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.

¿Qué es un sensor?

Un sensor es un dispositivo capaz de detectar magnitudes físicas o químicas, llamadas variables de instrumentación, y transformarlas en variables eléctricas. Las variables de instrumentación puede ser por ejemplo:

• Por temperatura.
• Por intensidad lumínica.
• Por aceleración.
• Por inclinación.
• Por desplazamiento.
• Por presión.
• Por fuerza.
• Por torsión.
• Por humedad.
• Por movimiento.
• Por ph.
• Y muchas otras formas.

Una magnitud eléctrica puede ser una resistencia eléctrica (como en una RTD), una capacidad eléctrica (como en un sensor de humedad), una tensión eléctrica (como en un termopar), una corriente eléctrica (como en un foto transistor), etc.

El sensor esta siempre en contacto con la variable de instrumentación con lo que puede decirse también que es un dispositivo que aprovecha una de sus propiedades con el fin de adaptar la señal que mide para que la pueda interpretar otro dispositivo. Los usos que le dan a los sensores son en las secciones robótica, Industria automotriz, industria aeroespacial, Medicina, Industria de manufactura, etc...

Introducción

La instrumentación y la teoría de control basan sus desarrollos en la necesidad de adquirir señales que provienen del medio con el fin de ser procesadas y analizadas. Siempre será conveniente que el ingeniero integrador de sistemas tenga presente que toda instrumentación comienza con el sensor, un buen conocimiento de éstos traerá como consecuencia proyectos seguros, óptimos y rentables. El sensor tiene como función básica adquirir señales provenientes de sistemas físicos para ser analizadas, por lo tanto se podrán encontrar en los medios tantos sensores como señales físicas requieran ser procesadas. Basados en el principio de conversión de energía el sensor tomará una señal física (fuerza, presión, sonido, temperatura, etc.) y la convertirá en otra señal (eléctrica, mecánica óptica, química, etc) de acuerdo con el tipo de sistema de instrumentación o control implementado. El sensor es por lo tanto un convertidor de energía de un tipo en otro. Los más comunes de las conversiones son a energía eléctrica, mecánica o hidráulica. Los sensores que convierten una señal física cualquiera a una eléctrica son generalmente llamados sensores. Los que convierten una señal eléctrica en otro tipo de señal son denominados actuadotes. Algunos autores llaman a los primeros transductores de entrada y a los segundos transductores de salida. Sin embargo La Sociedad Americana Instrumentación (ISA), define el sensor como sinónimo de transductor. En este blog, encontraras la información necesaria para conocer a fondo este tema.