Infrared temperature sensor system for mobile devices
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INFRARED TEMPERATURE SENSOR SYSTEM FOR MOBILE DEVICES PRESENTADO POR: GUSTAVO ADOLFO MONDRAGON OCAMPO LUIS EDUARDO RINCON LANCHEROS JUAN DIEGO SERNA RIVERA
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INFRARED TEMPERATURE
SENSOR SYSTEM FOR
MOBILE DEVICES
PRESENTADO POR:
GUSTAVO ADOLFO MONDRAGON OCAMPO
LUIS EDUARDO RINCON LANCHEROS
JUAN DIEGO SERNA RIVERA
1. INTRODUCCION
La temperatura es probablemente el parámetro ambiental mas
medido en el mundo. El calentamiento global a incrementado
dramáticamente la necesidad de exactitud en la medición de la
temperatura del medio ambiente.
1. INTRODUCCION
La incorporación de
dispositivos para la
detección de temperatura en
números aplicaciones
domesticas e industriales es
muy común, como en el
microprocesador de un PC,
en un horno industrial o
simplemente en los
electrodomésticos; en donde
la gran mayoría de las
anteriores aplicaciones se
basan es un sistema
electrónico que incluye un
termistor.
1. INTRODUCCION
La implementación de termistores para el sensado de la
temperatura en los dispositivos móviles es ineficiente debido a
muchos factores como lo son:
• La ubicación de termistor en el dispositivo
• La temperatura del móvil.
• La temperatura del entorno en el que se encuentra.
1. INTRODUCCION
Una alternativa para la
medida mas exacta de la
temperatura del medio
ambiente en dispositivos
móviles, es un sensado de
temperatura infrarrojo (IR).
El sensado de IR ofrece
un método sin contacto para
medir la temperatura de los
objetivos por el hecho
de que todos los
objetos cuya temperatura es
tá por encima del cero
absoluto emiten radiación
IR.
2. DETECCIÓN DE LA TEMPERATURA POR IR
El sensado infrarrojo esta basado en el hecho de que la intensidad
de la radiación infrarroja emitida por una superficie depende en
una primera aproximación de su temperatura, de acuerdo con la
ley de Boltzmann.
Dado que le campo de visión del sensor tiene que ser restringido
en una aplicación móvil practica, el sensor también detecta una
superficie, que no suele ser la misma temperatura que de la
superficie a medir, esto es debido al efecto Narciso.
2. DETECCIÓN DE LA TEMPERATURA POR IR
El Efecto narciso ocurre cuando un detector infrarrojo, a través de
reflexiones no deseadas de las superficies internas del objeto, ve
otras fuentes de temperaturas además de las temperatura del
ambiente de fondo; estas fuentes usualmente son reflexiones del
detector mismo, de ahí lo del termino “Narciso”.
2. DETECCIÓN DE LA TEMPERATURA POR IR
EFECTO NARCISO
Diseño tradicional optomecanico para la detección de IR, en
donde se observa el efecto Narciso.
2. DETECCIÓN DE LA TEMPERATURA POR IR
En una aproximación inicial en la medida de la temperatura por la
potencia de la radiación infrarroja radiada, el total de la radiación
de un objeto depende de su emisividad y la temperatura es:
En la cual L es la radiación total del objeto, ε la emisividad, σ la
constate de Stefan – Boltzmann y T es la temperatura absoluta del
objeto.
Un termómetro infrarrojo normalmente usa la siguiente ecuación
para determinar la temperatura del objetivo:
2. DETECCIÓN DE LA TEMPERATURA POR IR
La temperatura del objetivo puede ser determinada a través de la
calibración cuando Ts es conocida.
3. MEDIDAS Y MODELADO CON LA OPTICA
TRADICIONAL
La estructura de un sensor óptico tradicional consiste de una
tubo de metal ennegrecido y un lente de Fresnel hecho de un
polímero trasmisor de IR colocado en la cabeza del tubo. El lente
de Fresnel recoge la luz IR del objetivo y se dirige a la termopila
detectora en el fin del tubo.
3. MEDIDAS Y MODELADO CON LA OPTICA
TRADICIONAL
El Efecto Narciso en le sensor de temperatura comercial fue
sospechado como la principal razón para el error considerable de
medición.
4. DISEÑOS A MEJORAR EL RENDIMIENTO DEL
SISTEMA
El efecto Narciso es claramente una característica muy importante
que reduce la alcanzable exactitud de la medida de una sensor de
temperatura IR. Con el fin de mejorar la exactitud, el Efecto
Narciso tiene que ser minimizado mediante le aumento de la
transmitancia de la óptica y la disminución de la cantidad relativa
de la señal óptica desde la optomecánica.
4. DISEÑOS A MEJORAR EL RENDIMIENTO DEL
SISTEMA
El uso de óptica reflectiva en vez de la óptica refractiva puede
proporcionar mayor transmitancia óptica a través de superficies de
alta reflectividad. La alta reflectividad de la superficie corresponde
a baja emisividad, lo cual significa que una señal óptica
relativamente baja se origina desde una superficie de alta
reflectividad.
4. DISEÑOS A MEJORAR EL RENDIMIENTO DEL
SISTEMA
Sistema óptico diseñado y sus dimensiones
4. DISEÑOS A MEJORAR EL RENDIMIENTO DEL
SISTEMA
Campo de visión del modulo del sensor con le reflector
parabólico.
4. DISEÑOS A MEJORAR EL RENDIMIENTO DEL
SISTEMA
El uso del sistema en aire abierto en aplicaciones móviles, sin
embargo, no se considera muy practico. La superficie óptica
puede ser rayada y contaminada, deteriorando el rendimiento del
sistema.
4. DISEÑOS A MEJORAR EL RENDIMIENTO DEL
SISTEMA
Por lo tanto, conceptos sobre la protección óptica fueron creados
y evaluados. Estos conceptos incluían una ventana cobertora,
una maya de aluminio y un empaste epóxico al tubo reflector.
4. DISEÑOS A MEJORAR EL RENDIMIENTO DEL
SISTEMA
El rendimiento de los
conceptos protección
ambiental fueron evaluados
por un modelo de simulación
térmica preparado usando el
software FloTHERM. La
simulación de sensibilidad
mostro que esto es inoficioso
entre el rendimiento del
sistema y la protección contra
la contaminación.
5. SISTEMA EXPERIMENTAL Y
CARACTERIZACIONES
El perfil de la superficie del
sensor óptico fue
implementada usando una
herramienta CNC de 5 ejes,
el material fue un molde de
aluminio, el cual contenía
pequeñas cantidades de
varios constituyentes tales
como el silicio y le
magnesio. La reflectividad
de la superficie de aluminio
pulido en la banda de 8-
14um fue estimada de estar
en 0.98.
5. SISTEMA EXPERIMENTAL Y
CARACTERIZACIONES
Esquema electrónico pre-amplificador de un sensor de temperatura
IR
5. SISTEMA EXPERIMENTAL Y
CARACTERIZACIONES
Para la prueba del sistema se tuvo en cuenta:
• Dos entrada análogas fueron medidas desde el detector de la
termopila llamadas: señales de termistor y termopila.
• Medición de la temperatura del objetivo de aluminio con un
termistor.
• Tarjeta de adquisición National Instruments 6210.
• Interfaz de LabVIEW
• La temperatura del objetivo fue variada desde -10 a 100 ºC
usando un controlador de laser ILX.
• Un polinomio de segundo orden fue calculado en MATLAB,
utilizando los valores medidos para lograr la calibración.
5. SISTEMA EXPERIMENTAL Y
CARACTERIZACIONES
La calibración del sensor en diferentes temperaturas de operación
del sistema es un método muy llamativo debido al hecho no son
necesarios componentes adicionales para mejorar la repetitividad
de la medición.
Curvas de calibración para el sensor implementado en la siguientes
temperaturas: 10ºC, 30ºC y 50ºC.
5. SISTEMA EXPERIMENTAL Y
CARACTERIZACIONES
Rendimiento del sensor infrarrojo mejorado con: Ts=12.6 y 49.3 ºC ;
Tt=90 y 100 ºC.
GRACIAS POR SU ATENCION
