Le tecnologie di misura della temperatura a distanza trovano oggi un impiego sempre più largo in virtù della loro crescente importanza per le moderne applicazioni di risparmio energetico. Nei sistemi domotici e nella building automation si fa oggi un uso crescente dei tradizionali sensori di movimento, come i rivelatori Pir, per spegnere le luci, il riscaldamento e il condizionamento quando le stanze o i piani non sono occupati da persone: ciò ha fornito un nuovo impulso a sviluppare tecnologie più avanzate che meglio soddisfino le esigenze di questo tipo di applicazioni. Secondo un rapporto redatto nel 2012 dalla società di ricerche di mercato Yole Développement: “Sebbene il settore dei sensori di movimento sia maturo, esso continuerà a crescere con un tasso significativo del 9% sotto la spinta delle esigenze di risparmio energetico”. Si prevede che il mercato dei rivelatori IR crescerà dai 152 milioni di dollari del 2010 a 286 milioni di dollari nel 2016, con un tasso annuo del + 11 %. I sensori a infrarossi di nuova concezione, capaci di rilevare anche oggetti fermi che emettono calore, possiedono le potenzialità per conquistare una grande parte delle opportunità portate da questa crescita, laddove invece sarebbe inaccessibile l'utilizzo dei tradizionali rivelatori Pir. Questi ultimi rilevano infatti la presenza di persone o animali all'interno del loro raggio d'azione sfruttando l'effetto piroelettrico, che consiste in una modifica temporanea della struttura di un materiale quando sottoposto a riscaldamento o raffreddamento. Per poter permettere al circuito dei sensori Pir di rilevare una presenza, è necessario che essa sia in movimento; questo perché è la differenza di temperatura, e quindi un oggetto termico in movimento, che crea il potenziale necessario per il rilevamento di una presenza. Una sorgente statica non verrebbe infatti individuata.
Assoluto verso relativo, una notevole differenza
I nuovi sensori termici basati sulla tecnologia Mems non sono affetti da questo svantaggio. Le termopile Mems, costituite essenzialmente da matrici di termocoppie in scala nanometrica, misurano la reale temperature della fonte, invece che un valore differenziale; sono pertanto in grado di rilevare le persone presenti in una stanza anche quando queste non si muovono. Ciò apre la strada a molte nuove applicazioni che sono precluse ai sensori piroelettrici. Ad esempio i sensori Mems possono essere utilizzati come input per i sistemi di illuminazione, riscaldamento, condizionamento e sicurezza, permettendo alle risorse di lavorare in modalità di risparmio energetico quando non vi sono persone nella zona monitorata e segnalando situazioni di allarme quando si rileva la presenza di persone in una zona che dovrebbe essere deserta. Oltre a rilevare la presenza delle persone, i sensori termoelettrici Mems possono misurare l'effettiva temperatura dell'area monitorata. Possono pertanto essere utilizzati nei sistemi Hvac, consentendo un controllo ottimale delle condizioni ambientali della stanza. Inoltre, potendo rilevare anche il riscaldamento anomalo di una piccola area, questi dispositivi possono segnalare una gamma di situazioni di allerta, quali potenziali incendi, il surriscaldamento di apparecchiature, o la fuoriuscita di fluidi caldi.
Struttura matriciale per un rilevamento più preciso
Sensori Mems come il nuovo D6T Omron misurano la temperature nell'intero campo di rilevamento, a differenza dei sensori termici convenzionali che possono eseguire solo misure riferite ad un singolo punto. Composto da una struttura matriciale (attualmente sono disponibili le configurazioni 1x8 e 4x4), il dispositivo può assegnare l'informazione della temperatura a una specifica cella, aggiungendo così una dimensione spaziale ai dati riguardanti la presenza e la temperatura. Il risultato è una maggiore precisione, minori interferenze e un campo di rilevamento più ampio. L'uso di più sensori nella stessa stanza moltiplica questi vantaggi: quattro dispositivi del tipo 4x4 possono essere utilizzati per ottenere una maggiore risoluzione o una copertura più ampia, ad esempio per determinare la posizione di una persona, con la precisione di un metro, in un'area di 25m². La tecnologia alla base del sensore termico D6T di Omron combina una struttura a microspecchio Mems, per un efficiente rilevamento della radiazione IR, con una lente in silicio ad alte prestazioni che focalizza i raggi infrarossi sulle termopile. Alcuni Asic appositamente sviluppati effettuano quindi le necessarie elaborazioni e convertono i segnali del sensore in un'uscita digitale significativa. Tutti i componenti sono stati sviluppati autonomamente da Omron e vengono prodotti nelle fabbriche Mems della società. Il risultato è un dispositivo dotato di un'elevata risoluzione, 0.14 gradi centigradi. Omron prevede sviluppo di dispositivi con matrici più grandi; è attualmente in fase di sviluppo un modello con una matrice da 16x16. Questi prodotti avranno capacità paragonabili a quelle degli odierni imager termici a bassa risoluzione.
