Tipos de sensores

Electrónica. Sensores de movimientos. Tipos de sensores. Automatización industrial. Transductor. Sensores analógicos. Sensores digitales. Tecnología de los sensores

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TIPOS DE SENSORES

Detectores de ultrasonidos

Los detectores de ultrasonidos resuelven los problemas de detección de objetos de prácticamente cualquier material. Trabajan en ambientes secos y pulverulentos. Normalmente se usan para control de presencia/ausencia, distancia o rastreo.

Interruptores básicos

Se incluyen interruptores de tamaño estándar, miniatura, subminiatura, herméticamente sellados y de alta temperatura. Los mecanismos de precisión se ofrecen con una amplia variedad de actuadores y características operativas. Los interruptores de Sensores de Control son idóneos para aplicaciones que requieran tamaño reducido, poco peso, repetitividad y larga vida.

Interruptores final de carrera

Sensores de Control ofrece la línea de interruptores de precisión de acción rápida más avanzada del mundo para una amplia gama de aplicaciones. Las versiones selladas son estancas a la humedad y otros contaminantes. Los modelos antideflagrantes están diseñados para uso en lugares peligrosos.

Interruptores manuales

La amplia selección de productos incluye pulsadores, indicadores, manipulados, balancines, selectores rotativos y conmutadores de enclavamiento. Estos productos ayudan al ingeniero con ilimitadas opciones en técnicas de indicación visual, actuación y disposición de componentes. Muchas versiones satisfacen especificaciones militares.

Productos encapsulados

Diseños robustos, de altas prestaciones y resistentes al entorno o herméticamente sellados. Esta selección incluye finales de carrera miniatura, interruptores básicos estándar y miniatura, interruptores de palanca y pulsadores luminosos.

Productos para fibra óptica

El grupo de fibra óptica está especializado en el diseño, desarrollo y fabricación de componentes optoelectrónicos activos y submontajes para el mercado de la fibra óptica. Los productos para fibra óptica son compatibles con la mayoría de los conectores y cables de fibra óptica multimodo estándar disponibles actualmente en la industria. También se pueden ofrecer productos bajo especificación del cliente; son productos estándar con pequeñas variaciones para cumplir requisitos especiales. Se desarrollan continuamente nuevos productos.

Productos infrarrojos

La optoelectrónica es la integración de los principios ópticos y la electrónica de semiconductores. Los componentes optoelectrónicos son sensores fiables y económicos. Se incluyen diodos emisores de infrarrojos (IREDs), sensores y montajes.

Sensores para automoción

Se incluyen sensores de efecto Hall, de presión y de caudal de aire. Estos sensores son de alta tecnología y constituyen soluciones flexibles a un bajo coste. Su flexibilidad y durabilidad hace que sean idóneos para una amplia gama de aplicaciones de automoción.

Sensores de caudal de aire

Los sensores de caudal de aire contienen una estructura de película fina aislada térmicamente, que contiene elementos sensibles de temperatura y calor. La estructura de puente suministra una respuesta rápida al caudal de aire u otro gas que pase sobre el chip.

Sensores de corriente

Los sensores de corriente monitorizan corriente continua o alterna. Se incluyen sensores de corriente lineales ajustables, de balance nulo, digitales y lineales. Los sensores de corriente digitales pueden hacer sonar una alarma, arrancar un motor, abrir una válvula o desconectar una bomba. La señal lineal duplica la forma de la onda de la corriente captada, y puede ser utilizada como un elemento de respuesta para controlar un motor o regular la cantidad de trabajo que realiza una máquina.

Sensores de efecto Hall

Ver sensores de posición de estado sólido.

Sensores de humedad

Los sensores de humedad relativa/temperatura y humedad relativa están configurados con circuitos integrados que proporcionan una señal acondicionada. Estos sensores contienen un elemento sensible capacitivo en base de polímeros que interacciona con electrodos de platino. Están calibrados por láser y tienen una intercambiabilidad de +5% HR, con un rendimiento estable y baja desviación.

Sensores de posición de estado sólido

Los sensores de posición de estado sólido, detectores de proximidad de metales y de corriente, están disponibles en varios tamaños y terminaciones. Estos sensores combinan fiabilidad, velocidad, durabilidad y compatibilidad con diversos circuitos electrónicos para aportar soluciones a las necesidades de aplicación.

Sensores de presión y fuerza

Los sensores de presión son pequeños, fiables y de bajo coste. Ofrecen una excelente repetitividad y una alta precisión y fiabilidad bajo condiciones ambientales variables. Además, presentan unas características operativas constantes en todas las unidades y una intercambiabilidad sin recalibración. Sensores de Control le ofrece cuatro tipos de sensores de medición de presión: absoluta, diferencial, relativa y de vacío y rangos de presión desde ±1,25 kPa a 17 bar.

Sensores de temperatura

Los sensores de temperatura se catalogan en dos series diferentes: TD y HEL/HRTS. Estos sensores consisten en una fina película de resistencia variable con la temperatura (RTD) y están calibrados por láser para una mayor precisión e intercambiabilidad. Las salidas lineales son estables y rápidas.

Sensores de turbidez

Los sensores de turbidez aportan una información rápida y práctica de la cantidad relativa de sólidos suspendidos en el agua u otros líquidos. La medición de la conductividad da una medición relativa de la concentración iónica de un líquido dado.

Sensores magnéticos

Los sensores magnéticos se basan en la tecnología magnetoresisitiva SSEC. Ofrecen una alta sensibilidad. Entre las aplicaciones se incluyen brújulas, control remoto de vehículos, detección de vehículos, realidad virtual, sensores de posición, sistemas de seguridad e instrumentación médica.

Sensores de presión

Los sensores de presión están basados en tecnología piezoresistiva, combinada con microcontroladores que proporcionan una alta precisión, independiente de la temperatura, y capacidad de comunicación digital directa con PC. Las aplicaciones afines a estos productos incluyen instrumentos para aviación, laboratorios, controles de quemadores y calderas, comprobación de motores, tratamiento de aguas residuales y sistemas de frenado

QUÉ ES UN SENSOR:

Un sensor o captador, como prefiera llamársele, no es más que un dispositivo diseñado para recibir información de una magnitud del exterior y transformarla en otra magnitud, normalmente eléctrica, que seamos capaces de cuantificar y manipular.

Normalmente estos dispositivos se encuentran realizados mediante la utilización de componentes pasivos (resistencias variables, PTC, NTC, LDR, etc... todos aquellos componentes que varían su magnitud en función de alguna variable), y la utilización de componentes activos.

Pero el tema constructivo de los captadores lo dejaremos a un lado, ya que no es el tema que nos ocupa, más adelante incluiremos en el WEB SITE algún diseño en particular de algún tipo de sensor.

DESCRIPCIÓN DE ALGUNOS SENSORES:

Pretendo explicar de forma sencilla algunos tipos de sensores.

Sensores de posición:

Su función es medir o detectar la posición de un determinado objeto en el espacio, dentro de este grupo, podemos encontrar los siguientes tipos de captadores;

Los captadores fotoeléctricos:

La construcción de este tipo de sensores, se encuentra basada en el empleo de una fuente de señal luminosa (lámparas, diodos LED, diodos láser etc...) y una célula receptora de dicha señal, como pueden ser fotodiodos, fototransistores o LDR etc.

Este tipo de sensores, se encuentra basado en la emisión de luz, y en la detección de esta emisión realizada por los fotodetectores.

Según la forma en que se produzca esta emisión y detección de luz, podemos dividir este tipo de captadores en: captadores por barrera, o captadores por reflexión.

En el siguiente esquema podremos apreciar mejor la diferencia entre estos dos estilos de captadores:

Captadores

- Captadores por barrera. Estos detectan la existencia de un objeto, porque interfiere la recepción de la señal luminosa.

Captadores por reflexión; La señal luminosa es reflejada por el objeto, y esta luz reflejada es captada por el captador fotoeléctrico, lo que indica al sistema la presencia de un objeto.

Sensores de contacto:

Estos dispositivos, son los más simples, ya que son interruptores que se activan o desactivan si se encuentran en contacto con un objeto, por lo que de esta manera se reconoce la presencia de un objeto en un determinado lugar.

Su simplicidad de construcción añadido a su robustez, los hacen muy empleados en robótica.

Captadores de circuitos oscilantes:

Este tipo de captadores, se encuentran basados en la existencia de un circuito en el mismo que genera una determinada oscilación a una frecuencia prefijada, cuando en el campo de detección del sensor no existe ningún objeto, el circuito mantiene su oscilación de un manera fija, pero cuando un objeto se encuentra dentro de la zona de detección del mismo, la oscilación deja de producirse, por lo que el objeto es detectado.

Estos tipos de sensores son muy utilizados como detectores de presencia, ya que al no tener partes mecánicas, su robustez al mismo tiempo que su vida útil es elevada.

Sensores por ultrasonidos:

Este tipo de sensores, se basa en el mismo funcionamiento que los de tipo fotoeléctrico, ya que se emite una señal, esta vez de tipo ultrasónica, y esta señal es recibida por un receptor. De la misma manera, dependiendo del camino que realice la señal emitida podremos diferenciarlos entre los que son de barrera o los de reflexión.

Captadores de esfuerzos:

Este tipo de captadores, se encuentran basados en su mayor parte en el empleo de galgas extensométrica, 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.

Sensores de Movimientos:

Este tipo de sensores es uno de los más importantes en robótica, ya que nos da información sobre las evoluciones de las distintas partes que forman el robot, y de esta manera podemos controlar con un grado de precisión elevada la evolución del robot en su entorno de trabajo.

Dentro de este tipo de sensores podemos encontrar los siguientes:

- Sensores de deslizamiento:

Este tipo de sensores se utiliza para indicar al robot con que fuerza ha de coger un objeto para que este no se rompa al aplicarle una fuerza excesiva, o por el contrario que no se caiga de las pinzas del robot por no sujetarlo debidamente.

Su funcionamiento general es simple, ya que este tipo de sensores se encuentran instalados en el órgano aprehensor (pinzas), cuando el robot decide coger el objeto, las pinzas lo agarran con una determinada fuerza y lo intentan levantar, si se produce un pequeño deslizamiento del objeto entre las pinzas, inmediatamente es incrementada la presión le las pinzas sobre el objeto, y esta operación se repite hasta que el deslizamiento del objeto se ha eliminado gracias a aplicar la fuerza de agarre suficiente.

- Sensores de Velocidad:

Estos sensores pueden detectar la velocidad de un objeto tanto sea lineal como angular, pero la aplicación más conocida de este tipo de sensores es la medición de la velocidad angular de los motores que mueven las distintas partes del robot. La forma más popular de conocer la velocidad del giro de un motor, es utilizar para ello una dinamo tacométrica acoplada al eje del que queremos saber su velocidad angular, ya que este dispositivo nos genera un nivel determinado de tensión continua en función de la velocidad de giro de su eje, pues si conocemos a que valor de tensión corresponde una determinada velocidad, podremos averiguar de forma muy fiable a qué velocidad gira un motor. De todas maneras, este tipo de sensores al ser mecánicos se deterioran, y pueden generar errores en las medidas.

Existen también otros tipos de sensores para controlar la velocidad, basados en el corte de un haz luminoso a través de un disco perforado sujetado al eje del motor, dependiendo de la frecuencia con la que el disco corte el haz luminoso indicará la velocidad del motor.

- Sensores de Aceleración:

Este tipo de sensores es muy importante, ya que la información de la aceleración sufrida por un objeto o parte de un robot es de vital importancia, ya que si se produce una aceleración en un objeto, este experimenta una fuerza que tiende ha hacer poner el objeto en movimiento.

Supongamos el caso en que un brazo robot industrial sujeta con una determinada presión un objeto en su órgano terminal, si al producirse un giro del mismo sobre su base a una determinada velocidad, se provoca una aceleración en todo el brazo, y en especial sobre su órgano terminal, si esta aceleración provoca una fuerza en determinado sentido sobre el objeto que sujeta el robot y esta fuerza no se ve contrarrestada por otra, se corre el riesgo de que el objeto salga despedido del órgano aprehensor con una trayectoria determinada, por lo que el control en cada momento de las aceleraciones a que se encuentran sometidas determinadas partes del robot son muy importantes.

Introducción a la automatización industrial

 

En un sistema de manufactura flexible, es de vital importancia que los dispositivos que actúan como elementos integradores del mismo, ofrezcan un nivel de seguridad que permita garantizar el desarrollo completo del proceso en ejecución.

 

En industrias tales como las alimenticias, refresqueras, manufactureras, comerciales, extractivas, de igual forma en lugares como museos, bancos, entre otros.

 

En este sentido, resulta favorable la inclusión de algunos sensores, en los manipuladores robot, que hacen parte del Sistema de Manufactura Flexible en el Centro de Automatización de Procesos CAP.

 

Como sabemos un sensor es un dispositivo capaz de detectar diferentes tipos de materiales, con el objetivo de mandar una señal y permitir que continue un proceso, o bien detectar un robo; dependiendo del caso que éste sea.

 

Dentro de la selección de un sensor, se deben considerar diferentes factores, tales como: la forma de la carcasa, distancia operativa, datos eléctricos y conexiones.

 

De igual forma, existen otros dispositivos llamados transductores, que son elementos que cambian señales, para la mejor medición de variables en un determinado fenómeno.

 

 

¿Qué es un Transductor?

 

Un transductor es un dispositivo que transforma un tipo de variable física (por ejemplo, fuerza, presión, temperatura, velocidad, etc.) en otro.

 

Un sensor es un transductor que se utiliza para medir una variable física de interés. Algunos de los sensores y transductores utilizados con más frecuencia son los calibradores de tensión (utilizados para medir la fuerza y la presión), los termopares (temperaturas), los velocímetros (velocidad).

 

Cualquier sensor o transductor necesita esta calibrado para ser útil como dispositivos de medida. La calibración es el procedimiento mediante el cual se establece la relación entre la variable medida y la señal de salida convertida.

 

Los transductores y los sensores pueden clasificarse en dos tipos básicos, dependiendo de la forma de la señal convertida. Los dos tipos son:

 

- Transductores analógicos

- Transductores digitales

 

Los transductores analógicos proporcionan una señal analógica continua, por ejemplo voltaje o corriente eléctrica. Esta señal puede ser tomada como el valor de la variable física que se mide.

 

Los transductores digitales producen una señal de salida digital, en la forma de un conjunto de bits de estado en paralelo o formando una serie de pulsaciones que pueden ser contadas. En una u otra forma, las señales digitales representan el valor de la variable medida. Los transductores digitales suelen ofrecer la ventaja de ser más compatibles con las computadoras digitales que los sensores analógicos en la automatización y en el control de procesos.

   

Características deseables de los transductores

  Exactitud

La exactitud de la medición debe ser tan alta como fuese posible. Se entiende por exactitud que le valor verdadero de la variable se pueda detectar sin errores sistemáticos positivos o negativos en la medición. Sobre varias mediciones de la variable, el promedio de error entre el valor real y el valor detectado tendera a ser cero.

 

Precisión

La precisión de la medición debe ser tan alta como fuese posible. La precisión significa que existe o no una pequeña variación aleatoria en la medición de la variable. La dispersión en los valores de una serie de mediciones será mínima.

 

Rango de funcionamiento

El sensor debe tener un amplio rango de funcionamiento y debe ser exacto y preciso en todo el rango.

 

Velocidad de respuesta

El transductor debe ser capaz de responder a los cambios de la variable detectada en un tiempo mínimo. Lo ideal sería una respuesta instantánea.

 

Calibración

El sensor debe ser fácil de calibrar. El tiempo y los procedimientos necesarios para llevar a cabo el proceso de calibración deben ser mínimos. Además, el sensor no debe necesitar una recalibración frecuente. El término desviación se aplica con frecuencia para indicar la pérdida gradual de exactitud del sensor que se produce con el tiempo y el uso, lo cual hace necesaria su recalibración.

 

Fiabilidad

El sensor debe tener una alta fiabilidad. No debe estar sujeto a fallos frecuentes durante el funcionamiento.

 

Selección de los Sensores en la automatización

 

La selección se basa en la decisión sobre cual es el sensor más adecuado. Esto depende del material del objeto el cual debe detectarse.

 

Si el objeto es metálico, se requiere un sensor inductivo. Si el objeto es de plástico, papel, o si es líquido (basado en aceite o agua), granu1ado o en polvo, se requiere un sensor capacitvo. Si el objeto puede llevar un imán, es apropiado un sensor magnético.

 

Para elegir un sensor adecuado se deben seguir estos cuatro pasos:

  • FORMA DE LA CARCASA

  • DISTANCIA OPERATIVA.

  • DATOS ELECTRÓNICOS Y CONEXIONES

  • GENERALIDADES

Forma de la Carcasa

 

0.            MATERIAL DE LA CARCASA

Materiales disponibles de las carcasas estándar. )

Acero inoxidable de V2A,

Latón, niquelado o cubierta con Teflón.

Crastin,

Ryton.

 

Crastin es un tereftalato de polibutileno (PBT), el cual está reforzado con fibra de vidrio. Es particularmente resistente a los cambios de forma, resistente a la abrasión, al calor y al frío, y resiste los hidrocarburos (p. Ej., tricolo-etileno), ácidos (p. Ej. 28% ácidos sulfúricos), agua de mar, agua caliente 70°C etc.

Para temperaturas hasta 150 °C, Pepperl+Fuchs GmbH usa Ryton, un sulfuro de polifenileno cristalino (PS), que mantiene la estabilidad hasta 200 °C. Los componentes electrónicos están inmersos en una resina epoxy bajo tUla resina moldeada al vacío.

  

MATERIAL DEL CABLE.

 

- PVC (cloruro de polivinilo). Calidad estándar de la industria eléctrica  condicionalmente resistente a todos los aceites y grasas, disolventes y no se debilita, con elevada resistencia ala abrasión.

- PUR (poliuretano). Resistente a todos los aceites y grasas, disolventes, y con una  elevada resistencia a la abrasión.

- SILICONA. Ideal para temperaturas elevadas o bajas (-50 °C hasta + 180 `”c)  moderadamente resistente a la corrosión, ya todos los aceites, grasas y disolventes.

 

Para evitar roturas de los cables no se deben desplazar o manipular los cables PVC y PUR en temperaturas por debajo de -5 °C.

 

Distancia operativa

 

Es la distancia característica más importante de un sensor. Depende básicamente del diámetro del sensor (bobina o condensador). Una influencia adicional tienen las dimensiones y la composición del material, como también la temperatura ambiente. Con los sensores magnéticos se debe tener en cuenta además la alineación y la fuerza del campo.

La definición de la distancia operativa, según EN 60947-5-2, es válida para todos los tipos de sensores, a excepción de los tipos ranurados y anulares. Existen dos posibilidades para operar con un sensor:

 

Por aproximación axial

Por aproximación radial

Las siguientes definiciones son válidas solamente para la operación axial.

DISTANCIA OPERATIVA UTILIZABLE Su

La distancia operativa de un sensor individual, medida a una temperatura ambiente entre -25 °C y + 70 °C y alimentada con una tensión entre el 85% y 110% de la tensión operativa calculada:

0.9 Sr < Su < 1.1 Sr

Clasificación de los sensores

Internos: información sobre el propio robot

- Posición (potenciómetros, inductosyn, ópticos...)

- Velocidad (eléctricos, ópticos...)

- Aceleración

Externos: información sobre lo que rodea al robot

- Proximidad (reflexión lumínica, láser, ultrasonido...)

- Tacto (varillas, presión, polímeros...)

- Fuerza (corriente en motores, deflexión...)

- Visión (cámaras de tubo)

Otras clasificaciones: sencillos / complejos, activos / pasivos

Según el tipo de magnitud física a detectar podemos establecer la siguiente clasificación:

Posición lineal o angular.

Desplazamiento o deformación.

Velocidad lineal o angular.

Aceleración.

Fuerza y par.

Presión.

Caudal.

Temperatura.

Presencia o proximidad.

Táctiles.

Intensidad lumínica.

Sistemas de visión artificial.

Otro tipo de clasificación es diferenciar entre sensores activos o pasivos. Los sensores pasivos requieren de una alimentación para efectuar su función, mientras que los activos general la señal sin necesidad de alimentación externa

Los sensores externos son los elementos que permiten al robot interactuar con su ambiente de una manera flexible. Aunque muchos de los robots actuales ( sobre todo los de las industrias) trabajan de una forma preprogramada, el uso de los sensores externos como apoyo en la ejecución de tareas es cada día más amplio. Los sensores externos dan al robot mayor independencia del entorno concreto en el que se mueven, lo que se traduce en un mayor grado de "inteligencia".

Existen tres tipos de sensores externos que suelen ser utilizados por los robots de forma general, para gran diversidad de tareas. Esto son los sensores táctiles, los de proximidad o presencia y los de alcance.

Los sensores táctiles son dispositivos que indican el contacto de algún objeto sólido con ellos mismos. Suelen ser empleados en los extremos de los brazos de robot (pinzas) para controlar la manipulación de objetos. A su vez se pueden dividir en dos tipos: de contacto y de fuerza.

Sensores de Contacto

Los sensores de contacto nos indican simplemente si ha habido contacto o no con algún objeto, sin considerar la magnitud de la fuerza de contacto. Suelen ser dispositivos sencillos cuyo uso es muy variado.

Se pueden situar en las pinzas de los brazos de robot para determinar cuando se ha cogido un objeto, pueden formar parte de sondas de inspección para determinar dimensiones de objetos, o incluso pueden situarse en el exterior de las pinzas para ir tanteando un entorno.

Estos sensores suelen ser interruptores de límite o microinterruptores, que son sencillos dispositivos eléctricos que cuando se contacta con ellos cambian de estado.

 

Sensores de fuerza

 

Los sensores de fuerza determinan, Además de si ha habido contacto con un objeto como los anteriores, la magnitud de la fuerza con la que se ha producido dicho contacto. Esta capacidad es muy útil ya que permitirá al robot poder manipular objetos de diferentes tamaños e incluso colocarlos en lugares muy precisos. Para detectar la fuerza con la que se ha contactado con un objeto existen diversas técnicas.

 

Muñeca detectora de fuerza

 

Consta de un célula de carga que se sitúa entre la muñeca y las pinzas del brazo. Su objetivo es proporcionar información sobre las tres componentes de la fuerza (Fx,Fy,Fz) y sobre sus tres momentos en velocidad con la que se mueve el brazo es considerable, resulta difícil poder controlar sus movimientos lo suficientemente rápido como para que no provoque ninguna catástrofe (como el aplastamiento de algún objeto).

 

Detección de articulaciones

 

Esta técnica se basa en la medida del par de torsión de la articulación. La medida de este par puede resultar sencilla, ya que es proporcional a la corriente que circula por el motor que provoca dicha torsión.

 

A pesar de que está técnica pueda parecer sencilla y fiable, tiene un problema importante. La medida del par de torsión se realiza sobre las articulaciones del brazo y no sobre el efector final (la pinza) como sería deseable, por lo que dicha torsión no solo refleja la fuerza que se ejercerá en la pinza, sino también la fuerza utilizada para mover la articulación.

Sensores de array táctil

Es un tipo especial de sensores de fuerza ya que en realidad está constituido por una matriz de pequeños sensores de fuerza. Debido a esta característica, permiten además reconocer formas en los objetos que se está manipulando. Este tipo de dispositivos suelen montarse en las pinzas de los brazos de robot.


Cada uno de los sensores de fuerza que componen la matriz suele ser una almohadilla elastomérica, que cuando se comprime cambia su resistencia eléctrica de manera proporcional a la fuerza aplicada. Midiendo esa resistencia es cuando podemos obtener la información acerca de la fuerza. La resolución de este tipo de sensores vendrá dada lógicamente por las dimensiones de la matriz de sensores.

Un factor muy importante y que puede resultar un problema al diseñar este tipo de sensores es el grado de desgaste de la superficie de contacto.

Sensores blindados y sin blindaje

Sensores blindados.- Incluyen una banda de metal que rodea al núcleo de ferrita y a la bobina. Esto ayuda a dirigir el campo electromagnético a la parte frontal del sensor.

Sensor blindado.

Sensores sin blindaje.- No tienen banda metálica; no obstante, cuentan con una distancia de operación mayor y tienen la capacidad de sensar lateralmente.

Sensor sin blindaje.

Consideraciones sobre el rango de sensado (distancia operativa)

La distancia operativa (S) es básicamente una función del diámetro de la bobina del sensor. Se alcanza la distancia máxima con el uso de una pieza estándar. Al usar un sensor de proximidad, la pieza a sensar debe estar dentro del rango asegurado.

Ø Pieza estándar: Se utiliza una pieza cuadrada de 1mm de espesor (de acero templado) para determinar las siguientes tolerancias operativas: La longitud y ancho del cuadrado es igual a, ya sea el diámetro del círculo circunscrito en la cara de sensado (en la superficie activa), o bien, 3 veces la distancia de operación estimada (Sn), el que resulte más grande.

Ø Distancia operativa (S).

Ø Distancia operativa estimada (Sn): No considera variaciones debidas al voltaje o a la temperatura.

Ø Distancia operativa efectiva (Sr): 0.9 Sn < Sr < 1.1 Sn

Ø Distancia operativa utilizable (Su): 0.81 Sn < Sr < 1.21 Sn

Ø Rango de operación asegurado (Sa): 0 < Sa < 0.81 Sn

Sensores de proximidad

Son dispositivos que detectan señales para actuar en un determinado proceso u operación, teniendo las siguientes características:

v Son dispositivos que actúan por inducción al acercarles un objeto.

v No requieren contacto directo con el material a sensar.

v Son los más comunes y utilizados en la industria

v Se encuentran encapsulados en plástico para proveer una mayor facilidad de montaje y protección ante posibles golpees

APLICACIONES:

Control de cintas transportadoras,

Control de alta velocidad

Detección de movimiento

Conteo de piezas,

Sensado de aberturas en sistemas de seguridad y alarma

Sistemas de control como finales de carrera. (PLC´s)

Sensor óptico.

Características.

Son de confección pequeña, pero robustos

• Mayor distancia de operación.

• Detectan cualquier material.

• Larga vida útil

  • Sistema de protección tipo barrera en rejillas de acceso en una prensa hidráulica, donde la seguridad del operario es una prioridad.

 

  • Detección de piezas que viajan a muy alta velocidad en una línea de producción (industria electrónica o embotelladoras).

 

  • Detección de piezas en el interior de pinzas, en este caso el sensor esta constituido por un emisor y un receptor de infrarrojos ubicados uno frente a otro, de tal forma que la interrupción de la señal emitida, es un indicador de la presencia de un objeto en el interior de las pinzas.

Sensores inductivos

Consiste en un dispositivo conformado por:

Una bobina y un núcleo de ferrita.

Un oscilador.

Un circuito detector (etapa de conmutación)

Una salida de estado sólido.

El oscilador crea un campo de alta frecuencia de oscilación por el efecto electromagnético producido por la bobina en la parte frontal del sensor centrado con respecto al eje de la bobina. Así, el oscilador consume una corriente conocida. El núcleo de ferrita concentra y dirige el campo electromagnético en la parte frontal, convirtiéndose en la superficie activa del sensor.

Cuando un objeto metálico interactúa con el campo de alta frecuencia, se inducen corrientes EDDY en la superficie activa. Esto genera una disminución de las líneas de fuerza en el circuito oscilador y, en consecuencia, desciende la amplitud de oscilación. El circuito detector reconoce un cambio específico en la amplitud y genera una señal, la cual cambia (pilotea) la salida de estado sólido a “ON” u “OFF”. Cuando se retira el objeto metálico del área de senado, el oscilador genera el campo, permitiendo al sensor regresar a su estado normal.

Sensor capacitivo

Un sensor capacitivo es adecuado para el caso de querer detectar un objeto no metálico. Para objetos metálicos es más adecuado escoger un sensor inductivo.

Para distancias superiores a los 40 mm es totalmente inadecuado el uso de este tipo de sensores, siendo preferible una detección con sensores ópticos o de barrera.

Los sensores capacitivos funcionan de manera similar a un capacitor simple.

La lámina de metal [1] en el extremo del sensor esta conectado eléctricamente a un oscilador [2].

El objeto que se detecta funciona como una segunda lámina. Cuando se aplica energía al sensor el oscilador percibe la capacitancia externa entre el objetivo y la lámina interna.

Los sensores capacitivos funcionan de manera opuesta a los inductivos, a medida que el objetivo se acerca al sensor capacitivo las oscilaciones aumentan hasta llegar a un nivel limite lo que activa el circuito disparador [3] que a su vez cambia el estado del switch [4].

Aplicaciones típicas

Detección de prácticamente cualquier material

Control y verificación de nivel, depósitos, tanques, cubetas

Medida de distancia

Control del bucle de entrada-salida de máquinas

Control de tensado-destensado, dilatación

Sensores Ultrasónicos

Existe una línea versátil de sensores que incluyen 30 mm de laminilla metal y albergues plásticos en dos estilos de albergue rectangulares

Es estrecho análogo y con rendimientos a dispositivos discretos extensamente, sensor múltiple de posicionamiento sensando los rasgos ambientales del entorno del robot.

Los Blancos transparentes

Los sensores ultrasónicos son la mejor opción para los blancos transparentes. Ellos pueden descubrir una hoja de película de plástico transparente tan fácilmente como una paleta de madera.

Los Ambientes polvorientos

Los sensores ultrasónicos no necesitan el ambiente limpio, necesitado por los sensores fotoeléctricos. El transductor piezoeléctrico sellado de resina opera bien en muchas aplicaciones polvorientas.

Los blancos Desiguales

Muchas aplicaciones, como el descubrimiento de nivelado inclinado o los materiales desiguales. Éste no es ningún problema para el sensor ultrasónico. Este sensor ofrece 60° de ángulo de cono sónico. El ángulo del cono ancho permite una inclinación designada de +-15°.

Velocidad de mando con el Rendimiento Analógico.

El rasgo importante es directamente la corriente analógica y el voltaje proporcional a la distancia designada. El rendimiento analógico para la industria del tejido que procesa las aplicaciones como la tensión de la vuelta y diámetro del rollo de alfombra, papel, textil o plástico.

La circuitería de supresión de ruido.

Los sensores ultrasónicos no se afecta su señal por vidrio o metal, ni vibraciones generadas por motores, inducidas a través de la línea.

Operando en ambientes difíciles.

Los sensores sellados, soportan temperaturas de -25° a 70°C (-13° a 158°F) por lo cual se tiene un sensor listo para aplicaciones exigentes.

Supresión de blancos en el fondo y en el primer plano.

Los sensores ultrasónicos están provistos con un potenciómetro para ajustar el límite lejano de la ventana de calibración, la mayoría de las versiones también ofrecen un segundo el potenciómetro para ajustar el límite cercano. Esto permite supresión de blancos en el fondo y primer plano.

Los Indicadores.

Todos los sensores ultrasónicos tienen LEDs que indican el estado del rendimiento. También se indica la presencia designada en el cono sónico.

Aplicaciones típicas

Ø Control y verificación de nivel, depósitos, tanques

Ø Medida de distancia

Ø Control del bucle de entrada-salida de máquinas

Ø Control de tensado-destensado

Bibliografía

Técnicas de Automatización Industrial.

José J. Horta Santos.

Edit. Limusa

México, 1982.

47-102 pp.

 

Robótica: Una introducción

Mc Cloy

1ª. Edición.

Edit. Limusa

México, 1993

22-27 pp.

 

www.yahoo.comwww.google.com
www.sensors.com
www.monografias.com
www.upiicsa.ipn.mx

 

Lecturas recomendadas

 

Introduction to Control System Technology (7th Edition),

Robert N., P.E. Bateson, Robert N. Bateson,

Prentice Hall; 7th edition,

706 Pp.

 

Conclusiones

 

Los sensores permiten al robot reaccionar de manera autónoma ante la presencia de fallas, antes de que se produzca un eventual bloqueo general del sistema o la ejecución de tareas inconsistentes según la planeación realizada. También ofrecen la posibilidad de emplear el manipulador robot para desarrollar tareas bajo condiciones parcialmente predeterminadas, en las que la capacidad de decisión del mismo, sustituye la rigurosa programación de cada uno de sus movimientos.

 

Sin importar el tipo de sensor, la parte fundamental para su selección es atender minuciosamente a la aplicación, ya que de ésta depende en gran medida su correcta selección. El medio ambiente es otra variable importante, ya que puede entorpecer en cierto rango el medio de sensado, además de los problemas de operación del mismo. Es importante atender las recomendaciones de uso y aplicación del fabricante, en particular por el hecho de que algunos sensores son de precio elevado y un error en su instalación o manejo puede ocasionar una inversión adicional al volverlos a comprar.

Sin lugar a dudas, el empleo de los sensores y transductores, nos permiten mejoras en algún proceso que se esté llevando a cabo, traducidas en: exactitud, seguridad, disminución de tiempos, pocas fallas, etc.

 

Así, en el presente trabajo se dieron a conocer los diferentes tipos de sensores que existen, así como sus características dependiendo de cada fabricante.

 

En algunos sensores la generación de una señal está determinada por el tipo de material que se maneje y la distancia, de igual forma pueden intervenir otros factores, tales como el color o la forma. Para un sensor capacitivo, las distancias para detectar un material metálico, suelen ser muy pequeñas, para el caso de materiales no metálicos, no es posible su detección.

 

Por otra parte, para un sensor capacitivo, las distancias de detección son más grandes que el sensor inductivo, adicionándole a esto la capacidad de detectar materiales de todo tipo.

 

Con referencia a un sensor óptico, se tiene que detecta a distancias mucho mayores que el sensor anterior y de igual forma detecta diversos tipos de materiales metálicos y no metálicos.

 

Como ya señalamos en la introducción, los sensores externos son los elementos que permiten al robot interactuar con su ambiente de una manera flexible. Aunque michos de los robots actuales ( sobre todo los de las industrias) trabajan de una forma preprogramada, el uso de los sensores externos como apoyo en la ejecución de tareas es cada día más amplio. Los sensores externos dan al robot mayor independencia del entorno concreto en el que se mueven, lo que se traduce en un mayor grado de "inteligencia". Dentro de este capítulo podemos encontrar infinidad de sensores difrente; en realidad, tantos como variables externas se puedan enumerar. Hay sensores para la temperatura, para la luminancia, el sonido, la humedad, presión ...
Sin embargo, en este apartado nos vamos a centrar en tres tipos de sensores externos que suelen ser utilizados por los robots de forma general, para gran diversidad de tareas. Estso son los senosres táctiles, los de proximidad o presencia y los de alcance.

 

'Tipos de sensores'

Los sensores táctiles son dispositivos que indican el contacto de algún objeto sólido con ellos mismos. Suelen ser empleados en los extremos de los brazos de robot (pinzas) para controlar la manipulación de objetos. A su vez se pueden dividir en dos tipos: de contacto y de fuerza. Pasamos a continuación a hablar de cada uno de los dos tipos.

Sensores de Contacto.

Los sensores de contacto nos indican simplemente si ha habido contacto o no con algún objeto, sin considerar la magnitud de la fuerza de contacto. Suelen ser dispositivos sencillos cuyo uso es muy variado. Se pueden situar en las pinzas de los brazos de robot para determinar cuando se ha cogido un objeto, pueden formar partre de sondas de inspección para determinar dimensiones de objetos, o incluso pueden situarse en el exterior de las pinzas para ir tanteando un entorno.
Estos sensores suelen ser interruptores de límite o microinterruptores, que son sencillos dispositivos eléctricos que cuando se contacta con ellos cambian de estado.

Sensores de fuerza.

Los sensores de fuerza determinan ,además de si ha habido contacto con un objeto como los anteriores, la magnitud de la fuerza con la que se ha producido dicho contacto. Esta cpacidad es muy útil ya que permitirá al robot poder manipular objetos de diferentes tamaños e incluso colocarlos en lugares muy precisos.
Para detectar la fuerza con la que se ha contactado con un objeto existen diversas técnicas; acontinuación pasamos a describir brevemente tres de las mas importantes:

  • Muñeca detectora de fuerza.

    Consta de un célula de carga que se situa entre la muñeca y las pinzas del brazo. Su objetivo es proporcionar información sobre las tres componentes de la fuerza (Fx,Fy,Fz) y sobre sus tres momentos en el extremo del brazo. En la figura se puede observar una posible configuración de un dispositivo de detección utilizando muñecas detectoras.
    Este sistema para medir fuerzas tiene una serie de inconvenientes. Por un lado, los cálculos necesarios para procesar la información que proviene de las muñecas son bastante complejos y requieren un tiempo considerable. Además, cuando la velocidad con la que se mueve el brazo es considerable, resulta díficil poder controlar sus movimientos lo suficientemente rápido como para que no provoque ninguna catastrofe (como el aplastamiento de algún objeto).

  • Detección de artículaciones.

    Esta técnica se basa en la medida del par de torsión de la articulación. La medida de este par puede resultar sencilla, ya que es proporcional a la corriente que circula por el motor que provoca dicha torsión.
    A pesar de que está técnica pueda parecer sencilla y fiable, tiene un problema importante. La medida del par de torsión se realiza sobre las articulaciones del brazo y no sobre el efector final (la pinza) como sería deseable, por lo que dicha torsión no solo refleja la fuerza que se ejercerá en la pinza, sino también la fuerza utilizada para mover la artículación.

  • Sensores de array táctil.

    Es un tipo especial de sensores de fuerza ya que en realidad está constituido por una matriz de pequeños sensores de uerza. Debido a esta característica, permiten además reconocer formas en los objetos que se está manipulando. Este tipo de dispositivos suelen montarse en las pinzas de los brazos de robot.
    Cada uno de los sensores de fuerza que componen la matriz suele ser una almohadilla elastomérica, que cuando se comprime cambia su resistencia eléctrica de manera proporcional a la fuerza aplicada. Midiendo esa resistencia es cuando podemos obtener la información aceca de la fuerza. La resolución de este tipo de sensores vendrá dada lógicamente por las dimensiones de la matriz de sensores.
    Podemos apreciar en la figura un ejemplo de su utilización, en el proceso de introducción de un objeto en un agujero. En un momento concreto, el robot puede conocer la posición en la que se encuentra el objeto gracias a la información de los arrays táctiles, como se puede ver en los dos patrones.
    Un factor muy importante y que puede resultar un problema al diseñar este tipo de sensores es el grado de desgaste de la superficie de conatcto.

 

 

'Tipos de sensores'

Los sensores de presencia tienen como finalidad determinar la presencia de un objeto en un intervalo de distancia especificado. Este tipo de sensores se pueden utilizar en relación con la forma de agarrar o evitar un objeto. Se suelen basar en el cambio provocado en alguna característica del sensor debido a la proximidad del objeto.
A continuación pasamos a describir algunos de los tipos más importantes de sensores de presencia.

  • Sensores Inductivos

    Este tipo de sensores se basan en el cambio de inductancia que provoca un objeto metálico en un campo magnético.
    Los senosres de este tipo constan básicamente de una bobina y de un imán. Cuando un objeto ferromagnético penetra o abandona el campo del imán el cambio que se produce en dicho campo induce una corriente en la bobina; el funcionamiento es sencillo: si se detecta una corriente en la bobina, algún objeto ferromagnético a entrado en el campo del imán.
    Como podemos deducir rápidamente, el gran inconveniente de este tipo de sensores es la limitación a objetos ferromagnéticos, aunque en aplicaciones industriales son bastante habituales.

  • Sensores de efecto Hall




    El efecto Hall relaciona la tensión entre dos puntos de un material conductor o semiconductor con un campo mágnetico atraves del material. Este tipo de sensores suelen constar de ese elemento conductor o semiconductor y de un imán. Cuando un objeto (ferromagnético) se aproxima al sensor, el campo provocado por el imán en el elemento se debilita. Así se puede determinar la proximidad de un objeto aunque, como en el caso anterior, sólo si es ferromagnético.



  • Sensores Capacitivos

    Como su nombre indica, están basados en la detección de un cambio en la capacidad del sensor provocado por una superficie próxima a éste. Constan de dos elementos principales; por un lado está el elemento cuya capacidad se altera (que suele ser un condensador formado por electrodos) y por otra parte el dispositivo que detecta el cambio de capacidad ( un circuito electrónico conectado al condensador).
    Este tipo de sensores tienen la ventaja de que detectan la proximidad de objetos de cualquier naturaleza; sin embargo, hay que destacar que la sensibilidad disminuye bastante cuando la distancia es superior a algunos milimetros. Además, es muy dependiente del tipo de material. Por ejemplo, a una distancia de 5 mm, la medida del cambio de capacidad es el doble más precisa si el elemento que se aproxima es Hierro que si es PVC.

  • Sensores Ultrasónicos

    El funcionamiento de estos sensores es bastante simple. Su elemento principal es un transductor electroacústico. Este elemento, en primer lugar, emite unas ondas ultrasonicas; acontinuación pasa a modo de espera, en el que, durante un cierto tiempo, espera la vuelta de las ondas reflejadas en elgún objeto. Si las ondas llegan, quiere decir que hay algún objeto en las proximidades.
    Dependiendo del tiempo de conmutación del transductor ( el tiempo que está esperando) se detectará un grado de proximidad u otro. Este tipo de sensores son más independientes del tipo de material que los anteriores y permiten deteción de proximidad a mayores distancias.

  • Sensores Ópticos

    Este tipo de sensores son muy parecidos a los anteriores. En estos, las señales que se transmiten y detectan son luminosas. En los sensores ópticos el emisor y el receptor suelen ser elementos separados. El primero suele ser un diodo emisor de luz (LED) y el receptor un fotodiodo.

 

'Tipos de sensores'

Los sensores de alcance miden la distancia desde un punto de referencia ( que suele estar en el propio sensor) hasta objetos que están dentro de un determinado campo de referencia. La detección de alcance se suele usar para la evitación de obstaculos en la navegación de robots móviles.
A continuación examinaremos varias técnicas de detección de alcance.

  • Triangulación

    Este es uno de los métodos más sencillos para medir el alcance. El sensor dispone de un emisor y un detector de luz. Un objeto se ilumina por un haz estrecho de luz que barre toda la superficie. Cuando el detector detecta luz en la superficie del objeto se puede calcular la distancia de la parte iluminadaddel objeto al detector con una sencilla relación trigonométrica ( suponiendo que conocemos la distancia del emisor al detector y el ángulo con el que la luz incide en el objeto).

  • Iluminación Estructural

    Este método se basa en la proyección de una configuración de luz sobre un conjunto de objetos, y en la utilización de la distorsión de la luz para determinar el alcance a los diferentes objetos. La configuración de luz que suele transmitirse es de forma cilíndrica. Una cámara de TV capta la distorsión que se produce en la luz ya apartir del tratamiento de las imagenes de la cámara se puede determinar la distancia del emisor de la luz a los objetos.
    El inconveniente principal de este método es que precisa de un tratamiento más o menos complejo de información ( el de las imagenes) que ha de ser realizado por un ordenador.

  • Tiempo de Vuelo

    En este tipo de sensores la estimación de la distancia a un objeto se basa en el tiempo transcurrido entre la emisión y recepción de un impulso sónico o luminoso( análogamente al sistema usado por los murciélagos). Este concepto es muy general, por lo que dentro de este tipo vamos a estudiar tres métodos diferentes.
    El primero de ellos utiliza láser para determinar esa distancia. Se basa en la medida del tiempo que tarda en en regresar de forma coaxial ( por la misma trayectoria) un pulso de luz emitido. La distancia se podrá calcular dividiendo ese tiempo por dos y multiplicando por la velocidad de la luz. Este tipo de sistemas pueden tener un alcance de hasta 4 metros y manejar una precisión de 0,25 cm.
    El siguiente método basado en el tiempo de vuelo también utiliza láser. A diferencia del método anterior se emplea un haz continuo y lo que se mide es el retardo ( desplazamiento en fase) entre los haces saliente y entrante.
    Por último, también podemos medir el tiempo de vuelo de ondas ultrasónicas. Como en los casos anteriores, apartir del tiempo que tarda la onda en regresar podemos calcular fácilmente la distancia al objeto que la ha reflejado. En este caso habremos de conocer la velocidad del sonido para el medio en el que se esté desarrollando la tarea (normalmente el aire). Sin embargo, este tipo de sensores pueden inducir a errores en situaciones concretas (como objetos puntiagudos o con entrantes) debido a las reflexiones de las ondas ultrasónicas.

 

 

Tipo 1: Sensores ópticos

Los sensores biométricos ópticos se basan en una extracción de puntos de la imagen que se genera de la huella dactilar. Es el método de identificación biométrica más común, por su coste y su facilidad de uso. Por su gran resistencia suelen emplearse en cerraduras, control de accesos o control de presencia.

Tipo 2: Sensores capacitivos

Este tipo de sensor genera una imagen de las crestas y valles de la huella en la superficie de un circuito integrado de silicona. Estos sensores pueden ser de un tamaño muy pequeño. Usados en control de horarios, portátiles...

Tipo 3: Sensores térmicos

En el sensor de huella digital térmico hay que arrastrar el dedo por el sensor . Durante este movimiento del dedo el sensor biométrico mide la temperatura diferencial entre las crestas papilares y el aire retenido en los surcos. Se realizan tomas sucesivas de la huella y el software reconstruye su imagen

Tipo 4: Sensores de huella dactilar de campo eléctrico

En este tipo de sensores se origina un campo entre el dedo y el semiconductor adyacente que simula la forma de los surcos y crestas de la superficie epidérmica. Se utiliza un amplificador under-pixel para medir la señal.

No existe un sensor biométrico mejor que otro, cada uno tiene sus puntos fuertes y sus puntos débiles, depende mucho de la aplicación en la que se integren y de los resultados que se quieran obtener para elegir el sensor.

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La clave de la adaptación de los robots a un entorno cambiante está en la utilización de captadores en su misma estructura que a su vez son los que conforman su sistema sensorial.

Desde los comienzos de la robótica, los robots han ido evolucionando en su nivel de complejidad. Esta evolución en la construcción de los robots, es consecuencia directa de la necesidad cada vez mayor de adaptar uno de estos mecanismos a la realización de diversas tareas, siendo éstas cada vez más complejas. Así, los robots han pasado de realizar tareas repetitivas y sencillas a realizar funciones cada vez más complejas, donde los procesos no pueden ser repetitivos porque se encuentran sujetos a variaciones externas.

Por tanto, la evolución de la robótica está sujeta al desarrollo de nuevos captadores capaces de medir magnitudes que hasta ahora no somos capaces de cuantificar, y en la mejora de los sensores, siendo éstos cada vez más precisos en sus medidas. Por ello, la investigación en el campo del desarrollo de sensores, es de vital importancia en el mundo de la robótica.

¿QUÉ ES UN SENSOR O CAPTADOR ?

Un sensor o captador, es un dispositivo diseñado para recibir información de una magnitud del exterior y transformarla en otra magnitud, normalmente eléctrica, que seamos capaces de cuantificar y manipular.

Normalmente estos dispositivos se encuentran realizados mediante la utilización de componentes pasivos (resistencias variables, PTC, NTC , LDR etc.. todos aquellos componentes que varían su magnitud en función de alguna variable ), y la utilización de componentes activos.

En robótica, podemos diferenciar claramente tres grupos de sensores:

*-Sensores de posición: entre los que encontramos los captadores fotoeléctricos, captadores magnéticos, cámaras de vídeo etc...

*-Adaptadores de esfuerzos: éstos se encargan de medir la fuerza que se aplica a un objeto, o medir los pares etc..

*-Sensores de desplazamiento:se encargan de cuantificar los desplazamientos de objetos, la velocidad y aceleración de los mismos.

DESCRIPCIÓN DE ALGUNOS SENSORES

Algunos tipos de sensores utilizados en robótica y pertenecientes a cada grupo antes mencionado son:

*-Sensores de posición: su función es medir o detectar la posición de un determinado objeto en el espacio, dentro de este grupo, podemos encontrar los siguientes tipos de captadores:

-- Los captadores fotoeléctricos: la construcción de este tipo de sensores, se encuentra basada en el empleo de una fuente de señal luminosa (lámparas, diodos LED, diodos láser etc..) y una célula receptora de dicha señal, como pueden ser fotodiodos , fototransistores o LDR etc.

Este tipo de sensores, se encuentra basado en la emisión de luz , y en la detección de esta emisión realizada por los fotodetectores.

Según la forma en que se produzca esta emisión y detección de luz, podemos dividir este tipo de captadores en: captadores por barrera, o captadores por reflexión.

-- Captadores por barrera: detectan la existencia de un objeto, porque interfiere la recepción de la señal luminosa.

-- Captadores por reflexión: la señal luminosa es reflejada por el objeto, y esta luz reflejada es captada por el captador fotoeléctrico, lo que indica al sistema la presencia de un objeto.

*-Sensores de contacto: estos dispositivos, son los más simples, ya que son interruptores que se activan o desactivan si se encuentran en contacto con un objeto, por lo que de esta manera se reconoce la presencia de un objeto en un determinado lugar.

Su simplicidad de construcción añadido a su robustez, los hacen muy empleados en robótica.

-- Captadores de circuitos oscilantes: este tipo de captadores, se encuentran basados en la existencia de un circuito en el mismo que genera una determinada oscilación a una frecuencia prefijada, cuando en el campo de detección del sensor no existe ningún objeto, el circuito mantiene su oscilación de un manera fija, pero cuando un objeto se encuentra dentro de la zona de detección del mismo, la oscilación deja de producirse , por lo que el objeto es detectado. Estos tipos de sensores son muy utilizados como detectores de presencia, ya que al no tener partes mecánicas, su robustez al mismo tiempo que su vida útil es elevada.

*-Sensores por ultrasonidos: este tipo de sensores, se basa en el mismo funcionamiento que los de tipo fotoeléctrico, ya que se emite una señal, esta vez de tipo ultrasónica, y esta señal es recibida por un receptor. De la misma manera, dependiendo del camino que realice la señal emitida podremos diferenciarlos entre los que son de barrera o los de reflexión.

-- Captadores de esfuerzos: este tipo de captadores, se encuentran basados en su mayor parte en el empleo de galgas extensométrica, 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.

*-Sensores de Movimientos: este tipo de sensores es uno de los más importantes en robótica, ya que nos da información sobre las evoluciones de las distintas partes que forman el robot, y de esta manera podemos controlar con un grado de precisión elevada la evolución del robot en su entorno de trabajo.

Dentro de este tipo de sensores podemos encontrar los siguientes:

- Sensores de deslizamiento:

Este tipo de sensores se utiliza para indicar al robot con que fuerza ha de levantar un objeto para que éste no se rompa al aplicarle una fuerza excesiva, o por el contrario que no se caiga de las pinzas del robot por no sujetarlo debidamente. Su funcionamiento general es simple, ya que este tipo de sensores se encuentran instalados en el órgano aprehensor (pinzas). Cuando el robot decide levantar el objeto, las pinzas lo agarran con una determinada fuerza y lo intentan levantar, si se produce un pequeño deslizamiento del objeto entre las pinzas, inmediatamente es incrementada la presión le las pinzas sobre el objeto, y esta operación se repite hasta que el deslizamiento del objeto se ha eliminado gracias a aplicar la fuerza de agarre suficiente.

- Sensores de Velocidad:

Estos sensores pueden detectar la velocidad de un objeto tanto sea lineal como angular, pero la aplicación más conocida de este tipo de sensores es la medición de la velocidad angular de los motores que mueven las distintas partes del robot. La forma más popular de conocer la velocidad del giro de un motor, es utilizar para ello una dinamo tacométrica acoplada al eje del que queremos saber su velocidad angular, ya que este dispositivo nos genera un nivel determinado de tensión continua en función de la velocidad de giro de su eje, pues si conocemos a que valor de tensión corresponde una determinada velocidad, podremos averiguar de forma muy fiable a qué velocidad gira un motor. De todas maneras, este tipo de sensores al ser mecánicos se deterioran, y pueden generar errores en las medidas.

Existen también otros tipos de sensores para controlar la velocidad, basados en el corte de un haz luminoso a través de un disco perforado sujetado al eje del motor, dependiendo de la frecuencia con la que el disco corte el haz luminoso indicará la velocidad del motor.

- Sensores de Aceleración:

Este tipo de sensores es muy importante, ya que la información de la aceleración sufrida por un objeto o parte de un robot es de vital importancia porque si se produce una aceleración en un objeto, este experimenta una fuerza que tiende a hacer poner el objeto en movimiento.

Supongamos el caso en que un brazo robot industrial sujeta con una determinada presión un objeto en su órgano terminal. Si al producirse un giro del mismo sobre su base a una determinada velocidad, se provoca una aceleración en todo el brazo, y en especial sobre su órgano terminal. Si esta aceleración provoca una fuerza en determinado sentido sobre el objeto que sujeta el robot y esta fuerza no se ve contrarrestada por otra, se corre el riesgo de que el objeto salga despedido del órgano aprehensor con una trayectoria determinada, por lo que el control en cada momento de las aceleraciones a que se encuentran sometidas determinadas partes del robot son muy importantes.

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Una nariz electrónica es un sistema electrónico con capacidad analítica cuya finalidad es detectar los compuestos orgánicos volátiles (VOCs) que forman parte una muestra olorosa pudiendo de esa forma reconocerla o discriminarla dentro de un conjunto de sustancias olorosas. Estos sistemas imitan de una manera extremadamente simplificada el principio del sistema olfativo de los mamíferos.

Diagrama de bloques de una nariz electrónica genérica (se da una descripción detallada de cada bloque en el artículo)Una nariz electrónica genérica está formada fundamentalmente por 4 bloques bien definidos desde un punto de vista funcional:

Un bloque de transducción cuyo elemento fundamental es un array de sensores químicos o de gas. Este array suele estar formado por un número determinado de sensores. El número de sensores en el array así como la tecnología empleada para implementar los sensores influye de forma importante en las prestaciones de la aplicación. En secciones posteriores se describirá tanto la tecnología como el funcionamiento de estos sensores.

Un segundo bloque de adquisición de señal y conversión a un formato digital apropiado en la que se incluye circuitería de adquisición de datos, fundamentalmente un conversor analógico-digital, así como componentes electrónicos para el acondicionamiento de la señal analógica entregada por el array, los cuales pueden ser desde un amplificador operacional hasta un simple condensador,...

Otro bloque de procesado, encuadrándose normalmente dicho procesado dentro del ámbito del Aprendizaje Automático.

Y un cuarto bloque de presentación de resultados, esta parte en su versión más básica podría estar formada por una sencilla pantalla LCD.

En la parte de transducción el elemento fundamental es un array de sensores químicos. Estos sensores generalmente son no específicos y reaccionan ante un espectro relativamente grande de compuestos (es decir, no han sido diseñados para reconocer ningún compuesto concreto sino, por el contrario, cuanto mayor sea el número de compuestos ante los que pueden reaccionar teóricamente mayor es el número de ámbitos de aplicación). La circuitería de adquisición y acondicionamiento de señal es totalmente estándar comprendiendo desde el ya mencionado conversor analógico-digital hasta amplificadores operacionales pasando obviamente por elementos circuitales pasivos. La única característica específica de la aplicación que deberían tener dichos elementos circuitales es que sean de bajo ruido dado que las señales inducidas por algunos compuestos pueden ser extremadamente débiles.

Las técnicas empleadas en la parte de procesado pertenecen como se comentó anteriormente al ámbito del Aprendizaje Automático pero adaptadas a las señales entregadas por los sensores químicos. Dicho conjunto de técnicas son conocidas con el nombre de Aprendizaje Olfativo Automático (esta acepción proviene del término en lengua inglesa, Machine Olfaction). Los aspectos diferenciales entre las señales entregadas por los sensores y otros tipos de señales sobre los que también se empleen técnicas de Aprendizaje Automático, como señales de voz, de audio o señales de control, serán expuestos a continuación.

Hay que decir que también existen dispositivos que basan su procesado en técnicas propias de la cromatografía de gases.

[editar] Sensores químicos o de gas

La función de estos sensores es dar lugar a una magnitud física (conductancia, resistencia,...) la cual pueda ser capturada por el hardware de adquisición. Dicha magnitud debería reflejar en menor o mayor la exposición de los sensores a la muestra olorosa.

La magnitud utilizada para „tomar la huella“ (de hecho el término en inglés fingerprint es ampliamente utilizado en este campo) de la muestra olorosa bajo test depende casi exclusivamente del tipo de sensor químico empleado en la aplicación.

El funcionamiento de estos sensores es básicamente el siguiente: tras ser expuestos los sensores a un determinado gas o mezcla de ellos la magnitud física antes mencionada se ve alterada en una manera teóricamente diferente según la sustancia a la que se expone. En el caso más simplificado en el que sólo se emplee un sensor, éste debería sufrir una variación de magnitud tal que ésta fuese característica de la sustancia a la que se expone.

A continuación se describirán los principales tipos de sensores químicos utilizados en estos dispositivos.

[editar] Tipos de sensores químicos

Los tipos de sensores más ampliamente utilizados son cuatro: basados en semiconductor de óxido metálico (Metal-Oxide Semiconductor), basados en onda acústica de superficie (Surface Acoustic Wave, SAW), ópticos, basados en fotoionización y los basados en resistencia (Chemiresistors).

basados en semiconductor de óxido metálico, estos sensores están formados por una fina lámina de semiconductor de cierto óxido metálico. Tras la exposición tiene lugar un cambio en la conductancia del material y esto es el lo que se utiliza para caracterizar la sustancia olorosa. Estos sensores son comercialmente accesibles y tienen buena sensibilidad pero para su correcto funcionamiento deben operar a temperaturas entre 100ºC y 600ºC lo cual hace que consuman más potencia que aquellos que pueden funcionar a temperatura ambiente siendo difícilmente adaptables a dispositivos portátiles por razones obvias.

basados en onda acústica de superficie, estos sensores hacen uso de las ondas acústicas conocidas como ondas Rayleigh en honor de su descubridor. El funcionamiento es el siguiente: estos sensores están formados por un material piezoeléctrico (normalmente un cuarzo) el cual se recubre con una delgada capa de un material (en la mayoría de los casos se usa un polímero) que reacciona en contacto con ciertos gases, dicha estructura es excitada mediante señales de radiofrecuencia las cuales varían su frecuencia inicial de excitación tras la aparición de las mencionadas ondas de superficie las cuales se inducen en la estructura cuando ésta entra en contacto con la sustancia olorosa objetivo. Las ventajas de este tipo de sensores son su alta sensibilidad y que pueden ser producidos en masa con alta reproducibilidad (es decir, se puede fabricar una cantidad elevada de los mismos y su comportamiento es parecido con cierta tolerancia). Sin embargo, dado que han de excitarse con radiofrecuencia el aumento de la miniaturización puede ser un problema a la hora de aplicar dicha excitación. Sensores de temperatura

Allí donde es necesario medir temperaturas, Lund & Sorensen ha adquirido una considerable experiencia gracias a numerosos proyectos en muchas áreas distintas. Proporcionamos sensores de temperatura para utilizar en entornos como aire, gas, agua y lubricantes.

Así pues, ponerse en contacto con Lund & Sorensen puede

suponer una gran ventaja si la medición de temperaturas forma parte de su trabajo, en especial si se trata de zonas en las que no ha efectuado este tipo de mediciones con

anterioridad.

Podrá beneficiarse del amplio conocimiento de Lund & Sorensen en lo que a sensores y su utilización se refiere, sin olvidar que dispondrá de nuestra asistencia profesional en la elección del mejor diseño posible.

Lund & Sorensen proporciona los siguientes tipos de sensores de temperatura:

• Detectores termométricos de resistencia (DTR)

• Termistores

• Termopares (TP)

• Sensores de cable tanto TP como DTR

Los sensores de temperatura

de Lund & Sorensen se utilizan en:

• Maquinaria de moldeo de plástico

• Industria marítima

• Industria de fabricación de maquinaria

• Baños químicos

• Sistemas de refrigeración y aire acondicionado

• Industria farmacéutica y alimentaria

• Motores navales

• Incineradores de residuos

• ETC

Un robot se puede definir como un sistema eléctro-mecánico e informático que interactua con el medio. Los robots tal y como los concebimos actualmente, necesitan relacionarse con su alrededor para poder llevar a cabo sus actividades.
La actividad global de cualquier robot se puede entender como la sucesión de las siguientes cinco fases o actividades:

  • Medida

  • Modelaje

  • Percepción

  • Planificación

  • Acción

Las tres primeras actividades están encaminadas a que el robot pueda percibir lo que esta pasando en su entorno. La planificación consiste en, apartir de la información percibida, tomar las decisiones oportunas para desarrollar su actividad. Por último, la acción consiste en la ejecución de las tareas planificadas en la fase anterior.
Para un informático, la fase que puede resultar más atractiva es la de la planificación, ya que es en la que se concentra la mayor parte de la actividad "intelegente" del robot. Sin embargo, un robot no podría hacer nada sino pudiera "medir" de alguna forma lo que le interesa del medio en el que se dearrolla su actividad. Para poder realizar esta primera ( y fundamental ) fase, los robots diponen de unos dispositivos llamados SENSORES.
Los sensores cumplen la misma función en los robots que los órganos sensoriales en la mayoría de los seres vivos. Sin ellos los robots no podrían localizar objetos para poder cogerlos, evitar obstáculos para no chocarse, comprobar el correcto funcionamiento de una actividad, ... Además, los sensores ayudan al robot a conocer sus parámetros internos, tales como la posicón, la velocidad, ...

Los sensores son en realidad unos elementos físicos que pertenecen a un tipo de dispositivo llamado transductor. Los transductores son unos elementos capaces de transformar una variable física en otra diferente. Los sensores son un tipo concreto de transductores que se caracterizan porque son usados para medir la variable transformada. La magnitud física que suele ser empleada por los sensores como resultado suele ser la tensión electrica, debido a la facilidad del trabajo con ella.
Desde el punto de vista de la forma de la variable de salida, podemos clasificar los sensores en dos grupos: analógicos, en los que la señal de salida es una señal continua, analógica; y digitales, que transforman la variable medida en una señal digital, a modo de pulsos o bits. En la actualidad los sensores más empleados son los digitales, debido sobre todo a la compatibilidad de su uso con los ordenadores.

'Tipos de sensores'

 

A los sensores, se les debe exigir una serie de características, que pasamos ahora a enumerar y comentar:

  • Exactitud. Hace referencia a que se debe poder detectar el valor verdadero de la variable sin errorres sistemáticos. Sobre varias mediciones, la media de los errores cometidos debe tender a cero.

  • Precisión. Una medida será más precisa que otra si los posibles errores aleatorios en la medición son menores. Debemos procurar la máxima precisión posible.

  • Rango de funcionamiento. El sensor de be tener un amplio rango de funcionamiento, es decir, debe ser capaz de medir de manera exacta y precisa un amplio abanico de valores de la magnitud correspondiente.

  • Velocidad de respuesta. El sensor debe responder a los cambios de la variable a medir en un tiempo mínimo. Lo ideal sería que la respuesta fuera instantánea.

  • Calibración. La calibración es el proceso mediante el que se establece la relación entre la variable medida y la señal de salida que produce el sensor. La calibración debe poder realizarse de manera sencilla y además el sensor no debe precisar una recalibración frecuente.

  • Fiabilidad. El sensor debe ser fiable, es decir, no debe estar sujeto a fallos inesperados durante su funcionamiento.

  • Coste. El coste para comprar, instalar y manejar el sensor debe ser lo más bajo posible.

  • Facilidad de funcionamiento. Por último, sería ideal que la instalación y iso del sensor no necesitara de un aprendizaje excesivo.


Todas estas características son las deseables en los sensores. Sin embargo, en la mayoría de los casos lo que se procurará será un compromiso entre su cumplimiento y el coste que ello suponga a la hora del diseño y fabricación.

Después de esta introducción, lo lógico sería pasar a comentar los distintos tipos de sensores existentes, así como sus principales características. Sin embargo esto plantea el problema de clasificar los sensores de alguna forma. Podemos clasificar los sensores por la variable que miden (velocidad, proximidad, ...), por el principio físico en el que se basa su funcionamiento ( efecto Hall, ...), por la tecnologia en la que se basan ( silicio, eléctro-mecánica,... ) ,la relación entre el sensor y la característica a medir ( contacto, sin contacto), etc ...
En el desarrollo del presente trabajo nos basaremos en una clasificación general que engloba a los sensores en dos grandes grupos, según la relación de la variable a medir con el sensor: INTERNOS y EXTERNOS. Además, dentro de cada gran grupo, distinguiremos distintos tipos según la variable que midan e iremos comentando para cada caso otros aspectos como la tecnología en la que se pueden basar.

 

Tecnología de sensores

La ventaja digital

Los sensores digitales Lynx! de RJG presentan algunas claras ventajas sobre los sensores analógicos. Los sensores digitales ofrecen una señal "sin ruido" que se traduce en datos más exactos, dándole información más confiable. Otra ventaja es que toda la calibración se maneja antes de que llegue a su instalación, proporcionando un sensor listo para el uso. Como última ventaja en orden pero no en importancia, nuestros sensores digitales son “inteligentes”. Cuando se instala, todos los detalles de ese molde y sensor en particular se incorporan en la circuitería del sensor, simplificando la configuración y mejorando la eficiencia y la productividad. Nuestro personal de soporte técnico puede ayudarle a seleccionar el sensor que funcione mejor para sus circunstancias. Siéntase en libertad de llamarnos o enviarnos un correo electrónico con las preguntas que pueda tener y trabajaremos con usted para crear una estrategia para su proyecto de presión de cavidad.

Tecnologías de medición

En la industria del moldeo por inyección se aceptan ampliamente dos tipos de tecnologías de sensor de presión de cavidad: de extensímetro y piezoeléctrica. La tecnología de extensímetro funciona montando un puente Wheatstone en un diafragma o una columna. El puente actúa como unidad de medición para la fuerza ejercida por el plástico, lo que se convierte a una salida de voltaje. La presión aplicada al diafragma o a la columna a través de una clavija expulsora se mide como fuerza. La tecnología piezoeléctrica utiliza el principio de que los cristales piezoeléctricos emiten electrones cuando se someten a una fuerza cambiante. Estos electrones o 'carga' se acumulan en un amplificador de carga que lee la señal de fuerza o presión. A pesar de las diferencias entre los dos tipos de sensores, cualquiera de estas tecnologías producirá mediciones comparables en la mayoría de las aplicaciones. Las características distintivas entre los tipos de sensores son su costo relativo, la facilidad de realizar una instalación adecuada y su solidez en un entorno industrial.

Estilos de sensores

Todos los estilos y las características de los sensores son extremadamente únicos y están diseñados para ajustarse a diversas situaciones y entornos de moldeo. Es posible determinar qué sensores de presión de cavidad funcionarán mejor en su situación, si se observan las ventajas que ofrece cada sensor y se selecciona uno adecuado para su aplicación. Nuestros sensores de botón y deslizamiento miden indirectamente la presión a través de la fuerza aplicada por unas clavijas eyectoras. Los sensores de estilo a nivel de RJG entran en contacto con el plástico, midiendo directamente la presión en el molde. RJG ofrece tecnologías piezoeléctricas o de extensímetro para aplicaciones directas e indirectas. Cualquiera sea la aplicación, nuestro personal de soporte técnico puede ayudarle a encontrar el estilo y la estrategia adecuados para asegurar el éxito.