OS IV SIST RE

http://robots-argentina.com.ar/robots.htm
SENSORES RESISTIVOS
SENSORES RESISTIVOS
PRESIÓN
GALGAS
EXTENSIOMÉTRICAS
RTD'S
TEMPERATURA
TERMISTORES
NIVEL
RESISTIVOS
POTENCIOMÉTRICOS
POSICIÓN
LDR (Light-Dependent Resistor, resistor dependiente de la luz)
Un LDR es un resistor que varía su valor de resistencia eléctrica dependiendo de la
cantidad de luz que incide sobre él. Se le llama, también, fotorresistor o
fotorresistencia. El valor de resistencia eléctrica de un LDR es bajo cuando hay luz
incidiendo en él (en algunos casos puede descender a tan bajo como 50 ohms) y
muy alto cuando está a oscuras (puede ser de varios megaohms).
Los LDR se fabrican con un cristal semiconductor fotosensible como el sulfuro de cadmio (CdS). Esta celdas
son sensibles a un rango amplio de frecuencias lumínicas, desde la luz infrarroja, pasando por la luz visible, y
hasta la ultravioleta.
La variación de valor resistivo de un LDR tiene cierto retardo, qie es diferente si se pasa de oscuro a
iluminado o de iluminado a oscuro.
Por esta razón un LDR no se puede utilizar algunas aplicaciones, en especial en aquellas en que la señal
luminosa varía con rapidez. El tiempo de respuesta típico de un LDR está en el orden de una décima de
segundo.
La lentitud relativa del cambio es una ventaja en algunos casos, porque así se filtran variaciones rápidas de
iluminación que podrían hacer inestable un sensor (por ejemplo cuando está iluminado por un tubo
fluorescente alimentado por corriente alterna), En otras aplicaciones (como la detección de luminosidad para
saber si es de día o es de noche) la lentitud de la detección no es importante.
Fotoceldas o celdas fotovoltaicas
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.
Las celdas fotovoltaicas, llamadas también celdas solares, están compuestas de la misma clase de materiales
semiconductores que se usan en la industria microelectrónica, como por ejemplo el silicio. Una delgada lámina
semiconductora, especialmente tratada, forma un campo eléctrico, positivo en un lado y negativo en el otro.
Cuando incide energía luminosa sobre ella, los electrones son golpeados y extraídos de los átomos del material
semiconductor. Como se han dispuesto conductores eléctricos en forma de una rejilla que cubre ambas caras del
semiconductor, los electrones circulan para formar una corriente eléctrica que aporta energía.
Si bien en la actualidad las celdas fotovoltaicas se utilizan más bien para tomar energía solar y cargar baterías
(como lo hacen las sondas espaciales y los robots que se mueven en Marte), un sensor basado en una celda de
éstas tiene la ventaja de poder activar un circuito con su propia energía ante la presencia de suficiente luz. En
otros sentidos, más que nada por tamaño, fragilidad y precio, no son la opción más conveniente para usarlas en la
detección de una señal luminosa.
Fotodiodos
El fotodiodo es un diodo semiconductor, construido con una unión PN, como muchos otros diodos que se utilizan
en diversas aplicaciones, pero en este caso el semiconductor está expuesto a la luz a través de una cobertura
cristalina y a veces en forma de lente, y por su diseño y construcción será especialmente 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, diseñados específicamente para esto, la construcción está orientada a lograr que esta sensibilidad sea
máxima.
El de cápsula oscura es de un fotodiodo para infrarrojos
Los diodos tienen un sentido normal de circulación de corriente, que se llama polarización directa. En ese sentido
el diodo deja pasar la corriente eléctrica y prácticamente no lo permite en el inverso: es la base del
funcionamiento de un diodo. Pero en el fotodiodo la corriente que está en juego (y que varía con los cambios de
la luz) es la que circula en sentido inverso al permitido por la juntura del diodo. Es decir, para su funcionamiento
el fotodiodo es polarizado de manera inversa. Se producirá un aumento de la circulación de corriente cuando el
diodo es excitado por la luz.
Lo que define las propiedades de sensibilidad al espectro de un fotodiodo es el material semiconductor que se
emplea en la construcción. Los fotodiodos están construidos de silicio, sensible a la luz visible (longitud de onda
de hasta 1,1 µm), de germanio para luz infrarroja (longitud de onda hasta aproximadamente 1,8 µm), y los hay de
otros materiales semiconductores. El rango de espectro es:
Silicio:
Germanio:
Indio galio arsénico (InGaAs):
Sulfuro de plomo:
190–1100 nm
800–1700 nm
800–2600 nm
1000-3500 nm
Fototransistores
Los fototransistores no son muy diferentes de un transistor normal, es decir, están compuestos por el mismo
material semiconductor, tienen dos junturas y las mismas tres conexiones externas: colector, base y emisor. Por
supuesto, siendo un elemento sensible a la luz, la primera diferencia evidente es en su cápsula, que posee una
ventana o es totalmente transparente, para dejar que la luz ingrese hasta las junturas de la pastilla
semiconductora y produzca el efecto fotoeléctrico.
Teniendo las mismas características de un transistor normal, es posible regular su corriente de colector por medio
de la corriente de base. Y también, dentro de sus características de elemento optoelectrónico, el fototransistor
conduce más o menos corriente de colector cuando incide más o menos luz sobre sus junturas.
Los dos modos de regulación de la corriente de colector se pueden utilizar en forma simultánea. Si bien es común
que la conexión de base de los fototransistores no se utilice, e incluso que no se la conecte o ni siquiera venga de
fábrica, a veces se aplica a ella una corriente que estabiliza el funcionamiento del transistor dentro de cierta
gama deseada, o lo hace un poco más sensible cuando se debe detectar una luz muy débil. Esta corriente de
estabilización (llamada bias, en inglés) cumple con las mismas reglas de cualquier transistor, es decir, tendrá una
relación de amplificación determinada por la ganancia típica de corriente, o hfe. A esta corriente prefijada se le
suman las variaciones producidas por los cambios en la luz que incide sobre el fototransistor.
Los fototransistores, al igual que los fotodiodos, tienen un tiempo de respuesta muy corto, es decir que pueden
responder a variaciones muy rápidas en la luz. Debido a que existe un factor de amplificación de por medio, el
fototransistor entrega variaciones mucho mayores de corriente eléctrica en respuesta a las variaciones en la
intensidad de la luz.
Sensores de Magnetismo - Introducción
Sensor magnético
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. Otra aplicación es la medición directa de campos magnéticos presentes en las inmediaciones, que podrían
volverse peligrosos para el "cerebro" de nuestro robot si su intensidad es importante. Una tercera aplicación es la
medición de sobrecorrientes en la parte motriz (detectando la intensidad del campo magnético que genera un
conductor en la fuente de alimentación). También se podrán encontrar sensores magnéticos en la medición de
movimientos, como el uso de detectores de "cero movimiento" y tacómetros basados en sensores por efecto Hall
o pickups magnéticos.
Pickups magnéticos (sensores inductivos)
Entre los sensores de proximidad industriales de uso frecuente se encuentran los sensores basados en un cambio
de inductancia debido a la cercanía de un objeto metálico.
Pickup magnético
La figura muestra el esquema de un sensor inductivo o "pickup magnético", que consiste en una bobina devanada
sobre un imán permanente, ambos insertos en un receptáculo o cápsula de soporte.
Pickups magnéticos
Si se coloca el núcleo del sensor en proximidad de un material ferromagnético, se produce un cambio en la
posición de las líneas de flujo del imán permanente. En condiciones estáticas, no hay movimiento en las líneas de
flujo y, por consiguiente, no se induce corriente en la bobina. Sin embargo, cuando un objeto ferromagnético
ingresa en el campo del imán y/o lo abandona, el cambio que resulta en las líneas de flujo induce un impulso de
corriente, cuya amplitud y forma son proporcionales a la velocidad de cambio del flujo.
La tensión que se mide sobre la bobina varía como función de la velocidad a la que se introduce el material
ferromagnético en el campo del imán. La polaridad de la tensión depende de que el objeto esté ingresando en el
campo o abandonándolo.
También existe una relación entre la amplitud de la tensión y la distancia sensor-objeto. La sensibilidad cae
rápidamente al aumentar la distancia. El sensor es eficaz a un milímetro o menos.
Sensores por "Efecto Hall"
En el mercado existe gran cantidad de sensores industriales para diversos usos, basados en el efecto que
descubrió el científico Edwin Herbert Hall. El nombre de Hall, físico norteamericano, ha pasado a la posteridad
debido a una singularidad electromagnética que descubrió por causalidad en el curso de un montaje eléctrico: el
"Efecto Hall".
Cuando por una placa metálica circula una corriente eléctrica y ésta se halla situada en un campo magnético
perpendicular a la dirección de la corriente, se desarrolla en la placa un campo eléctrico transversal, es decir,
perpendicular al sentido de la corriente. Este campo, denominado Campo de Hall, es la resultante de fuerzas
ejercidas por el campo magnético sobre las partículas de la corriente eléctrica, sean positivas o negativas.
Este fenómeno tiene dos consecuencias principales. La primera es que la acumulación de cargas en un lado de la
placa, en el campo así creado, implica que el otro lado tiene una carga opuesta, creándose entonces una
diferencia de potencial; la segunda es que la carga positiva posee un potencial superior al de la carga negativa. La
medida del potencial permite, por tanto, determinar si se trata de un campo positivo o negativo.
En la mayor parte de los metales, la carga es negativa, pero en algunos metales como el hierro, el zinc, el berilio y
el cadmio es positiva, y en los semiconductores es positiva y negativa al mismo tiempo. Hay una desigualdad
entre los intercambios negativos y los positivos; también en este caso, la medida del potencial permite saber cuál
domina, el positivo o el negativo.
Los sensores basados en efecto Hall suelen constar de un elemento conductor o semiconductor y un imán.
Cuando un objeto ferromagnético se aproxima al sensor, el campo que provoca el imán en el elemento se
debilita. Así se puede determinar la proximidad de un objeto, siempre que sea ferromagnético.
Aplicaciones de sensores por efecto Hall
Sensores Hall
Una de las aplicaciones de los sensores por efecto Hall que más se ha instalado en la industria, en especial en la
automotriz, es como reemplazo del sensor inductivo o pickup magnético que describimos más arriba (basado en
un imán permanente y una bobina). Dado que en este caso el sensor, por estar implementado por un
semiconductor, tiene la capacidad de poseer electrónica integrada, la señal que sale de los sensores por efecto
Hall para uso como detectores de proximidad por lo general ya está amplificada y condicionada, de modo que su
utilización es mucho más directa, fácil y económica.
Otra aplicación es la medición de la corriente que circula por un conductor, con lo que se pueden implementar
medidores de seguridad sin necesidad de insertarlos en el circuito eléctrico de un sistema donde se maneja
potencia. Los sensores pueden estar construidos en una cápsula de tipo circuito integrado o una de transistor, o
también pueden tener una carcasa con un orificio por el que pasará el cable cuya corriente se va a medir.
Sensores varios de efecto Hall
Se utilizan también chips por efecto Hall como interruptores accionados por el campo magnético de un imán. Un
caso concreto es en los sensores de los sistemas de alarma (aquellos que se colocan en puertas y ventanas, para
detectar su apertura). Estos interruptores tienen la ventaja de no sufrir fricción al ser accionados, ya que el único
elemento que toma contacto es el campo magnético. Son utilizados en teclados de alta eficiencia, y estos mismos
interruptores se pueden usar como sensores de choque (contacto físico), posición de un mecanismo,
cuentavueltas, límite de carrera y otras detecciones mecánicas dentro y en el exterior de un robot.