Los sensores piroeléctricos (PIR) se utilizan para la detección de movimiento de personas. Existen innumerables áreas de aplicación en la ingeniería de seguridad y el control de sistemas de iluminación, ventilación y calefacción. Además, la llegada del IoT ("Internet de las cosas”) ha impulsado este mercado y la conectividad sienta las bases para infinidad de nuevas aplicaciones.

Los sensores PIR de Panasonic (PaPIRs) detectan la radiación infrarroja de la misma longitud de onda que la emitida por humanos. Con la ayuda de la lente, los rayos infrarrojos se enfocan en los elementos individuales del sensor. La lente determina así la disposición de las zonas de detección, el campo de visión y, por lo tanto, el área y la distancia de detección.
A veces, en función de la aplicación y necesidades del cliente, es necesario enmascarar el sensor para limitar el campo de visión. En esta nota de aplicación se muestra cómo hacerlo y se indican un método de enmascarado simple y otro complejo.

La lente de los sensores PaPIRs de Panasonic, no es una lente única, sino una lente múltiple. Esto significa que los elementos sensores se proyectan en diferentes direcciones mediante una variedad de lentes pequeñas como se muestra en la figura 1. En esta nota de aplicación, denominaremos “microlentes” a las lentes pequeñas, mientras que la lente completa se llamará lente.

Los PaPIRs son sensores de tipo cuádruple, lo que significa que utilizan cuatro elementos sensores. Como se ve en las figuras 1 y 2, cada microlente crea un conjunto de cuatro haces de radiación. Es importante saber que no es posible separar un solo haz cubriendo parcialmente una microlente; cuando se cubre una microlente, todavía están presentes los cuatro haces, pero con una sensibilidad menor dependiendo del grado en que se cubra la lente. Por ejemplo, cuando se cubre un 80% del área de la lente queda un 20% de capacidad de detección. Las Figuras 2 y 3 a-c representan esto.

- Figura 2: Configuración de haz para un objetivo con cinco microlentes. Debido a que el sensor es del tipo de elemento cuádruple, hay cuatro haces en cada uno de los cinco conjuntos. No es posible separar un solo haz dentro de un conjunto como se indica en el conjunto de haces superior (tachado en rojo). De hecho, si la lente está parcialmente cubierta, la capacidad de detección se reduce como se ilustra con el conjunto de haces del extremo inferior derecho.

- Figura 3a: Sensor sin máscara (imagen superior) y zonas de detección resultantes (imagen inferior).
- Figura 3b: Sensor con máscara que cubre completamente las lentes exteriores (imagen superior) y las zonas de detección resultantes. Las zonas exteriores están completamente cubiertas (imagen inferior)
- Figura 3c: Sensor con máscara que cubre parcialmente las lentes exteriores (imagen superior) y las zonas de detección resultantes. Las zonas de detección están en la misma posición que sin máscara, pero su capacidad de detección se reduce (imagen inferior).

Para un correcto enmascarado, deben determinarse cuidadosamente las condiciones de operación deseadas para cada aplicación. Para la máscara, es muy importante elegir un material que no sea transparente para los rayos infrarrojos.

- Figura 4: Sección transversal de la máscara esférica y la lente donde la máscara y la lente comparten el mismo punto central. El grosor de la máscara se muestra en rojo y la distancia entre la lente y la máscara en naranja.

El siguiente ejemplo muestra la lente del PaPIRs HDLDDT, sensor de 12m de alcance, utilizado para observar los movimientos en un pasillo de 5m de ancho, en un almacén de estantes altos, con una altura de instalación del sensor de 8m.

El punto de partida es la zona de detección del sensor HDLDDT sin enmascarar:
* Figura 5: Zonas de detección y Campo de visión de la lente HDLDDT a una altura de instalación de 8m. Las líneas rojas indican el pasillo de 5m de ancho.
En este punto, el cliente debe decidir qué conjuntos de haces desea conservar y/o qué conjuntos enmascarar completamente. A continuación, se muestran dos métodos o enfoques diferentes para diseñar la máscara.

Enmascarado simple:
Condiciones:
- Mantener completamente todos los conjuntos de haces que están
dentro del pasillo (entre las líneas rojas en la figura 5, los haces
verdes en la figura 6)
- Crear una máscara esférica como se muestra en la figura 4
- Espesor de la máscara: 1 mm
- Distancia de la lente a la máscara: 1 mm

Con SolidWorks se desarrolló el siguiente concepto:

- Figura 6: Dado que algunas micro lentes están enmascaradas solo parcialmente, la capacidad de detección se reduce. La pérdida de capacidad de detección es proporcional a la relación entre el área de la lente enmascarada y el área completa de la lente (70% del área enmascarada -> 70% de pérdida de capacidad de detección -> 30% de capacidad de detección). Tenga en cuenta que este cálculo debe realizarse en 3D para obtener los valores correctos. Esto se puede ver también en la figura 4.

Enmascarado complejo:
Condiciones:
- Mantener completamente todos los conjuntos de haces que están
dentro del pasillo (entre las líneas rojas en la figura 5, los haces
verdes en la figura 6)
- Cortar completamente todos los haces que están fuera del pasillo
(fuera de las líneas rojas en figura 5)
- Espesor de la máscara: 1 mm
- Distancia de la lente a la máscara: 1 mm
Con SolidWorks se desarrolló el siguiente concepto:

- Figura 7. Dado que no hay microlentes enmascaradas parcialmente, la capacidad de detección es del 100% o del 0%.
Los conceptos mostrados en el ejemplo anterior, son para alturas de instalación de 8 m. Para calcular las zonas de detección a una altura diferente, se puede utilizar el teorema de intersección.

Panasonic se complace en ayudar a crear máscaras diseñadas para diferentes aplicaciones. Para ello, se debe proporcionar la siguiente información:
- ¿Tipo de lente?
- ¿Zonas de detección y altura de instalación deseadas (por
ejemplo, campo de 5m por 10m a una altura de instalación de7
m)?
- ¿Qué conjuntos de haces deben dejarse como están?
- ¿Qué conjuntos de haces deben estar completamente
enmascarados?
- ¿Diseño de la máscara (esférica, plana o de otro tipo)?
- ¿Distancia entre la máscara y la lente del sensor?
- ¿Espesor de la máscara?

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