Os sensores que detectam a presença de pessoas disparando alarme, abrindo portas ou simplesmente tocando um sinal de aviso estão cada vez mais presentes em muitos locais por onde passamos. Aproveitando as propriedades piroelétricas de certos materiais, esses sensores consistem numa solução sensível e barata para a detecção de pessoas pelo calor de seu corpo. Veja neste artigo como funcionam os sensores de presença.
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Há materiais que manifestam propriedades elétricas muito interessantes. Esses materiais, denominados piroelétricos, apresentam uma carga elétrica permanente em suas faces, conforme mostra a figura 1.
Veja que eles são os equivalentes eletrostáticos dos imãs permanentes que apresenta extremidades dotadas de campos magnéticas. Neste caso, o que temos são campos elétricos.
Em outras palavras, os materiais piroelétricos se comportam como se tivessem sido eletrizados de modo permanente.
Se ligarmos uma das faces desses materiais num amplificador apropriado, por exemplo, um transistor de efeito de campo, podemos usar essa carga permanente de algumas formas muito interessantes, conforme mostra a figura 2.
O que ocorre é que a intensidade da carga que esses materiais manifestam varia sob determinadas condições. Por exemplo, se o material for usado para formar o diafragma de um microfone, as cargas vão depender da intensidade do som que incide. A carga aplicada ao transistor vai então controlar sua corrente de dreno, aparecendo um sinal amplificado que corresponde aos sons captados, conforme mostra a figura 3.
Desta forma funcionam os microfones de eletreto comuns.
No entanto, os materiais piroelétricos também são sensíveis à radiação infravermelha. A incidência dessa radiação pode mudar sensivelmente a concentração das cargas. E, o mais importante é que sua sensibilidade alcança a região das radiações que é emitida por corpos quentes como, por exemplo, o próprio corpo humano.
Explicamos melhor, tomando como ponto de partida parte do espectro das radiações que contém o infravermelho, mostrado na figura 4.
Conforme podemos ver, logo abaixo do ponto em que se encontram as radiações de luz correspondente à cor vermelha temos as radiações infravermelhas próximas. Essas radiações são emitidas pelos corpos muito quentes, perto de estarem visíveis por ficarem “vermelhos”.
No entanto, logo abaixo temos duas outras faixas que correspondem aom infravermelho médio e distante que são radiações emitidas por qualquer corpo que esteja a uma temperatura acima do zero absoluto.
No caso do infravermelho médio, até mesmo o corpo humano, por estar a uma temperatura levemente acima da temperatura ambiente é um emissor de boa potência, conforme mostra a figura 5.
Isso significa que a presença do corpo humano pode produzir radiação infravermelha suficiente para excitar um sensor com material piroelétrico.
Esses sensores existem e são justamente usados em muitos tipos de alarme. Na figura 6 temos a aparência de um desses sensores.
Como o sinal produzido pela radiação infravermelha é extremamente fraco é preciso um circuito amplificador potente. Esse circuito está embutido no próprio sensor que funciona então com uma certa tensão de alimentação externa.
Mas, não basta ter o sensor para se conseguir montar com facilidade um alarme. É preciso mais.
Devem ser usados recursos ópticos para filtrar e concentrar a radiação que se deseja detectar sobre o sensor. Isso é conseguido com uma lente de Fresnel.
Conforme mostra a figura 7, esta lente é formada por raias que estão cortadas em dimensões que correspondem exatamente ao comprimento de onda da radiação infravermelha que se deseja detectar.
O uso deste tipo de lente é necessário porque as lentes comuns de vidro não deixam passar a radiação infravermelha no comprimento que desejamos detectar.
Essas lentes podem ser feitas de plásticos especiais que são colocados na frente dos sensores comerciais, como o mostrado na figura 8.
Os tipos comerciais de sensores, como o mostrado na figura 9, podem ter embutidos já os sistemas de aviso sonoro (alarmes) ou então saídas que permitem controlar dispositivos de potência (com relés).
Exemplos de aplicação destes sensores podem ser vistos em toda parte, conforme dissemos no início do artig.
Em shoppings e aeroportos são usados para abrir automaticamente as portas na presença das pessoas. Em lojas e outros estabelecimentos, detectam a presença de fregueses. Nas residências podem ser usados como alarme de intrusos.
