensores son muy funcionales y especiales, ya que la radiación infrarroja es emitida sin importar el entorno o el ambiente en el que se esté trabajando; lo anterior hace que los sensores infrarrojos detecten objetos incluso en la obscuridad.

Los sensores infrarrojos tienen múltiples funcionalidades; no solo se limita a la detección y medida de una sola magnitud física, sino que también puede detectar la presencia, el movimiento y la temperatura; todo con ayuda de la unidad de radiación infrarroja. Un ejemplo del uso de estos sensores, son en algunos sistemas de seguridad, con el objetivo de detectar movimiento, sensado perimetral, presencia de gases, etc.

Ahora que ya conoces la definición de estos sensores, es hora de que conozcas cómo funcionan y que es lo que hace posible sus múltiples usos.

Comprar sensores infrarrojos

Antes de seguir avanzando, te dejo algunas opciones rápidas de sensores infrarrojos que puedes comprar hoy mismo.

¿Cómo funcionan los sensores infrarrojos?

Los sensores infrarrojos constan de un material piroeléctrico formado de una lámina delgada de diversos materiales, como el nitrato de Cesio y el nitrato de Galio. Este material piroeléctrico recibe los rayos infrarrojos por medio de un fototransistor.

Para detallar cómo funcionan los sensores infrarrojos en general, es necesario especificar qué tipo de sensor infrarrojo según su principio de funcionamiento estamos hablando; estos se clasifican en sensores activos y sensores pasivos.

Tipos de sensores infrarrojos

➤ Sensores infrarrojos pasivos

• Este tipo de sensor detecta las variaciones en la luz infrarroja ambiental; son inmutables a cualquier variación gradual que exista. Solo está constituido por un fototransistor.

➤ Sensores infrarrojos activos

• Este tipo de sensores son los más usados dentro del área de la electrónica. Su funcionamiento se basa en un receptor y un emisor, los cuales normalmente están integrados en un solo circuito; el emisor generalmente es un diodo LED infrarrojo (del cual te hablaré más tarde) y el receptor es un fototransistor.

A partir de aquí, podemos conocer los diferentes tipos de sensores infrarrojos que existen, basándonos en qué tipo de señal emiten.

Tipos de sensores infrarrojos según el tipo de señal emitida.

➤ Sensores infrarrojos reflexivos

• Este tipo de sensor infrarrojo es el más conocido y utilizado tanto en la industria tecnológica, como en sistemas de seguridad en el hogar.
• Consta de una cara frontal en la que se encuentra un LED infrarrojo y un fototransistor; gracias a esta configuración, el sistema debe medir la radiación proveniente del reflejo de la luz que fue emitida por el LED y recibida por el fototransistor.
• Este tipo de sensores tienen la desventaja de ser muy sensibles a la luz del ambiente; por ende, es más fácil que tengamos errores de medición.

➤ Sensores infrarrojos de ranura

• Este tipo de sensores también funciona como un sensor activo, muy parecido al sensor reflexivo que te comenté en el punto anterior; sin embargo, su LED infrarrojo y su fototransistor (transmisor y receptor) están enfrentados a una misma altura.

➤ Sensores infrarrojos modulados

• Los sensores modulados siguen el mismo principio reflexivo, con la diferencia de que se emite una señal modulada; tiene la ventaja de reducir la influencia de la luz ambiental, por eso son ideales para detectar presencias, obstáculos y medir distancias.

➤ Sensores infrarrojos de barrido

• Este tipo de sensores forman parte de sistemas de desplazamiento, ya que su principio de funcionamiento se basa en un barrido horizontal en la superficie reflectante, utilizando señales moduladas para mejorar la independencia de varios factores de los objetos detectados; como el color o la independencia de luz
• En esencia, puedes verlo como la combinación del principio de funcionamiento de los sensores antes mencionados, a excepción del modo de medición.

➤ Configuración óptica (para sensor de barrido)

• Esta configuración solo consta de un solo sensor enfrentado a un cristal, el cual tiene la capacidad de generar una imagen seccional de la región a medir.
• Usualmente este cristal trabaja en conjunto con un motor de rotación, con el objetivo de un barrido completo y óptimo; pero puede presentar lentitud a la hora de explorar.

➤ Configuración en array de sensores infrarrojos (para sensor de barrido)

• Cuando se está hablando de configuración, se hace referencia a una configuración en el sistema de medida, que en este caso está formado de un arreglo o un array de sensores de infrarrojo
• Estos sensores están constituidos por conjuntos de lentes ópticos de enfoque, mejorando así una mejor protección contra errores; sin embargo, realizar este tipo de configuración es costosa y compleja.

¿Qué es un LED infrarrojo?

Como has visto, un común denominador que hemos visto a través de los tipos de sensores infrarrojos y cómo funcionan, es el LED infrarrojo; y no es casualidad, ya que es el principal dispositivo que permite el funcionamiento de la mayoría de los tipos de sensores infrarrojos.

Los LED infrarrojos es un tipo de diodo LED (Diodo Emisor de Luz) hecho principalmente de silicio, el cual transforma la corriente eléctrica en luz de tipo infrarrojo, invisible para el ojo humano; sin embargo, puedes comprobar el funcionamiento del LED infrarrojo por medio de la cámara de tu móvil.

• Estos LED infrarrojo emiten esta luz la cual tiene como longitud de onda cerca de 1000nm con un ancho de banda de 50nm.
• Para que los LEDS infrarrojos funcionen de manera óptima al momento de aplicarlos, no debe haber ningún tipo de obstáculo entre el dispositivo electrónico; independientemente si esta aplicación es solo el LED infrarrojo o un módulo sensor completo.
• Generalmente estos LEDS necesitan 1mW para poder funcionar.
• Una de sus ventajas de uso destacables, es que no necesitan mucho voltaje para funcionar, ideal para dispositivos electrónicos.
• Otra ventaja es que son realmente fáciles de colocar en diversos sistemas y dispositivos, ya que no necesita hardware especial ni otros complementos.

Aplicación: sensor infrarrojo con Arduino

Hemos llegado a la parte práctica y divertida: la aplicación real del sensor infrarrojo en conjunto con Arduino. Aplicaremos todo lo aprendido utilizando un sensor de evitación de obstáculos, el cual funciona como sensor infrarrojo tipo reflexivo; lo anterior nos ayudará mucho para lograr entender cómo trabajan de manera práctica estos sensores.

Antes de empezar, necesitaras las siguientes herramientas:

• Un Arduino Uno o Mega.
• Sensor infrarrojo de obstáculos KY-032.
• Un diodo LED.
• Una resistencia de 330 ohmios.

Si gustas y puedes, una protoboard; sin embargo, puedes realizar las conexiones de manera directa.

El sensor infrarrojo de obstáculos KY-032

Analicemos un poco al sensor KY-032 que utilizaremos a lo largo de esta práctica.

Describiendo nuestro diseño del sensor infrarrojo con Arduino

El objetivo de esta pequeña práctica es observar cómo funciona este sensor infrarrojo de obstáculos por medio del Arduino.

• Cada vez que el sensor detecte la presencia de un obstáculo, se encenderá un LED y se mostrará en el monitor serial de Arduino el siguiente mensaje: “Obstáculo detectado”.
• Si sucede lo contrario, se mantendrá apagado el LED y el monitor serial desplegará el siguiente mensaje: “No hay obstáculo”.

Sencillo ¿No? Veamos el diagrama de conexiones y el código.

Diagrama de conexión sensor infrarrojo con Arduino

Como te mencioné al principio, si no posees una protoboard, puedes realizar las conexiones directamente; como se puede observar en la imagen del diagrama.

Código de programación del Arduino y prueba de monitor serial

/*
 * EJEMPLO PRACTICO: APLICACIÓN DE SENSOR INFRARROJO EN ARDUINO. 
 * BY: EWEBIK 
 */

//Declaramos las variables enteras que utilizaremos en el programa. 
const int sensorPin = 10;         //La salida del sensor trabajará con el PIN #10 del Arduino.
int LED=13;                       //El diodo LED trabajará con el PIN #13 del Arduino. 
int value;                        //Declaramos una variable que represente el valor de estado del sensor. 
 
void setup() {
  Serial.begin(9600);                //inicializamos puerto serie
  pinMode(sensorPin , INPUT);       //definimos pin del sensor como entrada
  pinMode(LED, OUTPUT);             //definimos pin del LED como salida. 
}
 
void loop(){
  
  //señal de salida tipo TTL: BAJO NIVEL = OBSTACULO; ALTO NIVEL = NO HAY OBSTACULO. 
  
  value = digitalRead(sensorPin );  //Realizamos lectura pincipal del SENSOR
 //Iniciamos la condición de funcionamiento 
  if (value == LOW) {               // Si el valor es igual a 0 (bajo)
      Serial.println("Obstaculo detectado");  //Imprimimos en el monitor serial "Obstaculo detectado"
      digitalWrite(LED, HIGH);     //Y prendemos el LED
  }
  else {                          //En otro caso...(si valor == HIGH)
    Serial.println("No hay obstaculo");    //Imprimimos en el monitor serial "Obstaculo detectado"
    digitalWrite(LED, LOW);       //Apagamos el LED
  }
  delay(500);                     //Retardo de 500ms
}

¿Lo ves? Fue realmente sencillo aplicar los conocimientos del sensor infrarrojo en el sistema de Arduino; sin embargo, también lo podrás realizar utilizando un microcontrolador PIC o una Raspberry Pi.

En realidad, hay muchas aplicaciones que tienen como protagonista el sensor infrarrojo, en conjunto con otros dispositivos que optimizan el funcionamiento de estos sensores. Es importante que conozcas las diversas aplicaciones que tienen estos sensores, ya que de esta manera podrás identificar cuando utilizar la funciones y ventajas que nos da el infrarrojo.

A continuación, te platico las diversas aplicaciones que puede tener un sensor infrarrojo.

Aplicaciones del sensor infrarrojo

Las aplicaciones de los sensores infrarrojos, residen principalmente cuando se tiene la necesidad de detectar y clasificar objetos en un entorno; además de también saber las propiedades de estos objetos, como los colores y las formas. Gracias a las características inherentes de la radiación infrarroja, los sensores pueden realizar esto sin importar las condiciones ambientales que se presenten.

• En el campo de las ciencias médicas y biológicas, los sensores infrarrojos tienen un protagónico especial en aquellas aplicaciones referentes a los diagnósticos médicos no invasivos; los sensores infrarrojos prestan sus servicios a ciertos procedimientos de diagnóstico para reconocer anomalías en el cuerpo.
• En el campo militar, los sensores infrarrojos ayudan muchísimo cuando se necesita monitorear un área específica de campo. 
• Estos dispositivos de reconocimiento a base de sensores infrarrojos pueden ser portátiles o fijos, aumentando la eficiencia de detección.
• Los sensores infrarrojos también han tenido su lugar en la domótica; tiene presencia en algunos sistemas electrodomésticos como hornos de microondas, con el objetivo de medir la temperatura y su distribución al interior del horno.
• Estos sensores también tienen una fuerte aplicación en el control climático para el hogar; tiene como objetivo detectar oscilaciones de temperatura en el ambiente.
• En la industria del automovilismo, los sensores infrarrojos se utilizan en la monitorización del tráfico; así mismo, tienen una fuerte aplicación en los sistemas antiniebla, en los frenos, en la monitorización de la calidad del aire y el control de temperatura del motor.

Sin lugar a dudas, los sensores infrarrojos es uno de los sensores más utilizados y queridos en muchos campos en los que se aplica; sin embargo, la variedad de estos sensores y sus aplicaciones seguirán creciendo para satisfacer las necesidades que lleguen a surgir, independientemente del área en el que se aplica. Por todo esto y más es importante que conozcas las diversas utilidades que el sensor infrarrojo te puede prestar.

Conclusiones: sensor infrarrojo

Hemos llegado al final de este texto ¡Te felicito por llegar hasta aquí!

Ya conoces los diferentes datos teóricos de los sensores infrarrojos y los diversos tipos de sensores infrarrojos que existen. Además, ya te es posible manejarlos de forma práctica, lo cual complementa muchísimo lo que te he platicado. A pesar de que hicimos una pequeña aplicación con ayuda del sensor de obstáculos infrarrojo y el Arduino, puedes realizar muchas más aplicaciones utilizando otros sistemas y sensores con las mismas propiedades infrarrojas.

Creo que ya estás listo/a para enfrentarte totalmente a estos sensores y como ya es costumbre por aquí, te dejo algunos puntos que son importantes recordar y mantener con firmeza:

• Los sensores infrarrojos son dispositivos optoeléctricos capaces de medir la radiación infrarroja de los cuerpos.
• Gracias a las propiedades de la luz infrarroja, los sensores pueden detectar objetos a pesar de existir un ambiente hostil.
• Los sensores infrarrojos pueden trabajar con diversas magnitudes físicas, como la temperatura o el movimiento y posición.
• Los sensores de pueden clasificar según su principio de funcionamiento: sensores pasivos y sensores activos.
• Del anterior punto podemos clasificar más tipos de sensores infrarrojos según el tipo de señal que se emite.
• Los sensores infrarrojos de barrido pueden tener algunas configuraciones especiales.
• En la aplicación que hemos realizado con Arduino, puedes realizar las conexiones directamente con cables jumpers, si no tienes disponible una protoboard.

No me despido de ti sin antes decirte que: Si llegar a ser el mejor quieres, practicar y estudiar mucho debes. ¡Hasta la próxima!