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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.

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.

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

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.

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.).

Sensores y acondicionadores de señal

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

Sensores y acondicionadores de señal

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 y acondicionadores de señal

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).

Sensores y acondicionadores de señal

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.

Sensores y acondicionadores de señal

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.

Sensores y acondicionadores de señal

La resistencia de la galga es la propia resistencia del hilo, que viene dada por la ecuación:

Sensores y acondicionadores de señal

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 y acondicionadores de señal

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.

Sensores y acondicionadores de señal

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 y acondicionadores de señal

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.

Sensores y acondicionadores de señal

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 :

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 :

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

VCC–0.3

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

VCC–0.3

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.

 

 

 

 

 

 


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