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CLASIFICACIÓN O TIPOS DE LOS SENSORES SEMICONDUCTORES
Aunque es algo complicado hacer una sola clasificación, debido al gran número de sensores que existen actualmente, las siguientes son las clasificaciones más generales y comunes.
CLASIFICACIÓN DE LOS SENSORES
Los sensores que son de interés para la producción pueden clasificarse de la siguiente manera:
Sensores mecánicos: para medir cantidades como la posición, la forma, la velocidad, la fuerza, el par, la presión, la vibración, la deformación y la masa. Sensores eléctricos: para medir el voltaje, la corriente, la carga y la conductividad. Sensores magnéticos: para medir el campo, el flujo y la permeabilidad magnética. Sensores térmicos: para medir la temperatura, el flujo, la conductividad y el calor específico.
Otros tipos como los acústicos, ultrasónicos, químicos, ópticos, de radiación, láser y fibra óptica.
Dependiendo de la aplicación, un sensor puede consistir en materiales metálicos, no metálicos, orgánicos o inorgánicos, así como líquidos, gases, plasmas o semiconductores. Utilizando las propiedades especiales de estos materiales, los sensores convierten la cantidad o propiedad medida en una salida analógica o digital. Por ejemplo, el funcionamiento de un termómetro de mercurio ordinario se basa en la diferencia entre la expansión térmica del mercurio y la del vidrio.
Una forma muy básica de clasificar los sensores es distinguirlos como PASIVOS o ACTIVOS; los sensores activos generan la señal de salida sin una fuente de alimentación externa, mientras que los pasivos requieren esta alimentación para realizar su función.
Sensores pasivos:
Son los que, mediante una fuente auxiliar, generan señales representativas de las cantidades a medir. Ejemplo: sensores para parámetros variables (resistencia variable, capacitancia variable, inductancia variable).
Sensores activos o generadores de señales: Los que generan señales representativas de los agnósticos a ser medidos de manera autónoma, sin necesidad de una fuente de alimentación. Ejemplo: sensores piezoeléctricos, fotovoltaicos, termoeléctricos, electroquímicos y magnetoeléctricos.
Dependiendo del tipo de señal que proporcionen a su salida: todo o nada, estos son los sensores que tienen sólo dos estados, y que estos estados están separados sólo por un umbral de la cantidad monitoreada. digital, estos sensores proporcionan una señal codificada en pulsos o sistemas como BCD, binario, etc. analógico, estos sensores proporcionan un valor de voltaje o corriente, la señal más comúnmente utilizada en aplicaciones industriales es un circuito de 2 hilos y 4-20 mA. dependiendo del tipo de cantidad física a ser detectada: medición de temperatura
Pirómetro óptico
Pirómetro de radiación.
Termistor.
Termopar.
Medición de tensión y deformación.
Largas distancias: Radar, láser, ultrasonido, etc.
Pequeñas distancias:
Métodos ópticos.
Métodos inductivos (LDT y VDT)
Métodos resistivos y capacitivos.
Posición lineal o angular:
Codificadores incrementales.
Codificadores absolutos.
Transductores capacitivos.
Sensores de presencia o proximidad.
Inductivo.
Capacitivo.
Fotoeléctrico.
Efecto Hall.
La radiación.
Infrarrojo.
Sistemas de visión artificial.
Cámaras CCD.
Sensores de humedad y punto de rocío.
La humedad en el aire - los gases.
La humedad en los sólidos.
Punto de rocío.
Sensores de flujo.
de sustancias sólidas, líquidas o gaseosas.
presión diferencial.
Instrumentos de medición magnética.
Los medidores de fuerza de Coriolis.
Metros de área variable.
Medidores de desplazamiento.
Sensores de nivel.
Líquidos y sólidos.
Sensores de presión, de fuerza y de par.
calibrador de voltaje.
Matriz táctil.
Sensores de intensidad de luz, sensores de aceleración, sensores de velocidad lineal o angular, sensores táctiles.
Matriz piezoeléctrica, óptica o capacitiva.
Matriz de contacto.
SENSORES DE LUZ
Sensores reflectantes y de interceptación
Los sensores de objetos reflectantes se basan en el uso de una fuente de señal de luz (lámparas, LED, diodos láser, etc.) y una célula que recibe el reflejo de esta señal, que puede ser un fotodiodo, un fototransistor, un LDR o incluso chips especiales como receptores de control remoto. Con elementos ópticos similares, es decir, transmisor-receptor, hay sensores de "ranura" (en algunos lugares los he llamado "barrera"), en los que se establece un haz directo entre el transmisor y el receptor, con un espacio entre ellos que puede ser ocupado por un objeto.
LDR (resistencia dependiente de la luz)
Un LDR es una resistencia que varía su valor de resistencia eléctrica dependiendo de la cantidad de luz que cae sobre él. También se conoce como foto-resistencia o foto-resistencia. El valor de resistencia eléctrica de un LDR es bajo cuando la luz cae sobre él (en algunos casos puede caer hasta 50 ohmios) y muy alto cuando está oscuro (puede ser de varios megaohmios).
CÉLULAS FOTOGRÁFICAS
La conversión directa de la luz en electricidad a nivel atómico se llama generación fotovoltaica. Algunos materiales tienen una propiedad conocida como el efecto fotoeléctrico, que hace que absorban fotones de luz y emitan electrones. Cuando estos electrones libres emitidos son capturados, se crea una corriente eléctrica que puede ser utilizada como energía para alimentar los circuitos. Por supuesto, la misma energía puede ser usada para detectar y medir la luz.
FOTOGRAFÍAS
El fotodiodo es un diodo semiconductor que se construye con una unión PN, como muchos otros diodos utilizados en diversas aplicaciones, pero en este caso el semiconductor se expone a la luz a través de una cubierta cristalina y a veces en forma de lente, y debido a su diseño y construcción es particularmente sensible a la incidencia de la luz visible o infrarroja. Todos los semiconductores tienen esta sensibilidad a la luz, aunque en el caso de los fotodiodos especialmente diseñados para este fin, la construcción está diseñada para una máxima sensibilidad.
FOTOTRANSISTORES
Los fototransistores no se diferencian mucho de un transistor normal, es decir, están hechos del mismo material semiconductor, tienen dos terminales y las mismas tres conexiones externas: colector, base y emisor. Al ser un elemento fotosensible, la primera diferencia obvia es, por supuesto, la cápsula, que tiene una ventana o es completamente transparente para que la luz pueda penetrar hasta las uniones de la tableta semiconductora y producir el efecto fotoeléctrico.
CCD Y CÁMARAS DE VIDEO
La abreviatura CCD significa Dispositivo de Acoplamiento de Carga. El CCD es un circuito integrado. La principal característica de este circuito es que tiene un conjunto de células sensibles a la luz dispuestas en una matriz físico-eléctrica, lo que permite "empaquetar" un gran número de elementos sensibles en un área pequeña y procesar esta gran cantidad de información de la imagen (para extraerla del microcircuito) de una manera relativamente sencilla sin necesidad de grandes recursos de conexiones y circuitos de control.
SENSORES DE PRESIÓN
En la industria hay una amplia gama de sensores de presión, la mayoría de los cuales están diseñados para medir la presión de un líquido en una membrana. En la robótica, puede ser necesario tomar medidas de los fluidos hidráulicos (para dar un ejemplo), aunque es más probable que los manómetros disponibles con la adaptación adecuada sean útiles como sensores de fuerza (el esfuerzo de una pieza mecánica, como el brazo de un robot).
SENSORES DE FUERZA
La aplicación de una fuerza a la zona activa del sensor provoca un cambio en la resistencia eléctrica del elemento sensor en proporción inversa a la fuerza aplicada.
SENSORES DE CONTACTO
Para detectar el contacto físico del robot con un obstáculo, a menudo se utilizan interruptores que son operados por actuadores físicos. Un ejemplo muy clásico sería el de los cables elásticos que realizan una función similar a las antenas de los insectos. Se llaman "bigotes" y se refieren a los sensibles bigotes de animales como perros y gatos. También usan bandas metálicas alrededor del robot o su parte delantera y/o trasera como parachoques.
SENSORES DE SONIDO
El uso de micrófonos en un robot se puede encontrar en dos aplicaciones: en primer lugar, dentro de un sistema de medición de distancias, donde el micrófono recibe los sonidos emitidos por el propio robot después de rebotar en los obstáculos que tiene delante, es decir, un sistema de sonar; y en segundo lugar, un micrófono que capta los sonidos ambientales y los utiliza de alguna manera, como por ejemplo, recibiendo comandos por palabras o sonidos y, un poco más allá, determinando la dirección de estos sonidos. Ahora que se habla tanto de los robots espías, hay por supuesto micrófonos que captan los sonidos del ambiente y los transmiten a un lugar remoto.
SENSORES DE TEMPERATURA
Termistor
Un termistor es una resistencia cuyo valor varía según la temperatura. Hay dos clases de termistores: NTC (coeficiente de temperatura negativo), que es una resistencia variable cuyo valor disminuye con el aumento de la temperatura, y PTC (coeficiente de temperatura positivo), cuyo valor de resistencia eléctrica aumenta con el aumento de la temperatura.
RTD
Los sensores RTD (Resistance Temperature Detector) basados en conductores de platino y otros metales se utilizan para medir las temperaturas por contacto o inmersión, especialmente para una gama de altas temperaturas en la que no se pueden utilizar semiconductores u otros materiales sensibles. Funcionan por el hecho de que la resistencia eléctrica en un metal aumenta con el aumento de la temperatura.
Termopares
El sensor de un termopar se forma al unir dos partes de metales diferentes. La unión de los metales crea un voltaje muy pequeño que varía con la temperatura. Su valor es del orden de los milivoltios y aumenta proporcionalmente a la temperatura. Este tipo de sensor cubre un amplio rango de temperaturas: -180 a 1370 °C.
SENSORES DE HUMEDAD
La detección de la humedad es importante en un sistema cuando tiene que operar en entornos que no se conocen de antemano. El exceso de humedad puede afectar a los circuitos y también a la mecánica de un robot. Por esta razón, hay una variedad de sensores de humedad, incluyendo sensores capacitivos y resistivos, más simples y algunos integrados de variada complejidad y rendimiento.
SENSORES DE PROXIMIDAD
Los sensores de proximidad en la industria son el resultado de la necesidad de indicadores de posición donde no hay contacto mecánico entre el actuador y el sensor. Pueden ser del tipo lineal (sensores de desplazamiento) o del tipo interruptor (el cambio entre dos estados indica una posición específica).
Hay dos tipos de sensores de proximidad muy utilizados en la industria: inductivos y capacitivos.
Los interruptores de proximidad inductivos se basan en el fenómeno de amortiguación que se produce en un campo magnético por las corrientes inducidas (corrientes de remolino) en los materiales del entorno. El material debe ser metálico. Los condensadores funcionan detectando las fluctuaciones de la capacitancia parásita entre el propio detector y el objeto cuya distancia se va a medir. Se utilizan para medir las distancias a objetos metálicos y no metálicos como la madera, los líquidos y los plásticos.
SENSORES DE INFRARROJOS
Es un dispositivo electrónico capaz de medir la radiación infrarroja electromagnética de los cuerpos en su campo de visión. Todos los cuerpos reflejan una cierta cantidad de radiación que es invisible para nuestros ojos, pero no para estos dispositivos electrónicos, porque está justo debajo de la luz visible en el rango espectral.
SENSORES QUÍMICOS
Sensor de luminiscencia química en fibra óptica, fabricado por la Universidad Complutense de Madrid, para la medición del oxígeno disuelto.
La función de estos sensores es generar una cantidad física (conductancia, resistencia, ...) que puede ser detectada por el hardware de detección. Esta cantidad debe reflejar más o menos la exposición de los sensores a la muestra olorosa.
La funcionalidad de estos sensores es esencialmente la siguiente: Tras la exposición a un determinado gas o a una mezcla de ellos, la cantidad física mencionada se modifica teóricamente de diferentes maneras según la sustancia a la que se exponga. En el caso más simplificado, en el que se utiliza un solo sensor, éste debe modificarse de manera que el cambio de tamaño sea característico de la sustancia a la que se expone.
Tipos de sensores químicos Los tipos de sensores más utilizados son cuatro: sensores basados en semiconductores de óxido metálico (Metal-Oxide Semiconductor), sensores basados en ondas acústicas de superficie (Surface Acoustic Wave, SAW), sensores ópticos, sensores basados en fotoionización y sensores basados en resistencia (resistencias químicas).
Estos sensores se basan en un semiconductor de óxido metálico y consisten en una fina capa de un semiconductor de óxido metálico específico. Después de la exposición, se produce un cambio en la conductividad del material, que se utiliza para caracterizar la sustancia olorosa. Estos sensores están disponibles en el mercado y tienen una buena sensibilidad, pero para su correcto funcionamiento deben funcionar a temperaturas entre 100 °C y 600 °C, lo que significa que consumen más energía que los que pueden funcionar a temperatura ambiente, ya que son difíciles de adaptar a los dispositivos portátiles por razones obvias. Estos sensores se basan en ondas acústicas de superficie, conocidas como ondas de Rayleigh en honor a su descubridor.
El funcionamiento es el siguiente: estos sensores están formados por un material piezoeléctrico (normalmente un cuarzo) cubierto por una fina capa de un material (en la mayoría de los casos se utiliza un polímero) que reacciona en contacto con ciertos gases, esta estructura es excitada por señales de radiofrecuencia que varían su frecuencia de excitación inicial después de la aparición de las ondas superficiales mencionadas, que son inducidas en la estructura cuando entra en contacto con la sustancia olorosa objetiva.
Las ventajas de este tipo de sensor son su alta sensibilidad y la posibilidad de producción en masa con una alta reproducibilidad (es decir, se puede producir un gran número de piezas y el comportamiento es similar con una cierta tolerancia). Sin embargo, como tienen que ser excitados con radiofrecuencia, la creciente miniaturización puede ser un problema cuando se utiliza dicha excitación.
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