CIENCIA . COLOCAR EN LA PÁGINA UN TEXTO SOBRE ALGUN TEMA ESPECIFICO PAR VER SU RESULTADO .
COLOCAR LA FUENTE DE DONDE SE OBTIENE , SU CONTACTO, SU MISION Y VISION
Sensores
FUNDAMENTOS FÍSICOS Y CONCEPTOS BÁSICOS SOBRE SENSORES
Un
sensor es un dispositivo para detectar y señalar una condición de cambio. Con
frecuencia, una condición de cambio, se trata de la presencia o ausencia de un
objeto o material (detección discreta). También puede ser una cantidad capaz de
medirse, como un cambio de distancia, tamaño o color (detección analógica). Los
sensores posibilitan la comunicación entre el mundo físico y los sistemas de
medición y/o de control, tanto eléctricos como electrónicos, utilizándose
extensivamente en todo tipo de procesos industriales y no industriales para
propósitos de monitoreo, medición, control y procesamiento.
Distancia nominal de detección
La distancia
de detección nominal corresponde a la distancia de operación para la que se ha
diseñado un sensor, la cual se obtiene mediante criterios estandarizados en
condiciones normales.
Distancia efectiva de detección
La distancia
de detección efectiva corresponde a la distancia de detección inicial (o de
fábrica) del sensor que se logra en una aplicación instalada. Esta distancia se
encuentra más o menos entre la distancia de detección nominal, que es la ideal,
y la peor distancia de detección posible.
Histéresis
La histéresis,
o desplazamiento diferencial, es la diferencia entre los puntos de operación
(conectado) y liberación (desconectado) cuando el objeto se aleja de la cara del
sensor y se expresa como un porcentaje de la distancia de detección. Sin una
histéresis suficiente, el sensor de proximidad se conecta y desconecta
continuamente al aplicar una vibración excesiva al objeto o al sensor, aunque se
puede ajustar mediante circuitos adicionales.
Repetibilidad
La
repetibilidad es la capacidad de un sensor de detectar el mismo objeto a la
misma distancia de detección nominal y se basa en una temperatura ambiental y
voltaje eléctrico constantes.
Frecuencia de conmutación
La frecuencia de conmutación corresponde a la cantidad de conmutaciones por
segundo que se pueden alcanzar en condiciones normales. En términos más
generales, es la velocidad relativa del sensor.
Tiempo
de respuesta
El tiempo de
respuesta de un sensor corresponde al tiempo que transcurre entre la detección
de un objeto y el cambio de estado del dispositivo de salida (de encendido a
apagado o de apagado a encendido). También es el tiempo que el dispositivo de
salida tarda en cambiar de estado cuando el sensor ya no detecta el objeto. El
tiempo de respuesta necesario para una aplicación específica se establece en
función del tamaño del objeto y la velocidad a la que éste pasa ante el sensor.
Sensores Inductivos
Los sensores
inductivos tienen una distancia máxima de accionamiento, que depende en gran
medida del área de la cabeza sensora (bobina o electrodo), por ello a mayor
diámetro, mayor distancia máxima; en relación a la distancia real de
accionamiento Sn dependerá de la temperatura ambiente y de la tensión nominal y
se sitúa dentro del +/- 10% de la distancia nominal Sn.
Los sensores
inductivos poseen una zona activa próxima a la sección extrema del inductor, que
está estandarizada por normas para distintos metales. Esta zona activa define la
distancia máxima de captación o conmutación Sn. La distancia útil de trabajo
suele tomarse como de un 90% de la de captación: Su =0.9 x Sn.
La técnica
actual permite tener un alcance de hasta unos 100 mm en acero. El alcance real
debe tomarse en cuenta, cuando se emplea el mismo sensor en otros materiales.
Ejemplo: Para el Acero Inoxidable debe considerarse un 80% de factor de
corrección, para el Aluminio un 30 % y para el cobre un 25%.
La distancia
de operación también depende si el sensor es blindado o no. Los sensores
blindados están construidos con un anillo de protección alrededor del núcleo.
Este tipo de sensor concentra el campo electromagnético en la parte delantera de
la cara frontal del del sensor. En los sensores inductivos no blindados no
existe el anillo metálico alrededor, por lo tanto, el campo no está concentrado
sobre la parte delantera del sensor, estas configuraciones permiten un 50% más
de rango de sensado que en un sensor blindado del mismo tamaño.
Sensores Capacitivos
Los sensores
capacitivos al igual que los inductivos tienen una distancia máxima de
accionamiento, que depende en gran medida del área de la cabeza sensora (bobina
o electrodo), por ello a mayor diámetro, mayor distancia máxima.
Zona
activa
Poseen una
zona activa próxima a la sección extrema similar a los inductivos, que define la
distancia máxima de captación o conmutación Sm. La distancia útil de trabajo
suele tomarse como de un 90% de la de captación:
Objeto
Patrón
Las distancias sensoras de los sensores capacitivos son especificadas por el
accionador metálico, con lado igual a 3 veces la distancia sensora para los
modelos embutidos (en la gran mayoría), y en algunos pocos casos de sensores
capacitivos embutidos se utiliza el lado cuadrado igual al diámetro del sensor.
Sensores Fotoeléctricos
En los
sensores fotoeléctricos la distancia nominal de detección varía de acuerdo al
sensor:
a) Sensores de
Barrera. Cuando existe
un receptor y un emisor apuntados uno al otro. Tiene este método el más alto
rango de detección (hasta unos 60 m).
b) Sensores
Reflex. Cuando la luz
es reflejada por un reflector especial cuya particularidad es que devuelve la
luz en el mismo ángulo que la recibe (9 m de alcance).
c) Sensores
Auto Reflex. Cuando el
emisor tiene un lente que polariza la luz en un sentido y el receptor otro que
la recibe mediante un lente con polarización a 90 ° del primero. Con esto, el
control no responde a objetos muy brillosos que pueden reflejar la señal emitida
(5m de alcance).
d) Sensores de
Foco Fijo. Cuando la
luz es reflejada difusamente por el objeto y es detectado por el hecho de que el
transmisor y el receptor están estereoscópicamente acoplados, evitando con ello
interferencia del fondo (3.5 m de alcance).
e) Sensores de
detección difusa.
Iguales a los anteriores pero los lentes son divergentes, y se usan para
detectar objetos muy próximos (1.5 m de alcance).
f) Sensores de
Fibra Óptica. En este
tipo, el emisor y receptor están interconstruídos en una caja que puede estar a
varios metros del objeto a sensar. Para la detección emplean los cables de fibra
óptica por donde circulan los haces de luz emitido y recibido. La mayor ventaja
de estos sensores es el pequeño volumen o espacio ocupado en el área de
detección.
Alcance Nominal (Sn)
Es la
distancia máxima aconsejada que debe haber entre el emisor y el receptor, emisor
y reflector o emisor y objeto para garantizar la detección. El alcance nominal
es el indicado en los catálogos del producto y sirve de base de comparación
entre los distintos dispositivos.
Alcance de
trabajo (Sa)
Es la
distancia hasta la cual la detección está asegurada y toma en cuenta los
factores ambientales (polvo, humo, etc.) y un margen de seguridad. Este alcance
es siempre menor que el alcance nominal.
Tipos de
sensores.
El número de
sensores disponibles para las distintas magnitudes físicas es tan elevado que no
se puede proceder racionalmente a su estudio sin clasificarlos previamente de
acuerdo con algún criterio. Existen diversos criterios adicionales a los que se
expondrán aquí.
Criterio
Clases
Ejemplos
Aporte
de energía
Moduladores
Termistor
Generadores
Termopar
Señal
de salida
Analógicos
Potenciómetro
Digitales
Codificador de posición
Todo o
nada
Célula
fotoeléctrica
Modo
de operación
De
deflexión
Acelerómetro de deflexión
De
comparación
Servoacelerómetro
Magnitud física a medir
Posición lineal o angular
Resolvers
Desplazamiento o deformación
Condensador diferencial
Velocidad lineal o angular
Tacogenerador, encoders
Aceleración
Galga
+ masa resorte
Fuerza
y par
Galga
extensiométrica
Presión
Tubo
Bourdon + Potenciómetro
Caudal
Anemómetro
Temperatura
Resistencias NTC, PTC
Presencia o proximidad
Ultrasonidos
Táctiles
Matriz
de contactos
Intensidad lumínica
Fotodiodo, fototransistor
Sistemas de visión artificial
Cámaras CCD
Parámetro variable
Resistivos
Galga
Capacitivos
Dieléctrico variable
Inductivos y electromagnéticos
LVT
Generadores
Piroeléctricos
Digitales
Vórtices
Uniones p-n
Fotoeléctricos
Ultrasonidos
Efecto
Doppler
Clasificación
atendiendo al aporte de energía.
Moduladores.
Generadores.
Según el
aporte de energía, los sensores se pueden dividir en moduladores y generadores.
En los sensores moduladores o activos, la energía de la señal de salida procede,
en su mayor parte, de una fuente de energía auxiliar. La entrada sólo controla
la salida. En los sensores generadores o pasivos, en cambio, la energía de
salida es suministrada por la entrada.
Los sensores
moduladores requieren en general más hilos que los generadores, ya que la
energía de alimentación suele suministrarse mediante hilos distintos a los
empleados para la señal. Además, esta presencia de energía auxiliar puede crear
un peligro de explosiones en algunos ambientes. Por contra, su sensibilidad se
puede modificar a través de la señal de alimentación, lo que no permiten los
sensores generadores.
La designación
de activos y pasivos es empleada con significado opuesto al aquí dado, en
algunos textos.
Clasificación
según la señal de salida.
Analógicos
Digitales
Todo o nada.
Según la señal
de salida, los sensores se clasifican en analógicos, digitales y todo-nada. En
los analógicos la salida varía, a nivel macroscópico, de forma continua. La
información está en la amplitud, si bien se suelen incluir en este grupo los
sensores con salida en el dominio temporal. Si es en forma de frecuencia, se
denominan, a veces, "casidigitales", por la facilidad con que se puede convertir
en una salida digital.
En los
sensores digitales, la salida varía en forma de saltos o pasos discretos. No
requieren conversión A/D y la transmisión de su salida es más fácil. Tienen
también mayor fidelidad y mayor fiabilidad, y muchas veces mayor exactitud, pero
lamentablemente no hay modelos digitales para muchas de las magnitudes físicas
de mayor interés
Los sensores
todo-nada son aquellos que únicamente poseen dos estados, los cuales están
separados por un valor umbral de la variable detectada.
Clasificación
atendiendo al modo de funcionamiento
Deflexión
Comparación
Atendiendo al
modo de funcionamiento, los sensores pueden ser de deflexión o de comparación.
En los sensores que funcionan por deflexión, la magnitud medida produce algún
efecto físico, que engendra algún efecto similar, pero opuesto, en alguna parte
del instrumento, y que está relacionado con alguna variable útil. Un dinamómetro
para la medida de fuerzas es un sensor de este tipo, en el que la fuerza
aplicada deforma un muelle hasta que la fuerza de recuperación de éste,
proporcional a su longitud, iguala la fuerza aplicada
En los
sensores que funcionan por comparación, se intenta mantener nula la deflexión
mediante la aplicación de un efecto bien conocido, opuesto al generado por la
magnitud a medir. Hay un detector del desequilibrio y un medio para
restablecerlo. En una balanza manual, por ejemplo, la colocación de una masa en
un platillo provoca un desequilibrio, indicado por una aguja sobre una escala.
El operario coloca entonces una o varias masas en el otro platillo hasta
alcanzar el equilibrio, que se juzga por la posición de la aguja
Las medidas
por comparación suelen ser más exactas porque el efecto conocido opuesto se
puede calibrar con un patrón o magnitud de referencia de calidad
El detector de
desequilibrio sólo mide alrededor de cero y, por lo tanto, puede ser muy
sensible y no necesita estar calibrado. Por contra, tienen en principio menor
respuesta dinámica y, si bien se pueden automatizar mediante un servomecanismo,
no se logra normalmente una respuesta tan rápida como en los de deflexión.
Clasificación
según el tipo de relación E/S.
De orden
cero.
De primer
orden.
De segundo
orden.
De orden
superior.
Según el tipo
de relación entrada-salida, los sensores pueden ser de orden cero, de primer
orden, de segundo orden o de orden superior. El orden está relacionado con el
número de elementos almacenadores de energía independientes que incluye el
sensor, y repercute en su exactitud y velocidad de respuesta. Esta clasificación
es de gran importancia cuando el sensor forma parte de un sistema de control en
lazo cerrado.
Clasificación
atendiendo al parámetro variable
Para el
estudio de un gran número de sensores se suele acudir a su clasificación de
acuerdo con la magnitud medida. Se habla, en consecuencia, de sensores de
temperatura, presión, caudal, humedad, posición, velocidad, aceleración, fuerza,
par, etc. Sin embargo, esta clasificación difícilmente puede ser exhaustiva ya
que la cantidad de magnitudes que se pueden medir es prácticamente inagotable.
Piénsese, por ejemplo, en la variedad de contaminantes químicos en el aire o en
el agua, o en la cantidad de proteínas diferentes que hay en el cuerpo humano y
que interesa detectar.
Desde el punto
de vista de la ingeniería electrónica, es más atractiva la clasificación de los
sensores de acuerdo con el parámetro variable: resistencia, capacidad,
inductancia, añadiendo luego los sensores generadores de tensión, carga o
corriente, y otros tipos no incluidos en los anteriores grupos. Si bien este
tipo de clasificación es poco frecuente, permite reducir el número de grupos a
unos pocos y se presta bien al estudio de los acondicionadores de señal
asociados.
Sensores
Magnitudes
Posición
Distancia
Desplazamiento
Velocidad
Aceleración
Vibración
Temperatura
Presión
Caudal
Flujo
Nivel
Fuerza
Humedad
Resistivos
Potenciómetros
Galgas
Magnetoresistencias
Galgas
+
masa-resorte
RTD
Termistores
Potencióme-
Tros +
tubo
Bourdon
Anemómetros
de
hilo
caliente
Galgas
+
Voladizo
Termistores
Potenciómetro + flotador
Galgas
Humistor
Capacitivos
Condensador
Diferencial
Condensador
variable +
diafragma
Condensador
Variable
Galgas
capacitivas
Dieléctrico
variable
Inductivos y
Electro-
Magnéticos
LVDT
Corrientes
Foucault
Resolver
Efecto
Hall
Ley
Faraday
LVT
Efecto
Hall
Corrientes
Foucault
LVDT
+
masa-
resorte
LVDT +
diafragma
Reluctancia
variable
+
diafragma
LVDT +
rotá-
Metro
Ley
Faraday
LVDT +
flo-
Tador
Corrientes
Foucault
Magneto-
elástico
LVDT
+
célula
carga
Generadores
Piezoeléc-
tricos
+ masa
resorte
Termopares
Piroeléc-
Tricos
Piezoeléc-
Tricos
Piezoeléc-
tricos
Digitales
Codificadores in-
Crementales y
Absolutos
Codificado-
res
incre-
mentales
Osciladores
de
cuarzo
Codificador
+ tubo
Bourdon
Vórtices
SAW
Uniones p-n
Fotoeléctricos
Diodo
Transistor
Convertido-
Res
T/I
Fotoeléctri-
Cos
Ultrasonidos
Reflexión
Efecto
Doppler
Efecto
Doppler
Tiempo
trán-
Sito
Vórtices
Reflexión
Absorción
Características
de los sistemas de medida
El
comportamiento del sistema de medida viene condicionado por el sensor empleado.
Es por ello importante describir las características de los sensores. Sucede
que, en la mayoría de los sistemas de medida, la variable de interés varía tan
lentamente que basta con conocer las características estáticas del sensor. Ahora
bien, las características estáticas influyen también en el comportamiento
dinámico del sensor, es decir, en el comportamiento que presenta cuando la
magnitud medida varía a lo largo del tiempo. No obstante, se suele evitar su
consideración conjunta por las dificultades matemáticas que entraña, y se
procede a la distinción entre características estáticas y características
dinámicas, estudiándose por separado. Los conceptos empleados para describir las
características estáticas no son de aplicación exclusiva a los sensores, sino
que son comunes a todo instrumento de medida.
Características eléctricas.
Si
consideramos al sensor como un bloque indivisible desde el punto de vista
eléctrico, éste va a ser caracterizado por parámetros como su impedancia de
entrada, impedancia de salida, consumo de corriente, tipo de señal eléctrica a
su salida (tensión, intensidad, pulsos, continua, alterna, etc.).
Impedancia de
entrada.
En la
descripción de los sensores se necesita no sólo las características estáticas y
dinámicas. Para ilustrar esta afirmación considérense, por ejemplo, las
situaciones siguientes:
En el caso de
un potenciómetro, para evitar que el cursor pierda el contacto con el elemento
resistivo es necesario que ejerza una fuerza sobre éste. ¿Qué sucede entonces si
se pretende medir el movimiento de un elemento que sea incapaz de vencer el
rozamiento entre el cursor y la pista?
Si para medir
la temperatura que alcanza un transistor se emplea un termómetro con una masa
importante respecto a la del transistor, al ponerlo en contacto con éste, ¿no lo
enfriará dando, en consecuencia, una lectura inferior a la temperatura que tenía
inicialmente el transistor?
La descripción
de un sensor o sistema de medida mediante esquemas de bloques, deja al margen el
hecho de que en todo proceso de medida es inevitable la extracción de una cierta
cantidad de energía del sistema donde se mide. Cuando, debido a esta
circunstancia, la variable medida queda alterada, se dice que hay un error por
carga. Los esquemas de bloques sólo son válidos cuando no hay interacción
energética entre bloques. El concepto de impedancia de entrada permite valorar
si se producirá o no un error por carga.
Para tener
impedancias de entrada altas, puede ser necesario cambiar el valor numérico de
los componentes del sistema o cambiar el diseño y usar un elemento activo. En
este caso, la mayor parte de la energía viene de una fuente externa y no
necesariamente de del medio donde se mide. Otra alternativa es medir empleando
el método de cero, pues en éste sólo se extrae energía de forma importante
cuando hay un cambio en el valor de la entrada.
La velocidad
de respuesta indica la rapidez con la que el sistema de medida responde a los
cambios en la variable de entrada. En cuanto a la medida, no importa mucho que
exista un retardo entre la magnitud aplicada a la entrada y la indicación
correspondiente a la salida. Pero si el sensor forma parte de un sistema de
control, este retardo puede dar lugar a oscilaciones.
Precisión.
Es la máxima
desviación entre el valor real proporcionado y el teórico según un patrón
definido.
Linealidad.
Máxima
desviación entre la respuesta real y la puramente lineal.
Sensibilidad.
Indica la
variación de salida por unidad de magnitud de entrada.
Exactitud,
fidelidad, sensibilidad.
La exactitud
(en inglés, "accuracy") es la cualidad que caracteriza la capacidad de un
instrumento de medida de dar indicaciones que se aproximen al verdadero valor de
la magnitud medida. En castellano se emplea como sinónimo de exactitud el
término precisión, pero en inglés americano "accuracy" y "precisión" no siempre
se emplean como sinónimos.
La
discrepancia entre la indicación del instrumento y el verdadero valor de la
magnitud medida se denomina "error". La diferencia entre la indicación del
instrumento y el verdadero valor se denomina error absoluto. A veces se da como
porcentaje respecto al máximo valor que puede medir el instrumento (valor de
fondo de escala) o con respecto a la diferencia entre el valor máximo y el valor
mínimo medibles. Así pues,
Error absoluto =
Resultado - Verdadero valor
Para algunos
sensores puede que se especifique un error relativo como porcentaje del fondo de
escala, sin más, o bien como porcentaje de la lectura exclusivamente. Si el
margen de medida incluye valores pequeños, lo primero implica que en dicha zona
del margen se tendrá un error muy grande, mientras que lo segundo da lugar a
errores increíblemente pequeños.
La fidelidad
(en inglés americano designada a veces como "precisión") es la cualidad que
caracteriza la capacidad de un instrumento de medida de dar el mismo valor de la
magnitud medida, al medir varias veces en unas mismas condiciones determinadas
(ambientales, operador, etc.), prescindiendo de su concordancia o discrepancia
con el valor real de dicha magnitud. La fidelidad implica que se tenga
simultáneamente una conformidad en las sucesivas lecturas y un número alto de
cifras significativas y es, por tanto, una condición necesaria pero no
suficiente para la exactitud.
La
repetibilidad se refiere al mismo hecho, pero cuando las medidas se realizan en
un intervalo de tiempo corto. Cuantitativamente, es el valor por debajo del cual
se encuentra, con una probabilidad especificada, el valor absoluto de la
diferencia entre dos resultados individuales obtenidos en las condiciones
antedichas. Si no se dice lo contrario, la probabilidad se toma del 95%.
En sensores,
cuando hay una variación de la salida a lo largo del tiempo se habla a veces de
"inestabilidad", y se dice que el sensor tiene derivas. En particular, se
especifican a veces las denominadas derivas de cero y derivas del factor de
escala. La deriva de cero expresa la variación de la salida con entrada nula. La
deriva del factor de escala expresa la variación de la sensibilidad.
La
sensibilidad o factor de escala es la pendiente de la curva de calibración, que
puede ser o no constante a lo largo de la escala de medida. Para un sensor cuya
salida esté relacionada con la entrada x mediante la ecuación y = f(x), la
sensibilidad en el punto xa , S(xa), es
En los
sensores interesa tener una sensibilidad alta y, si es posible, constante. Para
un sensor con respuesta
y = kx + b
la
sensibilidad es S = k, para todo el margen de valores de x aplicables. Para uno
cuya respuesta sea
y = kx2 + b
la
sensibilidad es S = 2 kx, y varía a lo largo de todo el margen de medida.
La linealidad
expresa el grado de coincidencia entre la curva de calibración y una línea recta
determinada. Según cual sea dicha recta se habla de:
Linealidad
independiente: la línea de referencia se define por el método de mínimos
cuadrados. De esta forma, el máximo error positivo y el mínimo error negativo
son iguales. Es la forma de especificación que suele dar "mejor" calidad.
Linealidad
ajustada al cero: la recta se define también por el método de los mínimos
cuadrados, pero con la restricción adicional de pasar por cero.
Linealidad
terminal: la recta se define por la salida sin entrada (o la menor del margen de
medida) y la salida teórica máxima, correspondiente a la mayor entrada admitida.
Linealidad a
través de los extremos: la recta se define mediante la salida real cuando la
entrada es la menor del alcance especificado, y la salida real cuando la entrada
es la máxima del alcance especificado.
Linealidad
teórica: la recta es la definida por las previsiones teóricas formuladas al
diseñar el sensor.
Sensores
térmicos.
Hay un gran
número de diferentes tipos de sensores térmicos. Dos de los más comunes son el
termoacoplador y el termoresistor.
Termoacoplador.
Cuando dos
metales distintos (como el cobre y el hierro) son puestos en contacto en un
circuito y las uniones son calentadas a diferentes temperaturas, un pequeño
voltaje es generado y una corriente eléctrica fluye entre ellos.
El voltaje a
circuito abierto (medido con un voltímetro ideal de resistencia de entrada
infinita) está relacionado con la diferencia de temperatura (Ta -Tb), y con la
diferencia en los coeficientes Seebeck de los dos materiales (Pa-Pb):
V = ( Pa - Pb )(
Ta - Tb )
V será
típicamente del orden de mV, o decenas de mV para termoacopladores de metal con
diferencias de temperatura del orden de 200°C.
Los materiales
semiconductores a menudo presentan un mejor efecto termoeléctrico que los
metales. Esto permite integrar muchos termoacopladores semiconductores en serie
para construir una termopila, la cual presenta un voltaje de salida mayor que el
debido a un sólo termoacoplador. Sin embargo, la alta conductividad térmica del
silicio dificulta el mantener un gradiente de temperatura grande (Ta-Tb).
Sensores térmicos
de flujo.
Existe un
número de opciones para monitorizar razones de flujo en gases usando sensores
térmicos. Se puede medir la temperatura de un fluido conforme pase por el
sensor, y como aquel pasa sobre un resistor "caliente" la diferencia en
temperatura será proporcional a la razón másica del flujo. Otra posibilidad es
mantener el sensor a una temperatura constante y medir la cantidad de potencia
requerida para mantener esa temperatura. De nueva cuenta, la diferencia de
temperatura será proporcional a la razón másica del flujo sobre el sensor.
Sensores
radiativos.
Hay una
variedad de sensores radiativos para diferentes tipos de fuentes radiantes, que
incluye radiación nuclear así como luz visible, infrarroja y ultravioleta.
Algunos de los más comunes se comentan a continuación.
Fotodiodo.
El más simple
fotodiodo es una unión p-n polarizada inversamente. Cuando la luz no incide
sobre el dispositivo sólo una pequeña cantidad de corriente fluye (corriente de
obscuridad). Cuando la luz incide, se generan portadores y fluye una mayor
corriente eléctrica.
Un fotodiodo
típico trabaja en la región del infrarrojo cercano. Son dispositivos de alta
impedancia y operan a bajas corrientes (corriente de obscuridad de 10
A y hasta 100
A con iluminación).
Estos
dispositivos presentan una respuesta lineal que se incrementa con la
iluminación, y generalmente presentan una muy rápida respuesta en el tiempo.
Fototransistor.
Este
dispositivo presenta mayor corriente que un fotodiodo, para niveles comparables
de iluminación. No operan tan rápido como un fotodiodo (aproximadamente 10 Khz
es el límite superior), y presentan altas corrientes de obscuridad.
El
fototransistor es básicamente un transistor con la corriente de base generada
por la iluminación de la unión base-colector. La operación normal del transistor
amplifica la pequeña corriente de base.
Sensores
piroeléctricos.
Esos
dispositivos operan sobre el efecto piroeléctrico en cristales polarizados (como
en ZnO). Estos cristales tienen un nivel de polarización interconstruido que
cambia con la cantidad de energía térmica incidente.
Son
dispositivos de alta impedancia que son manejados por transistores de efecto de
campo. Pueden ser hechos para no responder a temperatura ambiente, y sólo
responder ante rápidas fluctuaciones. Sin embargo, un grave problema de estos
cristales es que exhiben también efecto piezoeléctrico, de manera que los
sensores piroeléctricos requieren ser diseñados para evitar tensión en el
cristal.
Una aplicación
común de estos dispositivos es en la detección de movimiento (alarmas contra
intrusos). En estos sistemas, una lente corta el campo "visible" del sensor en
varias secciones. Conforme alguien se mueve y cruza el campo visible, la
radiación térmica del cuerpo incide sobre el sensor, lo que resulta en pulsos
discretos conforme la persona se mueve de una parte del campo visible a la
siguiente. Es posible construir detectores de movimiento a bajo costo, inclusive
éstos pueden ser entonados para responder a una particular razón de movimiento.
Sensores
magnéticos.
Existen
diversas formas de captar campos magnéticos, por ejemplo los sensores ópticos
pueden estar basados en cristales que exhiben efecto magneto-óptico, o en fibra
óptica adecuadamente impurificada. Otra forma de sensado es mediante
embobinados. Estas estructuras al ser bidimensionales, las hace impracticables
para muchas aplicaciones. Sin embargo, el desarrollo que han tenido los
superconductores de alta energía aumentan la posibilidad de desarrollar sensores
basados en dispositivos superconductores de interferencia cuántica (SQUID), los
cuales tienen la capacidad de detectar el campo magnético de la tierra o el del
cerebro. Existen, por supuesto, otras variedades de otros diferentes
dispositivos.
Una gran
cantidad de mediciones pueden ser realizadas usando sensores de efecto Hall. Un
sensor de efecto Hall se muestra en la figura 7.4, y consiste de un material
conductor, usualmente semiconductor, y de una corriente eléctrica que se hace
pasar entre dos electrodos, situados en lados opuestos del dispositivo. Dos
contactos sensores son colocados en los lados restantes del dispositivo
(opuestos uno a otro y en dirección perpendicular al flujo de corriente).
Los sensores
de efecto Hall operan en el rango de 0.1 mT a 1 T (el campo magnético de la
tierra es aproximadamente 50 T). Los circuitos de efecto Hall comerciales
disponibles, proporcionan una respuesta del orden de 10 mV/mT.
Galgas
extensométricas.
La galga
extensométrica permite obtener, mediante el adecuado acondicionamiento de la
señal resultante, una lectura directa de la deformación longitudinal producida
en un punto de la superficie de un material dado, en el cual se ha adherido la
galga.
La unidad de
medida de la deformación se expresa mediante (épsilon). Esta unidad de medida
es adimensional, y expresa la relación existente entre el incremento de longitud
experimentado por el objeto y la longitud inicial.
El concepto de
deformación engloba todas las variaciones sufridas por un cuerpo cuando éste ha
sido sometido a una fuerza externa, bien sea compresión, tracción, torsión o
flexión.
La galga
extensométrica es básicamente una resistencia eléctrica. El parámetro variable y
sujeto a medida es la resistencia de dicha galga. Esta variación de resistencia
depende de la deformación que sufre la galga. Se parte de la hipótesis inicial
de que el sensor experimenta las mismas deformaciones que la superficie sobre la
cual está adherido.
La resistencia
de la galga es la propia resistencia del hilo, que viene dada por la ecuación:
Existen dos
tipos básicos de galgas:
De hilo
conductor o lámina conductora.
El sensor está
constituido básicamente por una base muy delgada no conductora y muy flexible,
sobre la cual va adherido un hilo metálico muy fino. Las terminaciones del hilo
acaban en dos terminales a los cuales se conecta el transductor.
Semiconductor.
Las galgas
semiconductoras son similares a las anteriores. En este tipo de galgas se
sustituye el hilo metálico por un material semiconductor. La principal
diferencia constructiva de estas galgas respecto a las anteriores se encuentra
en el tamaño; las galgas semiconductoras tienen un tamaño más reducido. El
cambio en la resistencia de un material debido a la aplicación de un esfuerzo es
llamado efecto piezorresistivo. Los piezorresistores son fáciles de fabricar en
silicio. Para lograrlo, sólo se introducen impurezas (tipo n ó tipo p) en un
pequeño volumen del silicio.
Factor de
galga o factor de sensibilidad de la galga es una constante K característica de
cada galga. Determina la sensibilidad de ésta. Este factor es función de muchos
parámetros, pero especialmente de la aleación empleada en la fabricación.
Matemáticamente el factor de galga se expresa:
Sensores ópticos.
El silicio es
un material refractivo, como son algunos otros materiales que se usan en la
fabricación de dispositivos semiconductores (por ejemplo, aluminio). Esta
característica óptica puede ser usada para captar desplazamientos o
deformaciones en micropuentes, membranas, etc. En esta técnica, el haz de un
láser se hace incidir sobre la superficie para monitorizar su desplazamiento o
deformación mediante el análisis del patrón de interferencia que resulta. Esta
técnica es usada en microscopía atómica para monitorizar la flexión de un haz
sobre una punta sensora.
Sensores
resonantes.
Estos son
trampolines o micropuentes que se ponen a oscilar a su frecuencia de resonancia.
Cambios en esta frecuencia pueden ser medidos mediante el uso de
piezorresistores, o usando técnicas ópticas.
Acelerómetro.
Un sensor de
aceleración, o acelerómetro, consiste de una masa suspendida de un delgado
puente. Cuando el dispositivo es acelerado, la fuerza que se experimenta dobla
el delgado micropuente. Con piezorresistores situados cerca del borde del
micropuente se puede detectar la aceleración. Otra opción es captar
capacitivamente el desplazamiento de la masa.
Sensores de
presión.
Los sensores
de presión están compuestos generalmente de un sensor primario y de un
transductor que realizará la medida de la deformación de sensor primario.
Existen
infinidad de sensores primarios, entre los que destacan:
Diafragma:
Consiste en una lámina circular unida continuamente alrededor de su borde.
Existen varios tipos de diafragmas, siendo los más comunes los planos y los
ondulados. Los materiales más utilizados para su fabricación suelen ser
aleaciones metálicas elásticas como el latón, bronce, acero inoxidable, etc.
Cápsula: La
cápsula consiste en dos diafragmas ondulados anulares con curvaturas en la
ondulación opuestas y sellados juntos por su periferia. La deformación en este
tipo de sensor es el doble que en el caso de un diafragma único, siendo esta su
característica más destacable. Se construye con materiales idénticos que en el
caso anterior.
Fuelle: Los
fuelles se realizan a partir de tubos de paredes finas formando convoluciones en
donde uno de los extremos está cerrado; el fuelle se desplaza axialmente cuando
se le aplica una presión en su entrada. Los fuelles se utilizan para rangos de
presiones bajas, ya que su deformación es mayor comparado con los diafragmas y
cápsulas.
Tubo de
Bourdon: Es sin duda, el dispositivo más utilizado como sensor primario. Existen
cuatro configuraciones distintas, tubo en forma de C, tubo en espiral, tubo
helicoidal y tubo trenzado. Se emplea uno u otra configuración dependiendo del
rango de presiones a medir. Para la fabricación de los tubos de Bourdon se
emplean aleaciones metálicas elásticas.
SENSORES
DE RELUCTANCIA VARIABLE.
Funcionan de
la siguiente manera: El campo de un imán permanente es deformado al paso de un
objeto de alta reluctancia, como los dientes de un engrane metálico; este cambio
en el campo induce un voltaje en una bobina colocada rodeando al imán. La
magnitud de este voltaje depende de la velocidad con la que el diente en nuestro
ejemplo pasa frente al campo magnético y, cuando es suficientemente grande (4500
mm/seg), puede ser empleado en contadores o indicadores de velocidad
directamente.
Los diferentes
tipos de sensores se agrupan por el tipo de detección:
a) Sensores de
Transmisión Directa. Cuando existe un receptor y un emisor apuntados uno al
otro. Tiene este método el más alto rango de detección (hasta unos 60 m).
b) Sensores
Reflex. Cuando la luz es reflejada por un reflector especial cuya particularidad
es que devuelve la luz en el mismo ángulo que la recibe ( 9 m de alcance).
c) Sensores
Reflex Polarizados. Son prácticamente iguales a los del tipo anterior, excepto
que, el emisor tiene un lente que polariza la luz en un sentido y el receptor
otro que la recibe mediante un lente con polarización a 90 ° del primero. Con
ésto, el control no responde a objetos muy brillosos que pueden reflejar la
señal emitida (5m de alcance).
d) Sensores de
Foco Fijo. Cuando la luz es reflejada difusamente por el objeto y es detectado
por el hecho de que el transmisor y el receptor están estereoscópicamente
acoplados, evitando con ello interferencia del fondo (3.5 m de alcance).
e) Sensores de
detección difusa. Iguales a los anteriores pero los lentes son divergentes, y se
usan para detectar objetos muy próximos (1.5 m de alcance).
f) Sensores de
Fibra Optica. En este tipo, el emisor y receptor están interconstruídos en una
caja que puede estar a varios metros del objeto a sensar. Para la detección
emplean los cables de fibra óptica por donde circulan los haces de luz emitido y
recibido. La mayor ventaja de estos sensores es el pequeño volumen o espacio
ocupado en el área de detección.
SENSORES
ULTRASONICOS
Los sensores
ultrasónicos son empleados en las industrias químicas como sensores de nivel por
su mayor exactitud en presencia de burbujas en los reactores.
Funcionan al
igual que el sistema de sonar usado por los submarinos. Emiten un pulso
ultrasónico contra el objeto a sensar y, al detectar el pulso reflejado, se para
un contador de tiempo que inició su conteo al emitir el pulso. Este tiempo es
referido a distancia y de acuerdo con los parámetros elegidos de respuesta ("Set
Point") con ello manda una señal eléctrica digital o analógica.
La técnica
actual permite la fabricación de estos sensores con un rango de detección desde
100 mm hasta unos 6000 mm con una exactitud de 0.05%.
Estos sensores
son empleados con gran éxito sobre otros tipos de sensores para detectar objetos
a cierta distancia que son transparentes o extremadamente brillosos y no
metálicos.
SENSORES
MAGNETICOS
De los
sensores magnéticos tenemos los siguientes tipos: los mecánicos o tipo "reed",
los de tipo electrónico o de efecto Hall y, los transformadores lineales
variables (LVDT).
Los sensores
de tipo "reed" tienen gran difusión al emplearse en muy bajos voltajes, con lo
que sirven de indicador de posición a PLCs y, además, por emplearse como
indicador de posición de los cilindros neumáticos de émbolo magnético de las
marcas que tienen mayor difusión.
Los sensores
de efecto Hall, son semiconductores y por su costo no están muy difundidos pero
en codificadores ("encoders") de servomecanismos se emplean mucho.
Los
transformadores lineales variables (LVDT) proporcionan una lectura de posición,
usando la inductancia mutua entre dos embobinados. Un núcleo magnético móvil
acopla el voltaje de excitación en corriente alterna a los dos secundarios. La
fase y la amplitud del voltaje del secundario varía de acuerdo con la posición
del núcleo.
Cuando el
núcleo está enmedio de los embobinados, los voltajes de ambos están 180 grados
defasados y son de igual magnitud, por lo que el voltaje neto es cero. Cuando el
núcleo se mueve hacia la escala positiva, la señal en fase con la onda de
entrada crece y viceversa cuando el núcleo se mueve hacia la escala negativa.
ENCODERS
Un tipo
especial de sensor de proximidad es el "encoder" o codificador, ya que con él se
puede obtener la distancia exacta de proximidad.
Para la
medición angular se utiliza un disco codificado montado en un eje. La
transformación de la codificación mecánica en una señal eléctrica proporcional
se consigue por la posición del disco utilizando sensores electromagnéticos
(tipo Inductosyn), inductivos o acopladores ópticos. En el caso de posicionado
inductivo, el código del disco tiene la forma de segmentos de cobre en serie.
Con este método, el trasductor consiste en un sensor tipo herradura, cuyo
consumo eléctrico varía de acuerdo con el grado de interferencia de su campo
magnético. Esta señal es empleada a continuación por el equipo de control.
El
posicionamiento óptico de un disco segmentado es el método más usual, donde la
codificación consiste en sectores transparentes y opacos. Cuando el disco gira,
el recorrido de la luz al sensor óptico se abre y se bloquea alternativamente,
produciendo así una salida digital en proporción con el movimiento y la
posición.
SENSORES DE NIVEL
Los sensores
de nivel en su mayoría trabajan indirectamente sensando la posición de un
flotador mediante un sensor inductivo o un interruptor del tipo de canilla ("reed")
y un imán permanente.
SENSORES DE
TEMPERATURA
Los sensores
de temperatura más sencillos son los que actúan sobre un interruptor miniatura y
en general, éstos son de dos tipos: Sistemas de Dilatación de un fluido y
Bimetálicos. Los primeros actúan al dilatarse el líquido o el gas contenido
dentro de un capilar y, los segundos actúan directamente el interruptor mediante
el efecto de diferencia de dilataciones de tiras de dos metales diferentes. En
general, se usan para interrumpir hasta corrientes de 30 Amperes en 120 volts.
SENSORES DE
POSICIÓN
Potenciómetro
angular
Es un
transductor de posición angular, de tipo absoluto y con salida de tipo
analógico. Básicamente es una resistencia de hilo bobinado en una pista de
material conductor, distribuida a lo largo de un soporte en forma de arco y un
cursor solidario a un eje de salida que pueda deslizar sobre dicho conductor .
El movimiento del eje arrastra el cursor provocando cambios de resistencia entre
éste y los extremos. De esta forma si se alimentan los extremos con una tensión
constante Vo aparece en la toma de medida una tensión proporcional al ángulo
girado a partir del origen. Interesa que esta variación sea lineal como se
representa en la figura. En cuanto a la respuesta dinámica el potenciómetro es
un elemento proporcional sin retardo, pero la frecuencia de funcionamiento suele
quedar limitada a 5 Hz por motivos mecánicos.
Potenciómetro angular
Encoders
Los encoders
son dispositivos formados por un rotor con uno o varios grupos de bandas opacas
y translúcidas alternadas y un estator con una serie de captadores ópticos que
detectan la presencia o no de banda opaca. Existen dos tipos de encoders,
incrementales y absolutos. Los primeros dan un determinado número de impulsos
por vuelta y requieren un contador para determinar la posición a partir de un
origen de referencia, los absolutos disponen de varias bandas en el rotor
ordenadas según un código binario, y los captadores detectan un código digital
completo que es único para cada posición del rotor.
Encoder
Incremental
La resolución
del encoder depende del número N de divisiones del rotor, es decir del número de
impulsos por revolución. No debe confundirse lo que es resolución angular del
encoder con la posible resolución de un sistema de medida de coordenadas
lineales que dependerá de la desmultiplicación mecánica.
Los encoders
absolutos disponen de varias bandas dispuestas en forma de coronas circulares
concéntricas, dispuestas de tal forma que en sentido radial el rotor queda
dividido en sectores, con combinaciones de opacos y transparentes que siguen un
código Gray o binario .
Encoder absoluto
El estator
dispone de un conjunto emisor-receptor ópticos para cada corona del rotor. El
conjunto de información binaria obtenida de los captadores es único para cada
posición del rotor y representa su posición absoluta. Se utiliza el código Gray
en lugar de un binario clásico porque en cada cambio de sector sólo cambia el
estado de una de las bandas, evitando errores por falta de alineación de los
captadores. Para un encoder con N bandas, el rotor permite 2N combinaciones, la
resolución será 360° entre los 2N sectores, por ejemplo para encoders de 12 y 16
bits se obtiene una resolución angular de 0.0879° y 0.00054° respectivamente.
Sincros y
Resolvers
Un sincro es
un transductor de posición angular de tipo electromagnético. Su principio de
funcionamiento puede resumirse diciendo que se trata de un transformador, en el
que uno de los devanados es rotativo.La configuración más habitual es :
Primario
en el rotor y monofásico
Secundario
en el estator y trifásico
En la Figura
se representa el esquema de un Sincro con la configuración indicada. Cuando se
aplica una tensión senoidal al devando primario, se recogen en los devanados
secundarios de cada una de las fases tres tensiones, cuya amplitud y fase con
respecto a la tensión del primario dependen de la posición angular del rotor.
Funcionamiento
del Sincro
En caso de
existir una sola fase en el estator existiría una indeterminación en el signo
del ángulo, que desaparece para un estator trifásico.
Una
configuración particular del Sincro es la del Resolver, cuyo principio de
funcionamiento es análogo, con las siguientes particularidades constructivas :
Primario
en el estator y bifásico
Secundario
en el rotor, monofásico o bifásico.
En la Figura
se representa de forma esquemática una configuración típica. Los devanados del
estator se alimentan en serie, dando un campo estacionario sobre el eje y los
devanados del rotor recogen distintas tensiones en función de 1 .
Esquema de resolver
Sensores
Inductosyn
Es un
transductor electromagnético utilizado para la medida de desplazamientos
lineales, con precisión del orden de micras. Se emplea en máquinas medidoras de
coordenada y máquinas herramientas de control numérico. El transductor consta de
dos partes acopladas magnéticamente, una denominada escala fija y situada
paralela al eje de desplazamiento y otra solapada a la anterior deslizante y
solidaria a la parte móvil.
Inductosyn
La parte fija
lleva grabado un circuito impreso con pistas en forma de onda rectangular con un
paso p. La parte móvil tiene dos más pequeños, encarados con los de la escala, y
desfasados entre si un número entero de pasos mas ¼ de paso (análogamente a lo
visto para encoders incrementales). Si se excita la parte fija con una señal
alterna en cada uno de los circuitos de la parte deslizante se recoge una
tensión que es función del desplazamiento lineal y el paso de onda de la escala.
La amplitud varia entre un máximo y un mínimo según las que los circuitos fijo y
móvil estén enfrentados o decalados ½ de paso. La medida se realiza sumando el
número de ciclos de señal de salida completos, más la variación dentro de un
ciclo. La indeterminación del sentido se resuelve comparando la fase de los dos
captadores.
Sensores LASER
Los sensores
LASER pueden utilizarse como detectores de distancias por análisis de
interferencias (interferometría LASER). El principio de funcionamiento se basa
en la superposición de dos ondas de igual frecuencia, una directa y la otra
reflejada. La onda resultante pasa por valores máximos y mínimos al variar la
fase de la señal reflejada. Los sensores industriales generan un haz de luz que
se divide en dos parte ortogonales mediante un separador . Un haz se aplica
sobre un espejo plano fijo, mientras el otro refleja sobre el objeto cuya
distancia se quiere determinar, los dos haces se superponen de nuevo en el
separador, de forma que al separarse el objeto se generan máximos y mínimos a
cada múltiplo de la longitud de onda del haz. La distancia se mide contando
dichas oscilaciones o franjas, obteniéndose una salida digital de elevada
precisión.
Sensores
magnetoestrictivos
Están también
basados en la detección de un impulso ultrasónico generado por la deformación
elástica que se produce en algunos materiales bajo el efecto de un campo
magnético.
Básicamente se
trata de una varilla de material magnético en la que se genera una perturbación
ultrasónica mediante una bobina inductora, sobre la varilla se coloca un imán
móvil que puede deslizarse. El imán provoca un cambio de permeabilidad en el
medio y esto provoca una reflexión de la onda ultrasónica, pudiéndose detectar
la distancia al imán por el tiempo en recibir el eco.
Comparación entre diferentes sensores de posición angular
Robustez mecánica
Rango dinámico
Resolución
Estabilidad térmica
Encoder
mala
media
buena
buena
Resolver
buena
buena
buena
buena
Potenciómetro
regular
mala
mala
mala
Sensores de
proximidad ópticos
Uno de los
métodos más utilizados para detectar la proximidad por medio de ópticos se
muestra en la figura. Este sensor está constituido por un diodo emisor de luz de
estado sólido (LED), que actúa como un transmisor de luz infrarroja y un
fotodiodo de estado sólido que actúa como el receptor.
Los conos de
luz formados enfocando la fuente y el detector en el mismo plano se intersectan
en un volumen largo en forma de lápiz. Este volumen define el campo de operación
del sensor, puesto que una superficie reflectora que intersecta el volumen se
ilumina por la fuente y es vista simultáneamente por el receptor.
Los sensores
de fuerza y de torsión se utilizan principalmente para medir las fuerzas de
reacción desarrolladas en la superficie de separación entre conjuntos mecánicos.
Los métodos principales para realizar esta operación son los de detección de
articulación y muñeca. Un sensor de articulación mide los componentes
cartesianos de la fuerza y de la torsión que actúan sobre una articulación de
robot y la suma de forma vectorial. Para una articulación impulsada por un motor
de corriente continua, la detección se realiza simplemente midiendo la corriente
del inducido.
Sensores
compactos medidores de distancias de alta sensibilidad
Modelo
Características
Rangos
absolutos Máximos
Característica Electro-Opticas
VCC
(V)
Topr
(ºC)
Rango
de distancia de medida
VOH
(V)
MIN
VCC
VOL
(V)
MAX
Operativo
(mA)
MAX
Srandby
(mA)
MAX
GP2D02
Sensor
que mide distancias con PSD (Detector Sensible a la Posición), LED
infrarrojo y circuito de procesado de señal , 8 bits.
-0.3 a
+10
-10 a
+60
100 a
800
VCC-0.3
0.3
17
8
GP2D021
Sensor
que mide distancias con PSD (Detector Sensible a la Posición), LED
infrarrojo y circuito de procesado de señal , 8 bits.
-0.3 a
+10
-10 a
+60
40 a
300
VCC0.3
0.3
35
8
GP2D05
Sensor
que mide distancias con PSD (Detector Sensible a la Posición), LED
infrarrojo y circuito de procesado de señal , 1 bits.
-0.3 a
+10
-10 a
+60
100 a
800
VCC0.3
0.3
22
8
GPD12
Sensor
que mide distancias con PSD (Detector Sensible a la Posición), LED
infrarrojo y circuito de procesado de señal , valor analógico entre 0-3V
dependiendo de la distancia
-0.3 a
7
-10 a
+60
100 a
800
V0(TYP)=
0.4V a 80 cm
MAX.50
GP2D120
Sensor
que mide distancias con PSD (Detector Sensible a la Posición), LED
infrarrojo y circuito de procesado de señal , valor analógico entre 0-3V
dependiendo de la distancia
-0.3 a
7
-10 a
+60
40 a
300
V0(TYP)=
0.4V a 30 cm
MAX.50
GP2D150A
Sensor
que mide distancias con PSD (Detector Sensible a la Posición), LED
infrarrojo y circuito de procesado de señal , valor digital (0 o 1)
-0.3 a
7
-10 a
+60
30 a
300
(Detección distancia typ. 15cm)
VCC-0.3
0.6
MAX.50
GP2D150T
Sensor
que mide distancias con PSD (Detector Sensible a la Posición), LED
infrarrojo y circuito de procesado de señal , valor digital (0 o 1)
-0.3 a
7
-10 a
+60
30 a
300
(Detección distancia typ. 22cm)
VCC-0.3
0.6
MAX.50
GP2Y0D02YK
Sensor
que mide largas distancias con PSD (Detector Sensible a la Posición),
LED infrarrojo y circuito de procesado de señal , valor digital (a 80 cm)
-0.3 a
7
-10 a
+60
200 a 1500
VCC-0.3
0.6
MAX.50
Sensor infrarrojo
Básicamente su
modo de funcionamiento consiste en la emisión de un pulso de luz infrarroja, que
se transmite a través de su campo de visón que se refleja contra un objeto o que
por el contrario no lo hace. Si no encuentra ningún obstáculo, el haz de luz no
refleja y en la lectura que se hace indica que no hay ningún obstáculo. En el
caso de encontrar un obstáculo el haz de luz infrarroja se reflecta y crea un
triangulo formado por el emisor, el punto de reflexión (obstáculo) y el
detector.
La lente
receptora también es una lente convexa, pero ahora sirve para un propósito
diferente, Actúa para convertir el ángulo de posición. Si un objeto se pone en
el plano focal de una lente convexa y los otros rayos de luz paralelos en otro
lado, el rayo que pasa por el centro de la lente atraviesa inalterado o marca el
lugar focal. Los rayos restantes también enfocan a este punto.
Puesto en el
plano focal es un Sensor Detector de Posición (PSD). Éste dispositivo
semiconductor entrega una salida cuya intensidad es proporcional a la posición
respecto al centro (centro eficaz) de la luz que incide en él.
IR333C. LED
Infrarrojo Transparente.
Descripción:
IR333C.Diodo emisor Infrarojo.
Diodo emisor
de luz (LED) infrarrojo, transparente de 5 mm de diametro, con longitud de onda
de 940 nanometros, 1,3 Volts tipicos en polarizacion directa, 1,7 Volts maximos,
20 mW y angulo transmision de 27 grados.
Sensores Ultrasónicos
Zona
Ciega
Los sensores
ultrasónicos tienen una zona ciega inherente ubicada en la cara de detección. El
tamaño de la zona ciega depende de la frecuencia del transductor. Los objetos
ubicados dentro de la zona ciega no se pueden detectar de manera confiable.
La técnica
actual permite la fabricación de estos sensores con un rango de detección desde
100 mm hasta unos 6000 mm con una exactitud de 0.05%.
Consideraciones sobre el objeto
Se deben tener
en cuenta ciertas características de los objetos cuando se usan sensores
ultrasónicos. Estas incluyen la forma, el material, la temperatura, el tamaño y
la posición del objeto, ya que de ellas dependen que éste devuelva el eco más
fuerte posible.
La forma ideal
del objeto es una superficie lisa y plana. También pueden detectarse objetos
redondos o disparejos pero se reducirán las distancias de detección y/o los
voltajes de salida analógica. Los materiales suaves tales como telas o caucho
esponjoso son difíciles de detectar por la tecnología ultrasónica difusa porque
no refleja el sonido adecuadamente
SENSORES ULTRASÓNICOS
Transformador
diferencial de variación lineal (LVDT)
Como la mayoría de los dispositivos vistos hasta ahora, este tipo de sensores se
basan en fenómenos eléctro-magnéticos. En el LVDT se une al eje cuyo
desplazamiento vamos a medir un núcleo ferromagnético. Si situamos este núcleo
entre una serie de inductancias, tal y como muestra el esquema, la diferencia de
potencial E0 será proporcional al movimiento del núcleo ( y por lo tanto al del
eje).
Este sistema se utiliza ampliamente debido a su gran resolución, alta linealidad
y rápida respuesta. Sin embargo, tiene el inconveniente de q ue no permite medir
grandes desplazamientos.
