Sensores ópticos

Sensores Ópticos: Los sensores de proximidad ópticos son similares a los sensores ultrasónicos en el sentido de que detectan la proximidad de un objeto por su influencia sobre una onda propagadora que se desplaza desde un transmisor hasta un receptor. Uno de los métodos más utilizados para detectar la proximidad por medio de ópticos se muestra en la figura.

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. Dicho de otro modo, una superficie localizada en cualquier lugar en el volumen producirá una lectura. Aunque es posible calibrar la intensidad de estas lecturas como una función de la distancia para características reflectoras y orientaciones del objeto conocidas, la Aplicación típica está en un modo en donde una señal binaria recibe una intensidad de luz superior a un valor umbral.

La detección de fuerza y par suele realizarse de manera indirecta, a partir de la detección de pequeñas deformaciones que experimenta un sólido bajo la acción de dicha fuerza o par. Los sensores estudiados en el apartado de pequeñas deformaciones constituyen la base de los transductores de fuerza y par, el resto del transductor suele consistir en una pieza susceptible de ser deformada dentro del campo elástico, sobre la cual va colocado el elemento de medida de pequeñas deformaciones. Sensores de Fuerza:

En la figura de la izquierda aparece una célula formada por una pieza cilíndrica deformable solidaria al núcleo de un transformador diferencial. En el caso de transductores de par se suele medir también la deformación lineal en una determinada zona, producida por la flexión o torsión de alguna pieza elástica. En la figura de la derecha se muestran piezas previstas para la medida de fuerzas y pares basándose en la colocación de galgas extensiométricas Este tipo de sensores, se encuentran basados en su mayor parte en el empleo de galgas extensométrica (o de extensión), que son unos dispositivos que cuando se les aplica una fuerza, ya puede ser una tracción o una compresión, varia su resistencia eléctrica, de esta forma podemos medir la fuerza que se está aplicando sobre un determinado objeto

Galgas de Extensión: Una galga de extensión se construye sobre un metal de coeficiente de elasticidad dado, adosándole un alambre, una tira semiconductora o pistas conductoras. Al deformarse el soporte de la galga, se "estira" o se "comprime" el sensor, variando así su resistencia. El cambio de resistencia será, precisamente, el reflejo de la deformación sufrida. En términos de su caracterización, dada la resistencia R sin deformación, la aplicación de una fuerza F deformante producirá un cambio de resistencia, R, cuya medición permite calcular la fuerza mediante:

Sirven para medir la presión o el esfuerzo aplicado, y se basan en que al someter la galga a presión se produce en ella una variación de su longitud y el diámetro de su sección, y por lo tanto, varía su resistencia eléctrica. Debido a esto, la resistencia que presentará la galga extensiométrica corresponderá a un valor inicial R0 más un incremento debido a la deformación ΔR, de forma que: donde R0 es nuevamente la resistencia a temperatura ambiente, normalmente considerada de 25 ºC = 298 K. A su vez, x representa el incremento de resistencia sufrido por la galga como consecuencia de la deformación, empleando como unidad la resistencia de la galga en reposo

Indican en que punto de su recorrido permitido se encuentra una articulación. Potenciómetros: Consisten en un contacto que se mueve sobre un hilo de material resistivo (p. ej. constantán) arrollado en espiral. La resistencia es proporcional a la cantidad de hilo desde el inicio hasta la posición del contacto móvil. Sensores de Posición: De esta manera indirectamente podemos controlar la intensidad de corriente que hay por una línea, si lo conectamos en serie, o la diferencia de potencial, de hacerlo en paralelo. Su resolución no suele se muy buena.

Fotodiodo: Es usado en los optointerruptores (no detectan cual es la posición de la articulación, sino solo si esta ha llegado o no a un punto determinado de su recorrido), 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. Esta corriente presente en ausencia de luz recibe el nombre de corriente de oscuridad.

SENSORES DE PROXIMIDAD Por lo general se trata de sensores con respuesta todo o nada, con cierta histéresis en la distancia de detección, con salida de interruptor estático (transistor, tiristor, triac). Algunos pueden dar una salida analógica proporcional a la distancia. Inductivos: Sirven para detectar la proximidad de piezas metálicas en un rango desde 1 mm a 30 mm, con resolución del orden de la décima de milímetro, desde el punto de vista mecánico las formas de este tipo de sensor están normalizadas y aparecen el la figura.

Desde el punto de vista funcional están constituidos por un circuito oscilador L-C con alta frecuencia de resonancia. La bobina está constituida sobre un núcleo de ferrita "Pot-Core" de forma que el flujo se cierra en la parte frontal. Como se aprecia en la figura. La presencia de metal dentro de la zona sensible altera la reluctancia del circuito magnético, atenúa el circuito oscilante y hace variar la amplitud de oscilación. La detección de dicha amplitud permite obtener una señal todo-nada. El campo de aplicación más importante de este tipo de detectores es como final de carrera con ventajas sobre los electromagnéticos como la ausencia de contacto, la robustez mecánica, la resistencia a ambientes agresivos y su bajo coste. Formas constructivas detectores de proximidad

El principio de funcionamiento, y las características constructivas son muy similares a las descritas para los inductivos, la diferencia radica en que en este caso el elemento sensible es el condensador del circuito oscilador, formado por dos aros metálicos concéntricos situados en la cara sensible, y cuyo dieléctrico es el material de la zona sensible. Este tipo de sensores permite detectar materiales metálicos o no, pero su sensibilidad se ve muy afectada por el tipo de material y grado de humedad ambiental del cuerpo a detectar. Las aplicaciones típicas son en la detección de materiales no metálicos como vidrio, cerámica, plástico, madera, agua, aceite, cartón, papel, etc. Capacitivos: Ópticos: Emplean fotocélulas como elementos de detección. A veces disponen de un cabezal que contiene un emisor de luz y la fotocélula de detección del haz reflejado sobre el objeto. Otros trabajan en modo barrera (figura) y se utilizan para cubrir mayores distancias, con fuentes luminosas independientes del detector. Ambos tipos suelen trabajar con frecuencias en la banda de infrarrojos.

Las ventajas de este tipo de detectores son la inmunidad a perturbaciones electromagnéticas, las distancias de detección grandes, alta velocidad de respuesta, identificación de colores y detección de pequeños objetos. Una variante importante son los construidos de fibra óptica que permite separar el punto emisor y el detector de la unidad principal del sensor con las ventajas de accesibilidad que ello proporciona. Detectores de proximidad ópticos

Ultrasónicos: Están basados en la emisión-recepción de ondas ultrasónicas. Cuando un objeto interrumpe el haz, el nivel de recepción varia y el receptor lo detecta, la gran ventaja frente a las fotocélulas está en la detección de objetos transparentes, como cristal, plásticos, etc. Sin embargo no podrán ser usados en ambientes en los que el aire circule con flujo muy turbulento o con contaminación acústica elevada dada su dependencia de este medio para la transmisión de la onda de ultrasonido. Criterios de selección: Para seleccionar de entre los diferentes tipos de detectores de proximidad, deberán tenerse en cuenta los siguientes criterios. Las detecciones de distancias cortas (< 50 mm) pueden realizarse con captadores inductivos o capacitivos, (que resultan ser los de menor coste) el empleo de unos u otros dependerá de la naturaleza metálica o no del material a detectar. Para las distancias largas (> 50 mm) se hace necesario irse a ultrasónicos u ópticos, teniendo presentes las limitaciones que ofrecen los primeros en ambientes ruidosos y de los segundos con materiales a detectar transparentes.

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