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64 COMPONENTS INFRARED SENSORS ELETTRONICA OGGI 498 - NOVEMBRE/DICEMBRE 2021 frarosso si situa tra le lunghezze d’onda della luce visibile e le frequenze radio. WilliamHerschel scoprì casualmente lo spettro dell’infrarosso nel 1800, ma ci sono voluti altri cen- to anni prima che Josef Stefan, Ludwig Boltzmann e altri enunciassero la legge di Stefan-Boltzmann che stabiliva il collegamento tra la radiazione infrarossa emessa e la tem- peratura di un oggetto. Ogni oggetto con una temperatura superiore a 0 °K può emettere una radiazione infrarossa e il rilevamento di quest’ultima rappresenta il primo passo per determinare la temperatura dell’oggetto. I sensori a infrarossi sono rivelatori termici le cui caratteristiche elet- triche cambiano quando vengono esposti alla radiazione infrarossa. Esistono due metodi principali per misurare le variazioni elettriche: con termopila e piroelettrico. Un sensore a termopila utilizza gli effetti termoelettrici della giunzione di due diversi materiali metallici. La ter- mopila genera una tensione proporzionale alla temperatu- ra della giunzione. I sensori piroelettrici utilizzano un elemento di rilevamen- to rivestito con un materiale cristallino che cambia la po- larizzazione in base alla temperatura della luce infraros- sa applicata. Le variazioni di polarizzazione determinano un’alterazione corrispondente della carica elettrica e l’usci- ta in tensione è proporzionale alla temperatura misurata. Per realizzare un sensore di temperatura a infrarossi senza contatto è necessario disporre di un elemento di rivelazione (tipicamente una termopila), di un sensore di riferimento e di una catena di segnali analogici (Fig 1). Alcuni dei sensori disponibili in commercio includono anche un convertitore analogico-digitale (ADC) e un microcontrollore che gesti- sce la trasmissione dei dati di temperatura attraverso un protocollo di comunicazione seriale standard nel settore come l’I2C. I coefficienti di taratura memorizzati in fab- brica possono essere utilizzati per la trasmissione diretta delle letture della temperatura. Altri sensori sono in grado di fornire punti di dati lineari, ma grezzi, che richiedono un’ulteriore elaborazione da parte dell’applicazione host e altri ancora trasmettono la tensione analogica derivata dall’elemento di rilevamento, che può essere o meno cali- brata rispetto a una temperatura di riferimento. Il sensore nella figura 1 evidenzia l’uso di un materiale as- sorbente fisicamente separato dal corpo del sensore e si- tuato sopra la termopila. All’interno del corpo sigillato del sensore è integrato un dispositivo ottico per l’impostazio- ne del campo visivo (FOV). Il campo visivo del sensore è un aspetto essenziale di qualsiasi applicazione finale, poiché determina l’area in cui avviene la misurazione della tem- peratura. Per la misurazione senza contatto della tempe- ratura sulla fronte di una persona in prossimità del sensore è necessario un campo visivo ristretto. Progettazione di un’applicazione di misurazione della temperatura senza contatto In questa sezione dell’articolo, presentiamo tre diver- si sensori di temperatura a infrarossi adatti per l’uso in applicazioni di controllo degli accessi a portale, mediante chioschi e con dispositivi portatili. La serie ZTP di Amphenol comprende cinque diversi sensori che permettono la scelta tra uscita analogica odigitaleQuat- tro dispositivi presentano una costruzione compatta in al- loggiamenti TO-46/TO-39, mentre il quinto, lo ZTP-188MA, è un modulo sensore digitale. Il campo visivo dipende dal dispositivo e va da 12 a 90 gradi. Il modello ZTP-188MA , ad esempio, è un sensore completo con circuito di elabora- zione integrato in un modulo compatto a bassa potenza nel formato 30 x 23 x 8,50 mm. Funzionando con una tensione di alimentazione nominale di 5 V c.c., l’output del modulo è disponibile tramite un’interfaccia I2C. Il sensore è costitu- ito da un array di 8 elementi di rilevazione, con un campo visivo (FOV) orizzontale totale di 50 gradi, e da un elemento sensoriale unitario (pixel) di 7 gradi (Fig. 2). Il campo visivo verticale è di 14 gradi. Fig. 1 – Struttura costruttiva di un sensore di temperatura a termopila (Fonte: TE Connectivity) Fig. 2 – Campo visivo orizzontale del modulo sensore Amphenol ZTP-188MA (Fonte: Amphenol)