Interfaces - 1ra Unidad

8/6/2019 Interfaces - 1ra Unidad

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UNIDAD I SENSORES1.1.1 TIPOSUn sensor ptico se basa en el aprovechamiento de la interaccin entre la luz y la materia

para determinar las propiedades de esta. Una mejora de los dispositivos sensores

comprende la utilizacin de la fibra ptica como elemento de transmisin de la luz. El

siguiente diagrama representa el diagrama bsico de un sensor ptico:

Un sensor s un tipo de transductor que transforma la magnitud que se quiere medir en

otra que facilita su medida. Puede ser de induccin directa (un termmetro de mercurio)

o pueden estar conectados a un indicador (posiblemente atreves de un convertidor

analgico a digital, una computadora y un display) de modo que lo valores censados

pueden ser ledo por un humano.

A continuacin se en listan algunos tipos y ejemplos de sensores elctricos:

y Sensores de temperatura: Termopat.y Sensores de luz: foto diodo, fototransistor.y Sensores de acides: isfet.y Sensores de sonido: micrfono.y Sensores de contacto: final de carrera.y Sensores de imagen digital: CCD o CMOS.y Sensores de proximidad

Por lo general la seal de salida de estos sensores no es apta para su procesamiento, por

lo que se usa un circuito de acondicionamiento por ejemplo un puente WHEATSTONE y

amplificadores que adaptan la seal a los niveles apropiados para el resto de la circuitera.

SENSORES DE POSICIONSu funcin es medir o detectar la posicin de un determinado objeto en el espacio, dentro

de este grupo, podemos encontrar, los siguientes tipos de captadores:

CAPTADORES FOTO ELCTRICOS: este tipo de sensores, se encuentra basado en laemisin de luz y en la deteccin de esta emisin realizada por la foto detectora. Se

dividen en :

y Captadores por barreray Captadores por reflexin.

SENSORES DE CONTACTOEstos dispositivos son los ms simples, ya que son interruptores que se activan o

desactivan si se encuentran en contacto con un objeto, por lo que de esta manera e

reconoce la presencia de un objeto en un determinado lugar. Su simplicidad de

construccin aadido a su robustez, los hacen muy usados en la robtica.

fuente de

luz

sistema

opticomuestra

sistema

optico

sistema

dedeteccion


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SENSORES POR ULTRASONIDOSEste tipo de sensores, se basan en el mismo funcionamiento que los del tipo foto elctrico,

ya que se emite una seal, esta vez de tipo ultrasnica, y esta seal es recibida por un

receptor. De la misma manera, dependiendo del camino que realice la seal emitida,

podremos diferenciarlos entre los que son de barrera o los de reflexin.

SENSORES DE MOVIMIENTOSEste tipo de sensores es uno de los ms importantes en robtica, ya que nos da

informacin sobre las evoluciones de las distintas partes que conforman el robot, y de

esta manera podemos controlar con un grado de precisin elevada la evolucin del robot

en su entorno de trabajo.

Dentro de este tipo de sensores podemos encontrar los siguientes:

1. Sensores deslizamiento:2. Sensores de velocidad3. Sensores de aceleracin

SENSORES DE ALCANCELos sensores de alcance miden la distancia desde un punto de referencia (que suele estar

en el propio sensor) hasta objetos que estn dentro de un determinado campo de

referencia. La deteccin de alcance se suele usar para la evitacin de obstculos en la

navegacin de robots mviles.

Existen varias tcnicas de deteccin de alcance entre las que se pueden mencionar:

y Triangulaciny Iluminacin estructuraly Tiempo de vuelo

1.1.2 FUNCIONAMIENTOEl emisor y el receptor suelen ser elementos separados. El primero suele ser un diodo

emisor de luz (led) por lo generar rojo, que ilumina una pequea aria al frente del

receptor, y el receptor un fotodiodo.

El sensor de luz mide la cantidad de luz que recibe. La entrega al RXC un numero que vara

entre 0 (oscuridad total) y 100 (muy brillante). Este sensor es muy til; pude ser usado

como un simpe detector para ver si las luces estn encendida o pude ser usado para que

el robot siga una lnea negra en una superficie blanca (o viceversa).

El sensor de luz puede determinar si est viendo un trozo de papel blanco o negro, cuando

el sensor de luz esta sobre papel blanco, le un valor de 50, cuando esta sobe papel negro,

mide un valor de 33 (valores aproximados).


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El sensor de luz detecta un ngulo muy amplio. Para disminuir el campo de visin se

puede colocar una barra de 1x2 con un agujer frente al sensor. De ese modo el sensor

solo detectara la luz directamente al frente del.

Tcnica De Deteccin de Alcance

y Triangulacin: este es uno de los mtodos ms sencillos para medir el alcance. Elsensor dispone de un emisor y un detector de luz.un objeto se ilumina por un hazestrecho 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 iluminada del objeto

al detector con una sencilla relacin trigonomtrica

y Iluminacin estructural: este mtodo se basa en la proyeccin de unaconfiguracin de luz sobre un conjunto de objetos y en la utilizacin de la distorsin

de la luz para determinar el alcance a los diferentes objetos. La con figuracin de

luz que suele trasmitirse es de forma cilndrica. Una cmara de televisin capta la

distorsin que se produce en la luz y a partir del tratamiento de las imgenes de la

cmara se pude determinar la distancia del emisor de la luz a los objetos. El

inconveniente principal de este mtodo es que precisa de un tratamiento ms o

menos complejo de informacin (el de las imgenes) que ha de ser realizado por un

ordenador

y Tiempo de vuelo: este tipo de sensores la estimacin de la distancia a un objeto sebasa en el tiempo transcurrido entre la emisin y recepcin de un impulso snico o

luminoso. Este concepto es muy general, por lo que se puede mencionar 3 mtodos

diferentes.1. Utiliza lser para determinar esa distancia. Se basa en la medida de

tiempo que tarda en regresar de forma coaxial (por la misma trayectoria)un pulso de luz. La distancia se podr calcular dividiendo ese tiempo por

2 y multiplicando por la velocidad de la luz.2. El siguiente mtodo basado en el tiempo de vuelo tambin utiliza laser a

diferencia del mtodo anterior se emplea un haz continuo y lo que semide es el retardo (desplazamiento en faces) entre los ases salientes yentrantes.

3. Por ltimo tambin podemos medir el tiempo de vuelo de ondasultrasnicas, como en los casos anteriores, a partir del tiempo que tardala onda en regresar, podemos calcular fcilmente la distancia al objetoque la ha reflejado. En este caso ovemos de conocer la velocidad delsonido para el medio en el que se est desarrollando la tarea

(normalmente el aire).

1.2 APROXIMACINEl sensor de proximidad es un transductor que detecta objetos o seales que se

encuentran cerca del elemento sensor. Existen varios tipos de sensores de proximidad,

segn el principio fsico que utiliza. Los ms comunes son los interruptores de posicin, lo

detectores capacitivos, los intuitivos y los fotoelctricos, como el de infrarrojos.


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1.2.1 TIPO

y Sensores capacitivos: los sensores de proximidad capacitivos, aunque tambindetectan materiales conductores, estn especialmente indicados para la deteccin

de materiales aislantes, tales como papel, plstico, madera, etc.

y Sensores inductivos: los sensores de proximidad inductivos, son detectores deposicin electrnicos, que dan una seal de salida sin contacto mecnico directo,estos sensores detectan todo tipo de objetos metlicos.

y Sensores infrarrojos: los sensores de proximidad infrarrojos detectan la radiacinemitida por los materiales calientes y la transforman en una seal elctrica.

y Sensores de reltagia variable: existen ciertos casos donde las condiciones fsicas deoperacin requieren un sensor aprueba de casi todo. La solucin acostumbrada son

los sensores de reluctancia variable. Usualmente se conocen estos sensores como

sensores pick up y tienen forma de cilindro mecnico a manera de un tornillo.

y Micro interruptores: son de muy diversas formas, opero todos se basan en laoperacin de un actuador mecnico, este actuador mecnico mueve a su vez una

lengeta metlica en donde estn colocados los contactos elctricos, y los abre ocierra de acuerdo con lo disposicin fsica de esos contactos.

1.2.2. FUNCIONAMIENTOSENSORES DE APROXIMACINEl sensor principio del funcionamiento de un sensor de proximidad capacitivo, est basado

en la medicin de los cambios de capacitancia elctrica de un condensador en un circuito

resonante RC, al de la aproximacin de cualquier material.

Los sensores de proximidad inductivos y capacitivos estn basados en el uso de

osciladores, en los que la amplitud de oscilacin vara al aproximar un objeto.

CIRCUITO DISPARADOREste circuito compara la seal que le proporciona el rectificador con una seal umbral que

cambia ligeramente de pendiendo del estado de activacin, creando as, la hinterisis del

sensor de proximidad.

CIRCUITO OSCILADOR:Etapa de salida: la etapa de salida acondiciona la seal proporcionada por el ctocomparador a los valores de tensin o corriente normalizado, activando o desactivando la

salida segn corresponda.

CIRCUITO RECTIFICADOR:La seal alterna recibida del oscilador es convertida por medio del circuito rectificador, de

manera que la aproximacin del objeto al sensor se traducir en una variacin de una

seal de corriente continua.


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POTENCIMETRO:La sensibilidad (distancia de deteccin) de la mayora de los sensores de proximidad

capacitivos puede ajustarse por medio de un potencimetro (resistencia variable) de esta

forma es posible eliminar la deteccin de varios medios (por ejemplo, es posible

determinar el nivel de un liquido a travs de la pared de vidrio de su recipiente). Entre un

electrodo activo y uno puesto a tierra, se crea un campo electroesttico disperso. Paracontrastar las influencias que pueda ocasionar la humedad, se suele disponer de un tercer

electrodo que lo compense.

Si un objeto o un medio metal, plstico, vidrio, madera, agua, irrumpe en a zona activa

de conmutacin, la capacidad del circuito resonante se altera.

Al aumentar la capacidad, la corriente en el circuito tambin aumenta (que es el que se

suministra la alta frecuencia). El rectificador simplemente convierte la seal alterna en

continua.

Cuando esta seal alcanza determinado valor, actuara el circuito disparador (trigger) que

controla si la seal proveniente del rectificador corresponde al nivel de referencia

necesario para conectar el dispositivo de salida.

El funcionamiento del sensor capacitivo de proximidad es un oscilador de alta frecuencia

con un electrodo flotante en el circuito de base de un transistor en el estado de

inactividad hay un campo ruidoso en la regin base que representa el rea activa del

sensor de proximidad. Cuando un objeto aparece dentro del rea activa empiezan las

oscilaciones. La etapa de conmutacin rectifica las oscilaciones de lata frecuencia y la

seal continua resultante de aplica a la etapa de salida.

La etapa de conmutacin incluye un sistema de seal de retro alimentacin, el nivel del

cual puede ajustarse en algunos modelos, a travs de un potencimetro, esto capacita al

sensor de proximidad de variar su sensibilidad de respuesta.

SENSOR MAGNTICOEn robtica algunas situaciones de medicin del entorno pueden requerir el uso de

elementos de deteccin sensibles a los campos magnticos.

SENSORES DE HUMEDAD

La deteccin de humedad es importante en un sistema y este debe desenvolverse enentornos que no se conocen de..Por esta razn se debe tener en cuenta una variedad de

sensores de humedad disponibles, entre ellos los capacitivos y resistivos ms simples y

algunos integrados con diferentes niveles de complejidad y presentacin.

SENSORES FIN DE CARRERA:Son elementos actuadores de conmutacin, generalmente provistos de muelles y

utilizados en procesos automticos, donde la deteccin debe ser ms robusta.


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1.2.3 CARACTERISTICAAlgunas caractersticas importantes que presentan la mayora de los sensores de

proximidad ms usuales (inductivos y capacitivos)

SENSORES INDUCTIVOSTIPO DE SENSOR ROSCA M12, M18, M30

Rango de detector nm (0-20mm)

Frecuencia de deteccin Hz (500 hz)

Objeto detectable estndar Acero (12x12x1mm)

Tipo de salida Ma (50, 100, 200 ma)

Consumo nominal Ma (0.8ma)

Material de la carcasa Acero, latn, nikel, etc.

Dimensiones Dimetros x longitud (m12x20mn)

Tencin de operacin V (10-30 v dc)

Temperatura de trabajo C (-25 +55 C)

SENSORES CAPACITIVOS

TIPO DE SENSOR ROSCA M6, M8

Caract. Distancia de deteccin nominal mm, m

Frecuencia de deteccin Hz(500hz)

Objeto detectable estndar Acero(12x12x1mm)

Tipo de salida Transistor, reele

Consumo nominal Ma(12ma)

Material de la carcasa Plstico, pv, etc.

Tensin de operacin V(10-30v dc) (20-300 ac)

Temperatura de trabajo c(-25c +55c)

1.2.4 Modo de ComunicacinEl modo de operacin bsico de los sensores de proximidad capacitivos, se ilustra en la

siguiente figura.

La siguiente figura representa el modo de comunicacin bsico de los sensores

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