Construir Filtres Infrarrojos

Haga su filtro optico de cualquier color, incluso IR

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Hoy voy a incursionar con un proyecto que no tiene nada de electrónica, pero que es casi imprescindible en ciertos circuitos electrónicos. Vamos a construir filtros para uso en instrumental de medición, como ser medidores de color, medidores de luz y hasta uno para “frenar” la luz visible y dejar pasar los rayos infrarrojos en los proyectos de sensores de los mismos. Ante todo aclaro que son filtros ópticos de banda ancha, para, por ejemplo el IR dejar pasar un amplio espectro infrarrojo, dado los varios emisores y detectores que existen. Los de color salen con una banda más estrecha como verán en el gráfico más abajo.

Primero intenté hacer uno infrarrojo, en vista de los problemas que tienen los amigos foristas para armar detectores de objetos, de nivel o proximidad por IR.
La luz de día fuerte y las lámparas incandescentes pueden bloquear los detectores de infrarrojos (y cualquier detector de luz). Por eso los detectores dedicados llevan delante un filtro infrarrojo o de color, a veces integrado al mismo como los TAO.

Los filtros infrarrojos pueden ser de vidrio o plástico y parecen negros a simple vista.
Pero analizados con un Espectrofotómetro se ve que dejan pasar la porción infrarroja de la luz y frenan la parte visible. Pero los infrarrojos del ambiente también pueden bloquear los detectores, por eso es conveniente colocar delante del filtro un pequeño tubito opaco o negro de unos 4 centímetros de largo para evitar captar la luz ambiente de lleno.

Además, como siempre se ha dicho, la luz debe ser pulsada para poder medir una frecuencia determinada y no la luz continua del ambiente.

Esos filtros pueden comprarse en Kopp (USA), Schott (Alemania) o Edmund (USA), pero son carísimos. ( Para nuestros pobres bolsillos).

Por eso he desarrollado un filtro orgánico infrarrojo sobre una base de vidrio para que pueda ser construido por cualquiera en casa y solucionarles el problema. Aclaro que en los albores de la física los filtros fueron siempre orgánicos y los medidores o comparadores de color usaban filtros orgánicos y se llamaban “filtros de gelatina “. Los fabricantes nunca hicieron pública su composición como tampoco lo dicen los que fabrican filtros de vidrio ahora.

Aclaro que es muy difícil hacer filtros por lo que hay pocas fábricas en el mundo.
En los tiempos de la fotografía en película usábamos la cola de las mismas sin exponer, como filtro IR, pero no es tan eficaz como un filtro adhoc, por lo que estoy poniendo es sus manos un desarrollo inédito que puede hacerle a algún emprendedor ganar mucho dinero. (No he visto nada publicado sobre este tema).

Acompaño una fotografía de los elementos usados y el filtro terminado.

Usé un vidrio portaobjetos de microscopía porque era lo que tenía a mano. Usar cualquier pedazo de vidrio del tamaño necesario o hacerlo más grande y cortarlo luego, porque una vez hecho y seco, se puede cortar a medida con un diamante. También se podría recortar en forma redonda, para incluirlo en un tubo, por el método usado en óptica de ir “mascando” los bordes de un pedazo de vidrio, muy despacio con un alicate hasta dejarlo redondo.

A trabajar: Poner una gota gruesa de Voligoma (así se llama en Argentina un pegamento para papeles) sobre el vidrio.

Agregar al lado una gota del mismo tamaño de tinta para rellenar cartuchos de impresoras Epson Fotográfica ( DYE) color negro. Esta tinta está hecha de anilinas y no llevan pigmentos y no pesé los componentes por que se necesita una balanza de precisión y no cualquiera la tiene, pero en la foto se pueden dar cuenta de la proporción.

Mezclar bien sobre el mismo vidrio y luego extender la preparación sobre el mismo, en capa gruesa como para que se vea negro. Una lámpara de bajo consumo no debería verse a su través y de una lámpara incandescente de 100 w apenas el hilito del filamento.

Dejar secar un par de días para que endurezca y ya se puede usar. Tener cuidado de protegerlo del agua porque es soluble. Se le puede poner otro vidrio encima para protección de la intemperie e incluso sellar los bordes con silicona.

No usar tinta pigmentada porque frena los infrarrojos. (Esa es la tinta común de Epson, la Durabrite: no usarla). Probado con un Espectrofotómetro deja pasar alrededor de 90 % de infrarrojos y nada del visible, mientras que el mejor filtro de Kopp , que tengo, deja pasar un 80% de infrarrojos. ¡Y tiene 8 milímetros de espesor!

Probé todos los colorantes que tenía a mano y el mejor resultó esa tinta. Creo que cualquier marca andará bien. 

Y donde la consigo. En Argentina hay muchos vendedores de la misma y cuesta unos $20 el frasco de 100 ml. En todo caso buscar en Mercado Libre, pues en todo el mundo se venden las tintas para impresoras. O algún amigo puede tenerla y nos da unas gotas.

Con una cámara fotográfica se puede probar: ponerlo delante del lente y enfocar una lámpara de filamento. Solo tiene que verse un filamento delgado o una mancha de luz. Si se ve la lámpara completa, con su vidrio, hacerlo de nuevo. (Total es fácil y ya tenemos los elementos). Si no se tiene una lámpara de filamento para hacer la prueba, usar una de automóvil de 12 V. Me imagino que cualquier electrónico tendrá a mano una fuente de 12 V.

Prueben y verán que así solucionan sus problemas.

Esta experiencia exitosa me sugirió que se podría hacer filtros de color con ese procedimiento.
Por lo tanto me aboqué a hacer uno. Se me ocurrió hacer uno azul intenso para ver que resultaba: sobre un portaobjetos puse una gota gorda de voligoma y dos gotas de tinta color CIAN y dos gotas de color magenta. Les recuerdo que el color cian lleva dos colores: azul y verde. El color magenta también dos colores: rojo y azul. Eso porque como ya expliqué en otra oportunidad, las impresiones se hacen con tintas de los colores sustractivos. Y se llaman sustractivos por eso: se sustraen entre ellos.

Tenemos en total cuatro colores: azul+ verde+ rojo+ azul. El verde y el rojo se eliminan entre ellos y queda solamente el azul. Todo el que haya trabajado en Photoshop o Corel y cualquier programa de dibujo o fotografía entenderá esto. Por eso se llaman sustractivos. Al revés de la norma RGB, rojo, verde y azul, que se suman entre ellos.

Bueno después de secarse, quedó un regio filtro azul oscuro. 
Poniendo menos tinta, quedaría más claro. 

Adjunto una foto tomada con ese filtro de una lámpara de bajo consumo de 20 W.

También les hago ver una foto tomada con el filtro de infrarrojo anterior de la misma lámpara de bajo consumo.

Y una foto con el infrarrojo, de una lámpara de filamento de 40 W. Los reflejos son de los caireles del artefacto lumínico. Téngase en cuenta que las máquinas fotográficas digitales ven el infrarrojo como el visible. Por eso se las usa para detectar los infrarrojos del control remoto común. Y las lámparas de filamento tienen su mayor rendimiento en los IR, por eso calientan.

Acompaño los gráficos tomados con el espectrofotómetro del filtro azul. Del filtro infrarrojo no pude hacerlo porque mi espectrofotómetro tiene un fototubo de detector y no es sensible mas allá de 850 nm.

El primer gráfico me demuestra que es un filtro de azul muy intenso de 440 nm. Y un ancho de banda bastante pequeño, útil como para usarlo en un filtro de algún instrumento (ancho de banda medio 30 nm). No sería apto para fotografiar objetos porque al hacerlo manual no queda muy pareja la superficie y saldría la foto medio ondulada. Aunque la foto que tomé me parece bastante bien. Para hacerlo parejo habría que usar una torneta como las usadas para cubrir de laca fotosensible los PCB. Yo tengo hecha una con un viejo tocadiscos de 78 rpm al cual le pegué sobre el plato una lata de dulce de membrillo de las redondas para que no salpique.

El segundo gráfico( separé dos partes del gráfico completo porque es muy largo) es de la parte cercana infrarrojo. Aquí me da un pico aceptable bastante intenso a partir de los 700 nm. Como entre los 510 y los 650 nm queda solo una pequeña base, común en todos los filtros de vidrio, me alegró sobremanera porque tenía el convencimiento de que aparecería el rojo de 620-640 que está en la tinta y pensaba que sería difícil que saliera un filtro bueno. Pero no. No aparece este rojo. El infrarrojo de más de 700 no los ve el ojo humano, pero los fototransistores y fotodiodos si lo verían. Pero esto es común en todos los filtros: siempre hay dos o más longitudes de onda en los mismos. Por eso se usan dos filtros o más que se compensen, para hacer un filtro para mediciones.

Por eso salió bien la foto de la lámpara de bajo consumo: no tiene infrarrojos.
Y la segunda foto de la de bajo consumo con el filtro infrarrojo lo demuestra: la pequeña imagen que se ve es debida a los filamentos de los extremos de la lámpara.
Les añado que en los aparatos de colorimetría que construía les ponía un filtro opaco a los infrarrojos para evitar que la medición se viera engañada por el infrarrojo, pues los detectores de silicio ven demasiado bien los infrarrojos. Por eso ahora uso como fuente de luz los LEDs, que no tienen infrarrojos, salvo los de esta longitud de onda. 

Bueno. Los dejo con la inquietud de la construcción de cualquier filtro pues deduje con esto que se pueden hacer filtros de cualquier color en forma casera, cosa que hasta ahora no he visto publicado. Y por qué no, habilitar a los compañeros foristas a emprender algún trabajo negociable en el mercado. Ojalá yo hubiera tenido esta información en mis primeros días de fabricar colorímetros.

Si tienen alguna consulta háganla que la contestaré con la mayor diligencia.