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martes, 21 de junio de 2016

Tipos de sensores electronicos

Sensores Electrónicos
Los sensores electrónicos han ayudado no solo a medir con mayor exactitud las magnitudes, sino a poder operar con dichas medidas. Pero no se puede hablar de los sensores sin sus acondicionadores de señal, ya normalmente los sensores ofrecen una variación de señal muy pequeña y es muy importante equilibrar las características del sensor con las del circuito que le permite medir, acondicionar, procesar y actuar con dichas medidas.
Este trabajo pretende hacer una recopilación de los sensores, acondicionadores y procesadores actuales, así como su evolución. Hay que remarcar que dicha recopilación se ha centrado en los productos que distribuye SILICA. Por supuesto, la rápida evolución de estos componentes hace que este trabajo nunca esté al día ni terminado, por lo que hay que consultar en cada momento el estado actual de los mismos.

Tipos de Sensores

Existe una gran cantidad de sensores en el mercado, para poder medir magnitudes físicas, de los que se  pueden enumerar los siguientes:
_Temperatura
  _ Humedad
_Presión
_Posición
_Movimiento
_Caudal
_Luz
_Imagen
_Corriente
_Conductividad
_Resistividad
_Biométricos
_Acústicos
_Imagen
_Aceleración
_Velocidad
_Inclinación
_Químicos

Sensores de Temperatura

Tipos de Sensores de Temperatura
1. Termopares: Los termopares utilizan la tensión generada en la unión de dos metales en contacto térmico,
debido a sus distintos comportamientos eléctricos.
2. Resistivos: Lo constituyen las RTD (Resistance Temperature Detector) o PT100 basadas en la dependencia
de la resistividad de un conductor con la temperatura, están caracterizadas por un coeficiente de resistividad
positivo PTC (Positive Termal Coefficient). También lo son las NTC (Negative Termal Coefficient), que se
llaman termistores y están caracterizadas por un coeficiente de temperatura negativo.
3. Semiconductores: Se basan en la variación de la conducción de una unión p-n polarizada directamente.

En la sección de instrumentación, en la parte de estudios de variables, en temperatura, se detalla con precisión la medición de temperatura si quieres ir dale click aqui

Sensores de Humedad

1. Sensores de Humedad Capacitivos: El sensor de los sensores lo forma un condensador de dos láminas de oro como placas y como dieléctrico una lámina no conductora que varia su constante dieléctrica, en función de la humedad relativa de la atmósfera ambiente. El valor de la capacidad se mide como humedad relativa.
Philips fabrica este tipo de sensores.

2. Sensores de Humedad Resistivos: Un electrodo polímero montado en tandem sensa la humedad en el material. Además un circuito acondicionador y linealizador dan una salida estándar.


Aplicaciones: Alarmas en lavadoras, acondicionadores de aire, humificadores, higrómetros, incubadoras, sistemas respiratorios en medicina, etc...

Sensores de Presión

1. Sensores de Presión Resistivos: Una presión sobre una membrana hace variar el valor de las resistencias montadas en puente de Wheatstone apareadas. Las Células de Carga y las Galgas Extensiométricas son elementos metálicos que cuando se someten a un esfuerzo sufren una deformación del material, y por lo tanto una variación de su resistencia interna.



1. Sensores de Presión Piezo-Cerámicos/Multicapa: La combinación de la tecnología piezo-cerámica y multicapa se utiliza para producir una señal eléctrica, cuando se aplica una fuerza mecánica en el sensor.


2. Sensores de Presión con Semiconductores: Una variación de presión sobre una membrana, hace actuar un único elemento piezo-resistivo semiconductor. Motorola fabrica sensores de presión con su familia MPX.



Funcionamiento
El funcionamiento de los sensores de presión de la serie MPX de Motorola está basado en el diseño patentado del calibrador de fuerza. A diferencia de los sensores de presión más convencionales que utilizan las cuatro resistencias exactamente apareadas en una configuración de puente de Wheaststone, la serie MPX utiliza solamente un único elemento piezoresistivo implantado en un diafragma de silicio que sensa la tensión mecánica inducida en el diafragma por una presión externa. La salida es un voltaje analógico proporcional a la presión de entrada y al voltaje de alimentación radiométrico. La alta sensibilidad y una excelente repetibilidad a largo plazo hacen que sean las unidades más apropiadas para la mayoría de aplicaciones. La precisión es muy buena debido al ajuste de las resistencias de calibración y compensación con láser controlado por ordenador, dando la medición de presión muy exacta sobre un rango amplio de temperatura. El efecto de la temperatura es típicamente ± 0.5% del fondo de escala sobre un rango de temperatura de 0 a 85 ºC, mientras que el efecto sobre la tensión de offset, sobre un rango de temperatura similar, es de ± 1 mV como máximo.

Posibilidades de elección
1. Elección de las Especificaciones: Los sensores de presión MPX están disponibles en varios rangos de presión para adaptarse a una variedad amplia de sectores tales como automoción, biomedicina y aplicaciones industriales.

2. Elección de la Medición: Los dispositivos están disponibles para medición de presiones en modo diferencial, absoluto, o manométrica (gauge).

3. Elección de la Complejidad del Chip: Los sensores de presión MPX están disponibles como un elemento sensor básico, con calibración y compensación de temperatura interno o con un circuito de acondicionamiento de señal completo incluido en el chip. El empleo de unidades sin la compensación de la temperatura permite realizar una compensación externa al grado deseado.

4. Elección del encapsulado: Se puede pedir como un elemento básico para un montaje particular, o en conjunción con uno o dos tubos de conexión de la presión diseñados por Motorola. Los materiales del encapsulado pueden ser intercambiables, para que estén preparados para encontrar los requerimientos de compatibilidad biomédica.

Estructura básica
Al aplicar presión al diafragma, se produce un cambio de resistencia en la galga extensiométrica, que causa a su vez un cambio en el voltaje de salida en proporción directa a la presión aplicada. La galga extensiométrica es una parte integral del diafragma de silicio, y por lo tanto no se introducen los errores típicos debidos a diferencias de expansiones térmicas. No obstante, los parámetros de salida de la galga extensiométrica dependen de la temperatura, sin embargo, se requiere que el dispositivo esté compensado si se utiliza sobre un rango de temperatura extensa. Una red simple de resistencias se puede utilizar para un rango estrecho de temperatura, por ejemplo de 0 ºC a 85 ºC. Para rangos de temperatura de -40 ºC a + 125 ºC, son necesarias redes compensadoras más complejas. Los Sensores X-ducer™ es un sistema Patentado por Motorola. Una corriente de excitación circula longitudinalmente a través de la resistencia, puntos 1 y 3 de la siguiente figura, y la presión que se ejerce en el diafragma está aplicada en un ángulo recto con respecto al flujo de corriente. La tensión mecánica establece un campo eléctrico transversal en la resistencia, que está sensando como un voltaje en los puntos 2 y 4,
que están localizados en el punto medio de la resistencia.

Utilizando un único elemento elimina la necesidad de emparejar
exactamente las cuatro resistencias de un puente de Wheatstone que son sensibles a la temperatura y a esfuerzos mecánicos. Al mismo tiempo, simplifica el conjunto de circuitos adicionales necesarios para lograr la calibración y compensación en temperatura. El “offset” no depende de las resistencias apareadas, sino de la exactitud de la alineación de los elementos donde se recoge la tensión. Esta alineación se logra en un único paso fotolitográfico, fácil de controlar.

Tipos de medición

Los sensores de presión de Motorola están disponibles en tres diferentes configuraciones que permiten una medición de presión absoluta, diferencial y manométrica.
Los sensores de presión absoluta: miden la diferencia entre la presión externa aplicada a un lado del diafragma, y a una presión de referencia cero (vacío), aplicada al otro lado. 

Aplicaciones: Barómetros, Detección de fugas, Altímetros...

Los sensores de presión diferencial: son parecidos a la bajada de presión a través de una válvula o filtro en un conducto de aire; está diseñado para aceptar simultáneamente dos fuentes de presión independientes. La salida es proporcional a la diferencia de presión a las dos fuentes.

Aplicaciones: Flujo de aire, Control de filtros de aire ...
Sensor Diferencial: P1 - P2

Los sensores de presión manométrica, son como una medición de presión arterial, es un caso especial de presión diferencial, donde la presión atmosférica se utiliza como referencia, un lado del sensor está abierto a la atmósfera.

Aplicaciones: Presión sanguínea, Nivel de líquidos, Presión de ruedas...

La sección transversal de la estructura diferencial muestra un gel de silicona que aísla la superficie del “dado” y los hilos de conexión de los entornos duros, mientras que permite que la señal de presión sea transmitida al diafragma de silicio.

Las características de trabajo de los sensores de presión de la serie MPX, las pruebas de fiabilidad y homologación están basadas en el uso de aire seco como medio de presión. Los otros medios que no sean aire seco pueden tener efectos adversos en las características y estabilidad a largo plazo.

Tipos de complejidad del chip

MPX100 Sin Compensar en Temperatura.
MPX2100 Calibrados y Compensados en Temperatura.
MPX5100 Calibrados y Compensados en Temperatura, con acondicionador de señal de salida de 0-5V. De 10 kPa (1.45 psi) hasta 1000 kPa (150 psi).
Aire seco, Aire húmedo, Agua (pH 9.0 a 11.0)

  La familia empieza con el MPX10 que corresponde a una deflexión del diafragma a fondo de escala aproximadamente a 15 PSI. Para el MPX50 corresponde a 7.5 PSI. Para el MPX100 corresponde a 15 PSI (una atmósfera). Para el MPX200 corresponde 30 PSI. Para el MPX700

Montaje y opciones de los sensores de Presión de la Serie MPX de Motorola

   Motorola ofrece una variedad amplia de dispositivos sensores de presión que incorporan tubos de conexión con retención y orejas laterales para su sujeción. Los tubos tienen 1/8" (3 mm) de diámetro, tamaño muy común que hace una instalación relativamente simple.

Aplicaciones de medida de Presión
   Existen muchas aplicaciones donde la medida de la presión es fundamental para controlar un sistema
hidráulico o neumático. También se puede utilizar como altímetro midiendo la presión atmosférica. Todo ello con un sistema de adquisición de datos con microcontrolador.


Sensores de Posición
   Los sensores de posición pueden dar según su construcción o montaje, una posición lineal o angular.

Electromecánicos: Lo forman los Finales de Carrera o Microrruptores. Se sitúan en puntos estratégicos a detectar, en sistemas industriales y máquinas en general. Conmutan directamente cualquier señal eléctrica. Tienen una vida limitada. Solo pueden detectar posiciones determinadas, debido a su tamaño.
Magnéticos: Lo forman los Detectores de Proximidad Magnéticos, que pueden ser los de Efecto Hall y los Resistivos, típicos en aplicaciones industriales.

Inductivos: Lo forman los Detectores de Proximidad Inductivos, los Sincros y Resolvers, los RVDT (Rotatory Variable Differential Transformer) y LVDT (Lineal Variable Differential Transformer). Los Inductosyn. 

Potenciométricos: Lo forman los Potenciómetros lineales o circulares.
Ópticos: Lo forman las Células fotoeléctricas y los Encoders.
Sensores de Posición Inductivos
Sincros y Resolvers
Los sincros y los resolvers son transductores para la medida de ángulo de un eje y la posición de un sistema servo. Esencialmente trabajan con el mismo principio que un transformador en rotación.


Sensores de Posición Resistivos
Los potenciómetros se utilizan también como sensores de posición. Mediante una tensión DC de referencia muy estable, el cursor da una salida proporcional al ángulo del eje.

Las consideraciones a tener en cuenta son el número de maniobras que va a realizar, para calcular la vida del mismo, ya que existe un contacto mecánico entre la resistencia y el terminal del cursor. Bourns fabrica una serie de potenciómetros especializados para este trabajo, utilizan como elemento resistivo el bobinado que es muy lineal, y también el plástico conductor que a parte de la linealidad ofrece una vida muy larga.

Existe en el mercado una variedad de elementos resistivos que se utilizan en los potenciómetros, el elemento más popular es el carbón, su mejor característica es el precio, pero como inconvenientes tiene las variaciones de temperatura y su vida; el cermet es una combinación de un material CERámico y METal que
mejora muchísimo las características del carbón. Después se encuentra el bobinado, que sus principales ventajas son el bajo coeficiente de temperatura, su vida mecánica, bajo ruido, alta disipación, y estabilidad con el tiempo.

Otro elemento utilizado es el plástico conductor que mejora en todas las características respecto a los demás
elementos, pero tiene un precio superior.


Sensores Magnetorresistivos
El efecto magneto-resistivo data de 1856, donde Thomson observó este efecto aunque no se encontró ninguna aplicación práctica. Posteriormente con los semiconductores se empezó a utilizar como detectores de movimiento. La gama de sensores magnetorresistivos de Philips está caracterizada por su alta sensibilidad en la detección de los campos magnéticos, en un amplio rango de temperatura de trabajo, con un ‘offset’ muy bajo y estable, y con una baja sensibilidad a la tensión mecánica. Por lo tanto, son un excelente medio de medida tanto en desplazamiento lineal como en angular, bajo condiciones ambientales extremas en aplicaciones de automoción o maquinaria (ruedas dentadas, varillas de metal, levas, etc.). 

Otra aplicación de los sensores magnetorresistivos es la medición de velocidad rotacional. Un ejemplo donde las propiedades de los sensores magnetorresistivos pueden ser útiles es en las aplicaciones de automoción, tal como detección de velocidad de una rueda para el ABS, en sistemas de control de motores y en detectores de posición para la medición de la posición de un chasis, en la medición de posición de válvulas o de los pedales. Otro ejemplo, es en la instrumentación y control de equipos, que frecuentemente requieren sensores de posición capaces de detectar desplazamientos en la región de las décimas de milímetro (o a veces menor) y en sistemas de ignición electrónica donde se tiene que poder determinar con gran precisión la posición angular de un motor de combustión. Debido a su alta sensibilidad los sensores magnetorresistivos pueden medir campos magnéticos muy débiles y son ideales para aplicaciones en brújulas electrónicas, corrección del campo de la tierra y detección de tráfico.



Sensores de Efecto Hall
El fenómeno Efecto Hall fue descubierto por E.H. may en 1879. Si una corriente fluye en un conductor (o semiconductor) y se le aplica un campo magnético perpendicular a dicha corriente, entonces la combinación de corriente y campo magnético genera un voltaje perpendicular a ambos. Este fenómeno se denomina Efecto Hall. VH es una función de la densidad de corriente, el campo magnético, y la densidad de carga y movilidad portadora del conductor. El efecto Hall se usa para hacer sensores de movimiento, particularmente en aplicaciones de posición y movimiento, lineal o rotatorio. Analog Devices ha integrado en un solo dispositivo el sensor y la circuitería de acondicionamiento para minimizar las derivas debidas a la temperatura asociadas a las características de la célula de silicio, con la familia AD22xxx.


Sensores Ópticos
Los sensores ópticos los forman los fotointerruptores de barrera, reflectivos y los encoders ópticos. 
 Foto-interruptores de barrera
Están formados por un emisor de infrarrojos y un fototransistor separados por una abertura donde se insertará un elemento mecánico que producirá un corte del haz. La salida será 0 o 1.


Foto interruptores reflectivos
Están formados por un emisor y un receptor de infrarrojos situados en el mismo plano de superficie, que por reflexión permiten detectar dos tipos de colores, blanco y negro normalmente, sobre un elemento mecánico


Encoders ópticos
Con los foto-interruptores y los reflectivos se pueden montar los encoders ópticos, formados por un disco que tiene dibujados segmentos para ser detectados por los sensores. Existen dos tipos de encoders, los Encoders Incrementales y Encoders Absolutos.
Encoder Incrementales: permiten que un sensor óptico detecte el número de segmentos que dispone el disco y otro sensor detecte la posición cero de dicho disco. Encoders Absolutos: permiten conocer la posición exacta en cada momento sin tener que dar una vuelta entera para detectar el punto cero del disco. La diferencia es que se necesita varios sensores ópticos y el disco debe de tener una codificación tipo Manchester, por ejemplo.


Sensores de Movimiento (Posición, Velocidad y Aceleración)

1. Electromecánicos: Una masa con un resorte y un amortiguador.

2. Piezo-eléctricos: Una deformación física del material causa un cambio en la estructura cristalina y así cambian las características eléctricas.

3. Piezo-resistivos: Una deformación física del material cambia el valor de las resistencias del puente.

4. Capacitivos: El movimiento paralelo de una de las placas del condensador hace variar su capacidad.

5. Efecto Hall: La corriente que fluye a través de un semiconductor depende de un campo magnético. Los sensores de movimiento permiten la medida de la fuerza gravitatoria estática (cambios de inclinación), la medida de la aceleración dinámica (aceleración, vibración y choques), y la medida inercial de la velocidad y la
posición (la velocidad midiendo un eje y la posición midiendo los dos ejes).

Aplicaciones: Aceleración / Desaceleración (Air Bag), Velocidad / Cambio de velocidad, Choques / Vibraciones, Detección prematura de fallos en un equipo en rotación, Detección y medida de manipulaciones, Actividad sísmica.

Medición de la Aceleración
Las técnicas convencionales para detectar y medir la aceleración se fundamenta en el primer principio descubierto por Newton y descritos en su Principio de Newton en 1687. La aceleración constante de una masa implica una fuerza (F = m * a), donde F es la fuerza, a es la aceleración y m es la masa. Muchos acelerómetros operan detectando la fuerza ejercida en una masa por una limitación elástica.


k (constante). Si la masa se desplaza una distancia x, la aceleración debida a la fuerza restauradora del muelle es F = k * x. Substituyendo en la ecuación de Newton, encontramos que a=k*x/m y podemos derivar la magnitud de la aceleración observando el desplazamiento x de la masa fija. Este principio fundamental se utiliza hasta en el más sofisticado y caro acelerómetro electromecánico; así también trabajan los modernos acelerómetros micromecanizados. La Aceleración es el cambio de la velocidad. La unidad de medida es: m/s², g (1g = 9.8m/s²)

Acelerómetros Capacitivos
Analog Devices con el acelerómetro monolítico ADXL50, se
convirtió en la primera compañía que ha fabricó en producción de alto volumen un acelerómetro para aplicaciones en automoción como son los sistemas de suspensión activos, cierre de puertas automática, sistemas antibloqueo de frenos y "airbag", este importante desarrollo del acelerómetro no podía haber ocurrido en un tiempo mejor.  El elemento sensor estaba complementado con una circuitería de acondicionamiento de señal con salida de voltaje proporcional a la aceleración. Posteriormente se ha mejorado la circuitería dando una salida digital con el ADXL202.

El sensor lo forma una superficie micromecanizada, es un minúsculo sensor de aceleración de movimiento en un circuito integrado de silicio de bajo coste. Solamente la superficie micromecanizada puede dar la combinación de alta seguridad en su funcionamiento y tamaño pequeño. El elemento sensor del acelerómetro mide cerca de 1 mm².



El silicio que se prueba a sí mismo: ¿Cómo puede probar un sistema "airbag" electromecánico para asegurar que está siempre listo para jugar su papel de salvamento?. La respuesta es muy simple: no puede.

Por esto los acelerómetros monolíticos de Analog Devices con su modo de autocomprobación natural, representan un avance muy importante. La estructura del sensor se hace una autoprueba, está
diseñado para hacerse una autocomprobación continua con la aplicación de un comando digital. Esta característica esencial, única de Analog Devices asegura que el sistema trabajará en el instante necesario.

La superficie micromecanizada es una técnica de procesamiento utilizada para fabricar estructuras mecánicas extremadamente pequeñas de silicio. En realidad, el movimiento del elemento micromecanizado en el acelerómetro es menor de 1 mm². Utilizando los mismos pasos para hacer circuitos electrónicos convencionales, la superficie micromecanizada crea estructuras pequeñas que están cerca de la superficie del silicio, no obstante están libres para moverse.

La superficie micromecanizada no se debe confundir con el procesado del volumen micromecanizado utilizado para crear acelerómetros piezorresistivos que hay actualmente en el mercado.
Esculpir un volumen micromecanizado a través de un substrato relativamente grueso, que varía desde 2.5 a 5 mm de lado. La superficie micromecanizada involucra depositar películas delgadas en el substrato. El resultado es un sistema de medición de aceleración completo en un espacio más pequeño de 10 mm². Estas
dimensiones tan pequeñas también dejan sitio para la inclusión de todo el conjunto de circuitos de acondicionamiento de la señal necesaria en el mismo chip.

Medida de Inclinación

   Para medir la inclinación, se mide el campo gravitatorio estático de la Tierra. Se conoce la aceleración en la tierra, que es de 9.8 m/s2 = 1 g. Si se cambia la inclinación (a lo largo del eje sensible de un acelerómetro) se cambia el vector de aceleración:
θ = arcsen[(V(out)-V(cero g)) / (1 g x factor de escala factor(V/g))]

Medida inercial de la velocidad y la posición

   Midiendo la aceleración se puede determinar la velocidad y la posición. La Aceleración Integrada: una para velocidad, dos veces para la distancia. Medida Relativa desde una posición inicial:
Velocidad = A * t Distancia = (A / 2) * t^2 Puede ser exacta para periodos cortos de tiempo, pero la exactitud se degrada proporcionalmente al cuadrado del tiempo de integración. Es posible una exactitud Posicional de 2cm sobre un segundo. La exactitud Posicional se degrada a 20m después de 10 segundos de integración.

Aplicaciones: Mejora la precisión de los sistemas GPS (determina la posición del coche cuando el GPS pierde la
señal en un túnel). Control dinámico de Vehículos (control de deslizamiento). Ascensores (mejora la precisión
posicional usando la medida inercial entre puntos de localización de referencia conocidos)


Giróscopos monolíticos
Analog Devices ha fabricado el primer giroscopio monolítico para realizar medidas angulares (mide la velocidad en que gira sobre su propio eje). Puede medir cambios de inclinación o cambios de dirección integrando la velocidad angular.

Medida de la velocidad angular
La velocidad angular mide la rapidez en que gira un objeto alrededor de un eje. Integrando la velocidad angular se miden los cambios de inclinación o cambios de dirección.

Sensores de Caudal

  Existe una variedad de sistemas para la medición de caudal, dependiendo de los líquidos y de los caudales.

1. Electromecánicos: Por pistones (midiendo el volumen de cada pistonada), por turbulencias (mediante el paso del caudal a través de un cilindro donde gira un cuerpo magnético y al dar vueltas conmuta un interruptor magnético exterior y se cuentan los pulsos), por turbina (contando las vueltas), por vibraciones (un elemento mecánico vibra al paso del caudal y se mide la frecuencia).

2. Magnéticos: Aplicando un campo magnético perpendicular al caudal.

3. Ultrasonidos: Aplicando un emisor y un receptor de ultrasonidos.

4. Semiconductores: Por diferencia de presión utilizan un sensor de presión diferencial entre dos puntos separados de medida en un tubo. Motorola fabrica sensores de Presión de medida diferencial, serie MPX.

Sensores de Corriente Eléctrica

1. Inductivos: Transformadores de Corriente. El cable a medir pasa por medio de un núcleo magnético que tiene bobinado un secundario que proporciona una tensión proporcional a la corriente que circula por el cable.

2. Resistivos: Shunt. Una resistencia provoca una caída de tensión proporcional a la corriente que circula por dicha resistencia Shunt.

3. Magnéticos (Efecto Hall): El sensor mide el campo magnético de un núcleo, generado por la corriente que circula por el cable a medir, que bobina al núcleo.

4. Bobina Rogowsky: Miden los cambios de campo magnético alrededor de un hilo que circula una
corriente para producir una señal de voltaje que es proporcional a la derivada de la corriente (di/dt).


Sensor de Corriente Resistivo
Las resistencias “shunt” proporcionan una medición precisa y directa de la corriente, pero no ofrece
ningún aislamiento galvánico.

 Acondicionador de Señal de un Shunt
La aplicación típica de un shunt es para medir la corriente en la red eléctrica para calcular la potencia o
para analizar la calidad de la red. También se utilizan para sensar la corriente en un sistema de control de motor
por variación de frecuencia.

Sensores de Luz

1. Resistivos (LDR): Varían la resistencia interna en función de la intensidad luminosa recibida.

2. Optoelectrónicos: Un fotodiodo convierte la intensidad luminosa en corriente eléctrica.

3. Sensores de Imagen CCD y CMOS: Un conjunto de sensores (píxel)

Fotodiodos
Los fotodiodos generan una pequeña corriente proporcional al nivel de iluminación. Algunas de las aplicaciones típicas son: En la industria (sensores de posición, lector de códigos de barras, impresoras láser). En comunicaciones (receptores de fibra óptica). En medicina (detección de rayos X, analizador de partículas en la
sangre). En óptica (auto-foco, control de flash). El circuito equivalente de un fotodiodo se muestra en la figura.


El modo de trabajo lineal más preciso se obtiene con el sistema denominado fotovoltaico. La corriente obtenida para diferentes intensidades de luz se muestra en la tabla siguiente.

Para detectar una corriente de 30 pA, implica poner una resistencia de realimentación en el amplificador operacional muy alta, por ejemplo, de 1000 M para obtener una tensión de 30 mV y para una corriente de 10 nA obtendremos una tensión de salida de 10V. Entonces, para valores de iluminación superiores se tendrá que reducir el valor de dicha resistencia. Un amplificador operacional con entrada FET es la mejor elección para este tipo de aplicación, como el AD549, AD546, AD795 y AD645 de Analog Devices, con una muy baja corriente de “Bias” de hasta 1pA.

Sensores de Imagen
Existen dos tipos de sensores de imagen (CCD y CMOS), ambos son de silicio y son similares en cuanto a sensibilidad al espectro visible y cercanos al IR. Ambas tecnologías convierten la luz incidente (fotones) en carga electrónica (electrones) por el mismo proceso de foto-conversión. Ambas tecnologías pueden incorporar Sensores – Acondicionadores - Procesadores 51 sensores “photogate” o “photodiode”. Generalmente, los sensores “photodiode” son más sensibles, sobre todo a la luz azul. Pueden hacerse sensores de colores de la misma manera con ambas tecnologías; normalmente cubriendo cada píxel individualmente con un color de filtro (ej. rojo, verde, azul).


CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor)
   Los sensores de imagen CMOS detectan la luz de la misma manera que los sensores CCD, pero desde el punto vista de la detección, están mucho más avanzados que los CCD. Permiten la integración de toda la circuitería de control en el propio chip. El consumo es menor en los dos modos: trabajo y espera. Utilizan un bajo voltaje de alimentación. El costo es menor por el proceso de fabricación CMOS. El acceso aleatorio permite el “pan/zoom/windowing” electrónico.

 Formatos de los sensores de imagen

SIF 320 x 240 (76,800 píxels)

QSIF 160 x 120 (19,200 píxels)

QQSIF 80 x 60 (4,800 píxels)

CIF (Common Intermediate Format): 352 x 288 (101,400 pixels)

QCIF (Quarter Common Intermediate Format): 176 x 144 (25,300 píxels)

QQCIF (Quarter Quarter Common Intermediate Format): 88 x 72 (6,336 píxels)

VGA (Video Graphics Array): 640 x 480 (307,200 pixels)

QVGA (Quarter Video Graphics Array): 320 x 240 (76,800 píxels)

SVGA (Super Video Graphics Array) tienen varios formatos estándar: 800 x 600 (480,000 pixels), 1024 x 768 (786,400 pixels) o XGA, Extended Graphics Array, 1280 x 1024 (1.3-megapixel), 1600 x 1200 (2-megapixel)

Procesado y compresión de video
Los sensores de imagen están teniendo una gran expansión gracias a los mercados de las cámaras fotográficas y de video digitales, así como el circuito cerrado de televisión (seguridad, video porteros) y las aplicaciones industriales (robótica, identificación, etc), lector de código de barras, OCR, lápices inteligentes, cámaras de PC, imagen en aplicaciones médicas, visión en automoción...

Los sensores se están integrando junto con circuitería adicional de procesado, pueden tener una salida de señal analógica (video compuesto) o digital (USB, por ejemplo). También se está integrando en algunos casos la óptica con el sensor.



En el caso de salida con señal analógica, se puede procesar la imagen comprimiéndola en una de serie de estándar, como JPEG, MPEG. JPEG: (Joint Photographic Experts Group) ISO 10918-1 M-JPEG: (Motion JPEG)


   Para procesar y comprimir video digital se usan también los ADV601 y ADV601LC de Analog Devices, que son circuitos dedicados para compresión y descompresión de video digital CCIR-601SI a 350:1 a tiempo real, con niveles de calidad de imagen muy altos, utilizando el algoritmo de compresión Wavelet, que es está basado en la transformada de Wavelet bi-ortogonal (7, 9).

La teoría del Wavelet en que están basados los ADV601, es explícitamente un nuevo aparato matemático introducido por Morlet y Grossman en sus trabajos de geofísica durante los años ochenta. Esta teoría se puso muy popular en físicas teóricas y en matemática aplicada. Más tarde se ha visto un gran crecimiento en aplicaciones de procesado de señal y de imagen.


Sensores Biométricos
    Los Sensores Biométricos se basan en sensores de imagen CMOS, que posteriormente procesan la imagen obtenida con un DSP para identificar los puntos necesarios para usarlos como identificación. Aplicaciones: Sensor de la huella digital (Fingerprints), escáner de la Retina (Iris Scans), escáner de la mano (Hand geometry), reconocimiento facial (Facial recognition). Motorola proporciona un diseño de referencia completo con el microprocesador ColdFire de 32 bits MCF5249 (RDM5249FINGERPRINT), con todo tipo de detalles y software. También hay disponible una nota de aplicación AN2382.


Sensores de Gases

1. Resistivos : El sensor lo forma una resistencia NPC (Negative Pollution Coefficient), con coeficiente de polución negativo, que según sea más alta la concentración de gas en el aire más disminuye dicha resistencia. Los hay de diferentes tipos, sensibles al monóxido de carbono, amoníaco, alcohol y gasolina, o al propano y metano. Un fabricante es Figaro Engineering Company.

2. Semiconductores : La absorción de Oxigeno en la superficie del substrato varía el flujo de electrones. CO y CH4. Un fabricante es Humirel.

Sensores de Humo
• Iónicos: Los sensores de humo iónicos se basan en una cámara iónica, con material radioactivo, que cuando entra humo en dicha cámara se produce un cambio de ionización y se procesa la señal a través de un completo circuito integrado de Motorola, que envía una alarma y dispone un driver de led y zumbador.


Fotoeléctricos: Los sensores de humo fotoeléctricos se basan en una barrera de infrarrojos colocados en una cámara que cuando entra humo hay una interrupción del haz de infrarrojos, que se procesa a través de un circuito de Motorola que envía una alarma y además dispone un “driver” de led y de zumbador. Los diodos los suministra Infineon con el emisor SFH203 y el receptor SFH484.


Sensores de Conductividad
    Sensores de conductividad, pH, REDOX (Oxidación-Reducción), todos ellos se basan en elementos de muy alta Impedancia, con lo que hay que utilizar un acondicionador de entrada de muy alta impedancia.



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3 comentarios:

  1. Enhorabuena por la web, el listado de esta entrada de sensores es muy completo y detallado, sin duda de gran ayuda para los que se inician en la electrónica. Te sigo, un saludo, Jorge

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  2. Requiero un sistema automatizado en llenado de tolvas , que cuando se vacíen automáticamente encienda un motor que impulsa a tubo acarreo con gusanos el llenado de la tolva

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