Sensores en noticias (Argentina)

En Argentina crean zapato con sensores para ciegos

El dispositivo fue creado por Juan Manuel Bustamante, alumno del Colegio Industrial de Río Gallegos, en Argentina y está destinado a ser de utilidad a personas ciegas o con disminuidos visuales, informó el portal La Nación.com.ar.

El calzado está diseñado con sensores ultrasónicos que detectan y medir a distancias objetos de cualquier material. El sistema informa a quien los calce sobre lo que pisan de acuerdo a la intensidad de las vibraciones.

Este par de zapatos fue bautizado por su creador como Duspanovi y el objetivo también es reemplazar al convencional bastón, utilizado normalmente por los no videntes para abrirse camino al andar.

Dentro de la suela de cada lado se instala el dispositivo, los sensores están en la parte frontal, lateral externa y posterior. El zapato funciona a batería y detecta objetos de todo tipo como plástico, cemento, metal, mármol, madera, tela, vidrio, persona, puerta, vigas, animales, autos, camas, árboles y cualquier objeto que se encuentre a un radio de 25 centímetros del calzado.

"Tengo una amiga con problemas visuales y ella me mostró que entre los 10 y los 25 años se suele generar un rechazo al bastón. Fue por eso que me propuse crear un dispositivo más discreto, para que se sientan más cómodas", manifestó Bustamante.

Aseguró que no realizó este trabajo para ganar fama o dinero con las ventas, sino para ayudar a las personas que necesitan una mejor calidad de vida, pero lo cierto es que con esta creación, ganó la instancia provincial y entre el 9 y 14 de noviembre y representará a su localidad en la Feria Nacional de Ciencias en Tecnópolis.

"Se carga a través de un cable USB conectado a la computadora o con un cargador de celular. La carga completa demora cerca de cinco horas y tiene una duración utilitaria de tres o cuatro días", comentó su creador.

Características de los sensores. ( Dinámicas y Estáticas.)

Características generales de los sensores.

El transductor ideal sería aquel en que la relación entre la magnitud de entrada y la magnitud de salida fuese proporcional y de respuesta instantánea e idéntica para todos los elementos de un mismo tipo.

Sin embargo no todos los transductores nunca es del todo lineal, tiene un rango LIMITADO de validez, suele modificar según perturbaciones del entorno exterior y tiene un cierto delay en su respuesta.

Las características de los transductores se pueden agrupar en dos grandes bloques:

Características estáticas, que describen la actuación del sensor en un estado permanente o con cambios                                              muy lentos de la variable a medir

Características dinámicas, que describen el comportamiento del sensor en régimen transitorio o que varía                                              en poco tiempo.

Características Estáticas:

Rango de medida: El conjunto de valores que puede tomar la señal de entrada comprendidos entre el máximo y el mínimo detectados por el sensor con una tolerancia de error aceptable.

Resolución: Indica la capacidad del sensor para discernir entre valores muy próximos de la variable de entrada. Indica que variacón de la señal de entrada produce una variación en la señal de salida.

Presición: Define la variación máxima entre la salida real obtenida y la salida teórica dada como patrón para el sensor.

Repetibilidad: ndica la máxima variación entre valers de salida obtenidos al medir varias veces la misma entrada con el mismo sensor y en idénticas condiciones ambientales.

Linealidad: Un transductor es lineal si existe una constante de proporcionalidad única que relaciona los incrementos de la señal de salida con los respectivos incrementos de la señal de entrada en todo el rango de medida.

Sensibilidad: Indica la mayor o menor variación de la señal de salida por unidad de la señal de entrada a medida que aumenta la frecuencia, generalmente los sensores convencionales presentan una respuesta del tipo pasabajos.

Ruido: Cualquier perturbación aleatoria del propio sistema de medida que afecta la señal que se quiere medir.

Características Dinámicas:

Velocidad de respuesta: Mide la capacidad del sensor para seguir las variaciones del a señal
Respuesta en frecuencia: Mide la capacidad del sensor para seguir las variaciones de la señal de entrada a medida que aumenta la frecuencia, generalmente los sensores convencionales presentan una respuesta del tipo pasabajos.
Estabilidad: Indica la desviación en la salida del sensor con respecto al valor teórico dado, al variar parámetros exteriores distintos al que se quiere medir ( condiciones ambientales, alimentación, etc.)

Tipos de sensores

Sensores mecánicos.

Sensores mecánicos de posición.

La gama de Sensores Mecánicos de Posición de Sensovant emplea tecnología de inducción sin contacto, especialmente apropiada para entornos operativos difíciles donde sea preciso instalar sensores Lineales, Angulares y de posición Giratoria/Rotatoria. 

No hay contacto entre el sensor mecánico de posición y la parte en movimiento lo que proporciona una excelente fiabilidad a largo plazo en ambientes hostiles al evitar todo tipo de rozamiento y desgaste. Todos los sensores de posición se fabrican con electrónica de estado sólido, totalmente sellada  adecuados para entornos hostiles y agresivos: altas / bajas temperaturas, vibraciones, golpes, polvo, suciedad,  pulverización, intemperie.

Sensores mecánicos de movimiento.

Los Sensores mecánicos de velocidad emplean un dispositivo de efecto Hall con elemento doble para detectar campos magnéticos variables en presencia de un metal ferroso.Probados y comprobados en cajas de cambio del campeonato de F1, nuestros sensores de velocidad son adecuados, ya sea para la caja de cambios como sensor de velocidad de la rotación.

Con robusta construcción totalmente encapsulados y sellados, los sensores de velocidad pueden sumergirse totalmente en aceite a altas temperaturas sin merma en su rendimiento. Actualmente tenemos varios diseños de sensores de velocidad diferencial disponibles y igualmente se ofrece la posibilidad de diseñar y  producir rápidamente sensores personalizados para aplicaciones OEM.

Sensores magnéticos.

Los sensores de proximidad magnéticos son caracterizados por la posibilidad de distancias grandes de la conmutación, disponible de los sensores con dimensiones pequeñas. Detectan los objetos magnéticos (imanes generalmente permanentes) que se utilizan para accionar el proceso de la conmutación. Los campos magnéticos pueden pasar a través de muchos materiales no magnéticos, el proceso de la conmutación se puede también accionar sin la necesidad de la exposición directa al objeto. Usando los conductores magnéticos (ej. hierro), el campo magnético se puede transmitir sobre mayores distancias para, por ejemplo, poder llevarse la señal de áreas de alta temperatura.

Sensores de temperatura.

Los sensores de temperatura son dispositivos que transforman los cambios de temperatura en cambios en señales eléctricas que son procesados por equipo eléctrico o electrónico.

Hay tres tipos de sensores de temperatura, los termistores, los RTD y los termopares.

El sensor de temperatura, típica mente suele estar formado por el elemento sensor, de cualquiera de los tipos anteriores, la vaina que lo envuelve y que está rellena de un material muy conductor de la temperatura, para que los cambios se transmitan rápidamente al elemento sensor y del cable al que se conectarán el equipo electrónico.

Termopar

El termopar, también llamado termocupla y que recibe este nombre por estar formado por dos metales, es un instrumento de medida cuyo principio de funcionamiento es el efecto termoeléctrico.

Un material termoeléctrico permite transformar directamente el calor en electricidad, o bien generar frío cuando se le aplica una corriente eléctrica.

El termopar genera una tensión que está en función de la temperatura que se está aplicando al sensor. Midiendo con un voltímetro la tensión generada, conoceremos la temperatura.

Los termopares tienen un amplio rango de medida, son económicos y están muy extendidos en la industria. El principal inconveniente estriba en su precisión, que es pequeña en comparación con sensores de temperatura RTD o termistores.

Sensores acústicos.

Las ondas sonoras se manifiestan por las variaciones de presión y velocidad que ellas generan. En la mayoría de los casos el campo acústico en un punto es el resultado de la superposición de ondas sonoras que han experimentado reflexiones múltiples. Los micrófonos son los sensores que facilitan la conversión de una señal acústica en eléctrica. Se pueden aplicar diversos principios a su realización siendo la más común la combinación de fenómenos mecánico-acústicos y su conversión electromecánica.

El micrófono de condensador está formado por una placa delgada o membrana llamada diafragma, tal que es susceptible de moverse por acción de las variaciones de presión sonora, y por otra placa posterior fija y paralela al diafragma de la figura . Los movimientos de éste, respecto de la placa posterior, determinan variaciones de la capacidad eléctrica del condensador así formado. La polarización del condensador se realiza a un nivel fijo de corriente continua y a través de un circuito con alta constante de tiempo (si se compara con las variaciones de presión). Las variaciones de presión provocan variaciones de la capacidad eléctrica que se traducen en variaciones de tensión. Este tipo de micrófono se caracteriza por el bajo nivel de ruido y respuesta en frecuencias uniforme así como de tener una adecuada sensibilidad acústica, lo que hacen de él un sensor muy apropiado para la medida acústica, sus principales inconvenientes son la susceptibilidad para la humedad y la pequeña capacidad de salida.

Sensores ultrasónicos.

Los sensores de ultrasonidos son detectores de proximidad que trabajan libres de roces mecánicos y que detectan objetos a distancias de hasta 8m. El sensor emite un sonido y mide el tiempo que la señal tarda en regresar. Estos reflejan en un objeto, el sensor recibe el eco producido y lo convierte en señales eléctricas, las cuales son elaboradas en el aparato de valoración. Estos sensores trabajan solamente en el aire, y pueden detectar objetos con diferentes formas, colores, superficies y de diferentes materiales. Los materiales pueden ser sólidos, líquidos o polvorientos, sin embargo han de ser deflectores de sonido. Los sensores trabajan según el tiempo de transcurso del eco, es decir, se valora la distancia temporal entre el impulso de emisión y el impulso del eco.

Sensores químicos.

Un sensor químico se puede definir como un dispositivo que transforma información química en una señal analítica útil. Consta, principalmente, de dos partes: un receptor, que proporciona el reconocimiento de la sustancia a analizar, y un transductor, que convierte la señal química obtenida de la sustancia en una señal medible por un instrumento. Si el elemento de reconocimiento es un reactivo biológico, se trata de un biosensor.

Sensores analógicos y digitales

¿Que diferencia tienen los sensores analógicos y digitales?

Diferencias entre sensores analógicos y digitales:
un sensor analógico es aquel que, como salida, emite una señal comprendida por un campo de valores instantáneos que varían en el tiempo, y son proporcionales a los efectos que se están midiendo; por ejemplo, un termómetro es un dispositivo analógico... la temperatura se mide en grados que pueden tener, en cualquier momento determinado,diferentes valores que son proporcionales a su indicador, o a su "salida" en caso de un dispositivo electrónico.

Un sensor digital en cambio es un dispositivo que puede adoptar únicamente dos valores de salida; 1 -0, encendido o apagado, sí, o no. Los estados de un sensor digital son absolutos y únicos, y se usan donde se desea verificar estados de "verdad" o "negación" en un sistema automatizado, por ejemplo, una caja que es transportada llega al final de un recorrido, y activa un sensor digital; entonces, la señal 0 del sensor en reposo, cambia inmediatamente a 1, dando cuenta al sistema de tal condición.

¿Que sensores son analogicos y digitales?

Magnitud	Transductor	Característica
Posición lineal y angular	Potenciómetro	Analógica
	Encoder	Digital
	Sensor Hall	Digital
Desplazamiento y deformación	Transformador diferencial de variación lineal	Analógica
	Galga extensiométrica	Analógica
	Magnetoestrictivos	A/D
	Magnetorresistivos	Analógica
	LVDT	Analógica
Velocidad lineal y angular	Dinamo tacométrica	Analógica
	Encoder	Digital
	Detector inductivo	Digital
	Servo-inclinómetros	A/D
	RVDT	Analógica
	Giróscopo
Aceleración	Acelerómetro	Analógico
	Servo-accelerómetros
Fuerza y par (deformación)	Galga extensiométrica	Analógico
	Triaxiales	A/D
Presión	Membranas	Analógica
	Piezoeléctricos	Analógica
	Manómetros Digitales	Digital
Caudal	Turbina	Analógica
	Magnético	Analógica
Temperatura	Termopar	Analógica
	RTD	Analógica
	Termistor NTC	Analógica
	Termistor PTC	Analógica
	[Bimetal - Termostato	I/0
Sensores de presencia	Inductivos	I/0
	Capacitivos	I/0
	Ópticos	I/0 y Analógica
Sensores táctiles	Matriz de contactos	I/0
	Piel artificial	Analógica
Visión artificial	Cámaras de video	Procesamiento digital
	Cámaras CCD o CMOS	Procesamiento digital
Sensor de proximidad	Sensor final de carrera
	Sensor capacitivo	Analógica
	Sensor inductivo	Analógica
	Sensor fotoeléctrico	Analógica
Sensor acústico (presión sonora)	micrófono	Analógica
Sensores de acidez	ISFET
Sensor de luz	fotodiodo	Analógica
	Fotorresistencia	Analógica
	Fototransistor	Analógica
	Célula fotoeléctrica	Analógica
Sensores captura de movimiento	Sensores inerciales

Sensores activos y pasivos

Sensores según el principio de funcionamiento.

Sensores activos y pasivos.

Pasivos: los que necesitan un aporte de energía externa.

Sensores pasivos

Existe un amplia gama de ellos: sistemas fotográficos, radiómetros multi y hiperespectrales, espectrómetros de imagen.

Un radiómetro, es un sistema óptico-electrónico, que descompone la radiación recibida en varias longitudes de onda (bandas). Cada una de estas bandas se envía a un conjunto de detectores sensibles a esa región del espectro que la amplifican y la convierten en señal eléctrica y por un proceso de conversión analógico-digital, en un valor numérico conocido como Nivel Digital (ND).

Muchos sensores pasivos tienen sensibilidad multiespectral, lo cual significa que recogen simultáneamente datos de diferentes bandas espectrales. Las mediciones sobre diferentes zonas del espectro electromagnético, aportan una amplia información sobre distintos aspectos del medio ambiente. Por ejemplo, la radiación ultravioleta se utiliza para monitorizar los niveles de ozono en las capas altas de la atmósfera. Las bandas visible e infrarrojas permiten determinar la salud de la cubierta vegetal (cultivos, bosques). Los captadores sensibles a la radiación infrarroja térmica sirven para determinar la temperatura del suelo, de las nubes, y de la superficie de los mares. 

Activos: los que son capaces de generar su propia energía. A veces también se les llama sensores generadores. Un ejemplo puede ser un transistor en el que la puerta se sustituye por una membrana permeable sólo a algunas sustancias (IsFET), que puede servir para medir concentraciones.

Captadores activos
Entre los sensores activos, distinguimos el radar y el lidar.
El radar trabaja en una banda edl espectro comprendida entre 1 mm y 1 m. Se basa en el principio de que las microondas artificiales enviadas en una dirección determinada chocan con los objetos y son dispersadas.
La energía dispersada se recibe, se amplifica y se analiza para determinar la localización y las propiedades de los objetos. Puesto que puede medirse también el tiempo que tarda un pulso de radiación en ir y volver, puede conocerse la distancia recorrida y generar así modelos digitales de elevaciones. El radar es insustituible en zonas con cobertura nubosa persistente, debido a su capacidad para atravesar las capas nubosas.

El uso de longitudes de onda mayores, que no se encuentran en los espectros solar o terrestre, implica
la necesidad de utilizar sensores activos, es decir aquellos que generan su propio flujo de radiación. Su
mayor ventaja es que debido a su elevada longitud de onda (muy superior al tamaño de las gotas de agua
en la atmósfera) no resulta absorbida por esta, además al ser un haz artificial puede manipularse la forma
en que se emite para, así, obtener el máximo de información. Las señales de radar se usan, entre otras aplicaciones, para el seguimiento de la retracción de los casquetes polares, como indicador del calentamiento global.

Ejemplos: El radar transportado por el satélite canadiense Radarsat y los satélites de la serie ERS de la Agencia Espacial Europea (ESA).

El Lidar ( Light Detection And Ranging) es un captador activo, análogo al radar pero con tecnología laser. Se utiliza para topografía de precisión desde aviones.

Clasificación de los sensores

Los sensores tienen distintas clasificaciones, son variados y tienen demasiados ejemplos, una buena forma de definir su clasificación es según este cuadro:

En las siguientes entradas veremos detalladamente cada tipo de sensor.

El sensor en la historia

Introducción:

La historia de los sensores inteligentes ha sido un tema apasionante desde el primer y muy sencillo sensor desarrollado por Honeywell en el año 1969, hasta los dispositivos complejos actuales de alta tecnología.

El desarrolla de estos revolucionarios componentes ha permitido aumentar la eficiencia, calidad y velocidad de los procesos industriales, la investigación y el desarrollo científico.

La motivación.

Inicialmente la atención se concentro en el procesamiento de la señal generada por el sensor para mejorar la compensación de la temperatura y lograr una señal normalizada.
Mas tarde la atención se centro en mejorar los sistemas digitales derivados de la conversión de la señal analógica a digital, como la comunicación remota y la direccionalidad.
Esta ultima consiste en la posibilidad de conocer en que punto se encuentra el sensor.
El desarrollo mas reciente esta orientado a los test de manufactura e integración para mejorar la fabricación de los sensores, con el fin de reducir los costos y mejorar la relación precio-prestaciones- Esto incluye el diseño de nuevos dispositivos con arquitecturas optimizadas: lo mas simple que se puedan realizar, pero conservando los beneficios alcanzados a lo largo de su historia.

El nacimiento.

El primer sensor inteligente nació como una solución al problema de compensación de temperatura en los sensores. Lo desarrollo Honeywell en los años 60, para el sistema de aire en los aviones DC-9. Estaba formado por dos piezoresistores que median la presión y dos capacitores para crear un desplazamiento de fase. Estos elementos estaban re alimentados y conectados a un inversor para crear un oscilador. La frecuencia de salida era proporcional a la constante de tiempo RC, y por ende a la presión. Tiempo después Toyota Research presento otro sensor de presión similar. Ambas empresas, sin imaginárselo, estaban empezando una revolución sin par en las tecnologías de sensado, que aun hoy continua.
La siguiente generación la introdujo nuevamente Honeywell en los años 80. La presento en dos aplicaciones: Una para el control de procesos y otra para aplicaciones aeroespaciales. Ambos estaban formados por un grupo de sensores multiplexeados, conectados a un convertidor V/F (Tensión frecuencia) La frecuencia obtenida la procesada un microprocesador tipo DSP, y la salida se llevaba a un convertidor D/A. La salida era acorde al estándar analógico de 4 mA a 20 mA. El software tenia compensación de la presión estática, calibración remota del rango, direccionabilidad y diagnostico. Los sensores eran de presión diferencial estática y temperatura en el caso del control de procesos y presión absoluta y temperatura en el caso aeroespacial.