tipos de sensores
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Sensores de Luz
Sensores de presión y fuerza
Sensores de Sonido
Sensores para medición de distancia
Sensores de gravedad
Sensores de temperatura
Sensores de humedad
Sensores de velocidad
Sensores de magnetismo
Sensores de ubicación geográfica
Sensor de proximidad
TIPOS DE SENSORES
SENSORES DE LUZ
Elementos sensibles
LDRs o Fotorresistores
Fotoceldas o celdas fotovoltaicas
Fotodiodos
Fototransistores
CCD
Cámaras de vídeo
• El LDR (resistor dependiente de la luz)
es una resistencia que varía su valor
dependiendo de la cantidad de luz que
la ilumina.
• El LDR es fabricado con materiales de
estructura cristalina, y utiliza sus
propiedades fotoconductoras.
• Los cristales utilizados más comunes
son: sulfuro de cadmio y seleniuro de
cadmio.
LDRS O FOTORRESISTORES
• La conversión directa de luz en
electricidad a nivel atómico se
llama generación fotovoltaica.
Algunos materiales presentan una
propiedad conocida como efecto
fotoeléctrico, que hace que absorban
fotones de luz y emitan electrones.
Cuando se captura a estos electrones
libres emitidos, el resultado es una
corriente eléctrica que puede ser
utilizada como energía para alimentar
circuitos.
FOTOCELDAS O CELDAS FOTOVOLTAICAS
• Un fotodiodo es
un semiconductor construido con
una unión PN, sensible a la incidencia
de la luz visible o infrarroja. Para que
su funcionamiento sea correcto se
polariza inversamente, con lo que se
producirá una cierta circulación de
corriente cuando sea excitado por la
luz. Debido a su construcción, los
fotodiodos se comportan como células
fotovoltaicas, es decir, en ausencia de
luz exterior generan una tensión muy
pequeña con el positivo en el ánodo y
el negativo en el cátodo.
FOTODIODOS
• Un charge-coupled device o CCD (enespañol «dispositivo de carga acoplada»)es un circuito integrado que contiene unnúmero determinado de condensadoresenlazados o acoplados. Bajo el controlde un circuito interno, cada condensadorpuede transferir su carga eléctrica a unoo a varios de los condensadores queestén a su lado en el circuito impreso. Laalternativa digital a los CCD son losdispositivos CMOS (complementarymetal oxide semiconductor) utilizados enalgunas cámaras digitales y ennumerosas cámaras web. En laactualidad los CCD son mucho máspopulares en aplicaciones profesionalesy en cámaras digitales.
CCD
• El sensor de imagen es el elemento
de una cámara fotográfica digital que
capta la luz que compone la fotografía.
Se trata de un chip formado por
millones de componentes sensibles a
la luz que al ser expuestos capturan la
imagen fotográfica.
CÁMARAS DE VÍDEO
SENSORES DE LUZ
Módulos Integrados
Reflectivo
De Ranura
Reflectivo y Ranura
Los sensores de objetos por reflexiónestán basados en el empleo de una fuentede señal luminosa (lámparas, diodos LED,diodos láser, etc.) y una célula receptoradel reflejo de esta señal, que puede ser unfotodiodo, un fototransistor, LDR, inclusochips especializados, como los receptoresde control remoto. Con elementos ópticossimilares, es decir emisor-receptor, existenlos sensores "de ranura" (en algunoslugares lo he visto referenciado como "debarrera"), donde se establece un hazdirecto entre el emisor y el receptor, conun espacio entre ellos que puede serocupado por un objeto.
MÓDULOS INTEGRADOS
SENSORES DE PRESIÓN Y
FUERZAElementos sensibles
Micro interruptor
Sensores de presión
Sensores de fuerza
• No es necesario extenderse mucho
sobre estos componentes (llamados
"microswitch" en inglés), muy
comunes en la industria y muy
utilizados en equipos electrónicos y en
automatización..
MICRO INTERRUPTOR
• En la industria hay un amplísimorango de sensores de presión, lamayoría orientados a medir la presiónde un fluido sobre una membrana. Enrobótica puede ser necesario realizarmediciones sobre fluidos hidráulicos(por dar un ejemplo), aunque es másprobable que los medidores de presióndisponibles resulten útiles comosensores de fuerza (el esfuerzo querealiza una parte mecánica, como porejemplo un brazo robótico), con ladebida adaptación. Se puedemencionar un sensor integrado desilicio como el MPX2100 de Motorola,de pequeño tamaño y precioaccesible.
SENSORES DE PRESIÓN
• Un sensor de fuerza ideal para el uso
en robótica es el sensor FlexiForce.
Se trata de un elemento totalmente
plano integrado dentro de una
membrana de circuito impreso flexible
de escaso espesor. Esta forma plana
permite colocar al sensor con facilidad
entre dos piezas de la mecánica de
nuestro sistema y medir la fuerza que
se aplica sin perturbar la dinámica de
las pruebas. Los sensores FlexiForce
utilizan una tecnología basada en la
variación de resistencia eléctrica del
área sensora.
SENSORES DE FUERZA
SENSORES DE PRESIÓN Y
FUERZASensores
Sensores de contacto
Piel robótica
• Para detectar contacto físico del robot
con un obstáculo se suelen utilizar
interruptores que se accionan por
medio de actuadores físicos. Un
ejemplo muy clásico serían unos
alambres elásticos que cumplen una
función similar a la de las antenas de
los insectos. En inglés les llaman
"whiskers" (bigotes), relacionándolos
con los bigotes sensibles de los
animales como —por ejemplo— los
perros y gatos.
SENSORES DE CONTACTO
• El mercado ha producido, en los
últimos tiempos, sensores planos,
flexibles y extendidos a los que han
bautizado como "robotic skin", o piel
robótica. Uno de estos productos es el
creado por investigadores de la
universidad de Tokio. Se trata de un
conjunto de sensores de presión
montados sobre una superficie
flexible, diseñados con la intención de
aportar a los robots una de las
capacidades de nuestra piel: la
sensibilidad a la presión.
PIEL ROBÓTICA
SENSORES DE SONIDO
Elementos sensibles
Micrófonos
Captadores piezoeléctricos
• El uso de micrófonos en un robot se
puede hallar en dos aplicaciones:
primero, dentro de un sistema de
medición de distancia, en el que el
micrófono recibe sonidos emitidos
desde el mismo robot luego de que
éstos rebotan en los obstáculos que
tiene enfrente, es decir, un sistema de
sonar; y segundo, un micrófono para
captar el sonido ambiente y utilizarlo
en algún sentido, como recibir órdenes
a través de palabras o tonos, y, un
poco más avanzado, determinar la
dirección de estos sonidos.
MICRÓFONOS
• Un sensor piezoeléctrico es un
dispositivo que utiliza el efecto
piezoeléctrico para medir presión,
aceleración, tensión o fuerza;
transformando las lecturas en señales
eléctricas.
CAPTADORES PIEZOELÉCTRICOS
SENSORES DE SONIDO
Módulos integrados
Rangers
•Los medidores ultrasónicos de distancia que seutilizan en los robots son, básicamente, unsistema de sonar. En el módulo de medición, unemisor lanza un tren de pulsos ultrasónicos yespera el rebote, midiendo el tiempo entre laemisión y el retorno, lo que da como resultadola distancia entre el emisor y el objeto donde seprodujo el rebote. Se pueden señalar dosestrategias en estos medidores: los que tienenun emisor y un receptor separados y los quealternan la función (por medio del circuito) sobreun mismo emisor/receptor piezoeléctrico. Esteúltimo es el caso de los medidores de distanciaincluidos en las cámaras Polaroid conautorango, que se obtienen de desarme y seusan en la robótica de experimentaciónpersonal.
RANGERS
SENSORES PARA MEDICIÓN
DE DISTANCIAMódulos integrados
Medidores de distancia ultrasónicos
Medidores de distancia por haz infrarrojo
•Los medidores ultrasónicos de distancia y
sensores de ultrasonidos que se utilizan en los
robots son, básicamente, un sistema de sonar.
•En el módulo de medición, un emisor lanza un
tren de pulsos ultrasónicos —con una
frecuencia en el orden de los 38 a 50 Khz— y el
receptor espera el rebote. Se mide el tiempo
entre la emisión y el retorno, lo que da como
resultado la distancia entre el emisor y el objeto
donde se produjo el rebote. Esta medición se
calcula teniendo en cuenta la velocidad del
sonido en el aire, que si bien varía según
algunos parámetros ambientales, como la
presión atmósférica, igualmente permite una
medición bastante precisa.
MEDIDORES DE DISTANCIA ULTRASÓNICOS
• La empresa Sharp produce una línea
de medidores de distancia basados en
un haz infrarrojo, que forman la familia
GP2DXXX. Estos sensores de
infrarrojos detectan objetos a distintos
rangos de distancia, y en algunos
casos ofrecen información de la
distancia en algunos modelos, como
los GP2D02 y GP2D12. El método de
detección de estos sensores es por
triangulación. El haz es reflejado por
el objeto e incide en un pequeño array
CCD, con lo cual se puede determinar
la distancia y/o presencia de objetos
en el campo de visión.
MEDIDORES DE DISTANCIA POR HAZ
INFRARROJO
SENSORES DE GRAVEDAD
Acelerómetros, sensores de vibración.
Sensores pendulares
Contactos de mercurio
Giróscopos
• Un acelerómetro es un dispositivo que
permite medir el movimiento y las
vibraciones a las que está sometido un
robot (o una parte de él), en su modo
de medición dinámico, y la inclinación
(con respecto a la gravedad), en su
modo estático. De los antiguos
acelerómetros mecánicos, de tamaño
grande y dificultosos de construir,
porque incluían imanes, resortes y
bobinas (en algunos modelos), se ha
pasado en esta época a dispositivos
integrados, con los elementos
sensibles creados sobre los propios
microcircuitos.
ACELERÓMETROS, SENSORES DE
VIBRACIÓN
• Queda claro que la inclinación de un
robot se puede medir con facilidad
utilizando las características de
medición estática del sensor ADXL202
que descibimos aquí arriba. Las
ventajas de este sensor son grandes,
debido a su pequeño tamaño, sólida
integración y facilidad de conexión con
microcontroladores. De todos modos,
existen otras soluciones para
determinar la posición de la vertical (en
base a la fuerza de la gravedad), y las
listaremos brevemente.
SENSORES PENDULARES
SENSORES DE TEMPERATURA
Termistores
RTDs (Termorresistencias)
Termopares, Termocuplas
Diodos
Circuitos integrados
Pirosensores (a distancia)
• Un termistor es un resistor cuyo valor
varía en función de la temperatura.
Existen dos clases de termistores: NTC
(Negative Temperature Coefficient,
Coeficiente de Temperatura Negativo),
que es una resistencia variable cuyo
valor se decrementa a medida que
aumenta la temperatura; y PTC
(Positive Temperature Coefficient,
Coeficiente de Temperatura Positivo),
cuyo valor de resistencia eléctrica
aumenta cuando aumenta la
temperatura.
TERMISTORES
• Los sensores RTD (Resistance
Temperature Detector), basados en un
conductor de platino y otros metales,
se utilizan para medir temperaturas por
contacto o inmersión, y en especial
para un rango de temperaturas
elevadas, donde no se pueden utilizar
semiconductores u otros materiales
sensibles. Su funcionamiento está
basados en el hecho de que en un
metal, cuando sube la temperatura,
aumenta la resistencia eléctrica.
RTDS (TERMORRESISTENCIAS)
• El sensor de una termocupla está
formado por la unión de dos piezas de
metales diferentes. La unión de los
metales genera un voltaje muy
pequeño, que varía con la temperatura.
Su valor está en el orden de los
milivolts, y aumenta en proporción con
la temperatura. Este tipo de sensores
cubre un amplio rango de
temperaturas: -180 a 1370 °C.
TERMOPARES, TERMOCUPLAS
• Un diodo es un componente electrónico
de dos terminales que permite la
circulación de la corriente eléctrica a
través de él en un solo sentido. Este
término generalmente se usa para
referirse al diodo semiconductor, el
más común en la actualidad; consta de
una pieza de cristal semiconductor
conectada a dos terminales eléctricos.
El diodo de vacío (que actualmente ya
no se usa, excepto para tecnologías de
alta potencia) es un tubo de vacío con
dos electrodos: una lámina como
ánodo, y un cátodo.
DIODOS
• Existe una amplia variedad de circuitos
integrados sensores de temperatura
(se puede encontrar una lista en el link
de abajo con la información detallada).
Estos sensores se agrupan en cuatro
categorías principales: salida de
voltaje, salida de corriente, salida de
resistencia y salida digital. Con salida
de voltaje podemos encontrar los muy
comunes LM35 (°C) y LM34 (°K) de
National Semiconductor. Con salida de
corriente uno de los más conocidos es
el AD590, de Analog Devices.
CIRCUITOS INTEGRADOS
• Existen sensores que, basados en ladetección de una gama muy angostade ultravioletas, permiten determinar lapresencia de un fuego a buenadistancia. Con los circuitos que proveeel fabricante, un sensor de estos(construido con el bulbo UVTron) puededetectar a 5 metros de distancia unfósforo (cerilla) encendido dentro deuna habitación soleada. En el mercadode sensores industriales se puedeencontrar una variedad amplia desensores de llama a distancia, algunosque detectan también ultravioleta yotros que se basan en los infrarrojos,aunque por lo que pude ver, la mayoríason de tamaño bastante grande..
PIROSENSORES
SENSORES DE HUMEDAD
Sensores capacitivos
Sensores resistivos
Módulos integrados
• La detección de humedad esimportante en un sistema si éste debedesenvolverse en entornos que no seconocen de antemano. Una humedadexcesiva puede afectar los circuitos, ytambién la mecánica de un robot. Poresta razón se deben tener en cuentauna variedad de sensores de humedaddisponibles, entre ellos los capacitivosy resistivos, más simples, y algunosintegrados con diferentes niveles decomplejidad y prestaciones.
• Para el uso en robótica, por suerte, sepuede contar con módulos pequeños,versátiles y de costo accesible, como elSHT11 de Sensirion
SENSORES CAPACITIVOS, RESISTIVOS Y
MODULO INTEGRADO
SENSORES DE VELOCIDAD
Tacómetros
Codificadores
• Tacómetro, que es un artefacto que
debe generar una señal proporcional a
la velocidad real del motor con la
máxima precisión posible.
TACÓMETROS
• Los transductores de la posición
angular de un eje son componentes
fundamentales en la tecnología de
control. Es difícil encontrar sistemas
mecánicos industriales automatizados
que no tengan varios ejes de
movimiento angular o lineal. Utilizando
un acoplamiento directo o algún tipo de
acoplamiento mecánico que realice la
adaptación, un codificador de la
posición angular se puede utilizar en el
monitoreo de cualquier tipo de
desplazamiento.
CODIFICADORES
SENSORES DE MAGNETISMO
Efecto Hall
Brújulas electrónicas
Interruptores magnéticos
• El sensor de efecto Hall o simplemente
sensor Hall o sonda Hall (denominado
según Edwin Herbert Hall) se sirve del
efecto Hall para la medición de campos
magnéticos o corrientes o para la
determinación de la posición.
EFECTO HALL
• En robótica, algunas situaciones de
medición del entorno pueden requerir
del uso de elementos de detección
sensibles a los campos magnéticos. En
principio, si nuestro robot debe
moverse en ambientes externos a un
laboratorio, una aplicación importante
es una brújula que forme parte de un
sistema de orientación para nuestro
robot.
BRÚJULAS ELECTRÓNICAS
• un interructor magnetico, es realmente
un rele, se acciona por corriente un
bobinado de cobre, que produce un
campo magnetico y cierra o abre los
contactos..
INTERRUPTORES MAGNÉTICOS
SENSORES DE UBICACIÓN
GEOGRÁFICA GPS
Receptores de radiobalizas
• Si bien nos puede parecer demasiado
lujo para nuestros experimentos, lo
cierto es que un sistema de
posicionamiento global (GPS, Global
Positioning System) aporta una serie
de datos que pueden ser muy útiles
para un robot avanzado. Un ejemplo de
este servicio es el módulo DS-GPM,
fabricado por Total Robots, que entrega
datos de latitud, longitud, altitud,
velocidad, hora y fecha y posición
satelital. Estos datos se comunican
desde los registros del módulo a través
de interfaces I2C y RS232.
GPS
• Por medio de un grupo de emisores deradiofrecuencia codificados, ubicadosen lugares conocidos por el sistema, esposible establecer con precisión laposición de un robot, con sólo haceruna triangulación. Al efecto el robotdebe poseer una antena de recepcióndireccional (con reflector parabólico, osimilar) que pueda girar 360°, y asídetermine la posición de lasradiobalizas. En el robot es posibleusar receptores integrados muypequeños y de bajo costo, como elRWS-433, o el RXLC-434, y otrossimilares, que trabajan en frecuenciasde entre 303 y 433 Mhz.
RECEPTORES DE RADIOBALIZAS
SENSORES DE PROXIMIDAD
Sensores capacitivos
Sensores inductivos
• Los sensores capacitivos (KAS)
reaccionan ante metales y no metales
que al aproximarse a la superficie
activa sobrepasan una determinada
capacidad. La distancia de conexión
respecto a un determinado material es
tanto mayor cuanto más elevada sea su
constante dieléctrica.
SENSORES CAPACITIVOS
• Los detectores de proximidadinductivos se basan en el fenómeno deamortiguamiento que se produce en uncampo magnético a causa de lascorrientes inducidas (corrientes deFoucault) en materiales situados en lascercanías. El material debe sermetálico. Los capacitivos funcionandetectando las variaciones de lacapacidad parásita que se origina entreel detector propiamente dicho y elobjeto cuya distancia se desea medir.Se emplean para medir distancias aobjetos metálicos y no metálicos, comola madera, los líquidos y los materialesplásticos.
SENSORES INDUCTIVOS