{"id":505,"date":"2021-07-16T19:33:14","date_gmt":"2021-07-17T01:33:14","guid":{"rendered":"http:\/\/virtual.cuautitlan.unam.mx\/intar\/ime\/?page_id=505"},"modified":"2021-07-18T21:49:49","modified_gmt":"2021-07-19T03:49:49","slug":"sensores","status":"publish","type":"page","link":"https:\/\/virtual.cuautitlan.unam.mx\/intar\/ime\/sensores\/","title":{"rendered":"Sensores"},"content":{"rendered":"

Sensores <\/strong><\/h1>\n

Uno de los elementos clave en el dise\u00f1o de los nuevos esquemas tecnol\u00f3gicos tal como la industria 4.0<\/a>, las ciudades inteligentes, y obviamente, la generaci\u00f3n de robots inteligentes, son los sensores, ya que es a trav\u00e9s de ellos que los sistemas modernos reciben informaci\u00f3n de su entorno y a partir de ellos pueden tomar decisiones dependiendo de las caracter\u00edsticas del ambiente que los rodea, pero, \u00bfQu\u00e9 es un sensor?<\/p>\n

Un sensor es todo elemento o dispositivo que presenta una propiedad que es sensible hac\u00eda una determinada magnitud f\u00edsica, y cuando esta magnitud se modifica, la propiedad tambi\u00e9n presenta un cambio en sus caracter\u00edsticas.<\/p>\n

Contrario a lo que la creencia popular dicta, un sensor puede convertir la variaci\u00f3n de cualquier magnitud en la modificaci\u00f3n de cualquier propiedad sensible, y no solamente convertir la magnitud f\u00edsica en una representaci\u00f3n el\u00e9ctrica o electr\u00f3nica. Se tiene esta percepci\u00f3n debido a que mayoritariamente los sensores son utilizados en equipos el\u00e9ctricos y electr\u00f3nicos, y por lo tanto, traducen la variaci\u00f3n de la magnitud en una variaci\u00f3n de voltaje o de corriente, sin embargo, no todos los sensores son el\u00e9ctricos o electr\u00f3nicos. Un ejemplo sencillo de entender es el mercurio dentro de un term\u00f3metro, el mercurio presenta una dilataci\u00f3n en funci\u00f3n del cambio de temperatura, esta propiedad nos permite obtener el sensor term\u00f3metro. En la figura 1, podemos ver algunos ejemplos de sensores no electr\u00f3nicos.<\/p>\n

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Fig. 1.- Sensores que no el\u00e9ctrico-electr\u00f3nicos. a) Sensor de temperatura, b)Sensor de intensidad y direcci\u00f3n de viento, c) Sensor de nivel de agua.<\/p>\n

Para fines de interpretaci\u00f3n y estandarizaci\u00f3n, para el dise\u00f1o de sensores se generan m\u00e9tricas que permiten al usuario, o al dispositivo lector, poder interpretar escalas medibles y cuantificables. Siguiendo con el ejemplo del term\u00f3metro, seg\u00fan el nivel de dilataci\u00f3n se puede determinar que temperatura en grados le corresponde, y de esta forma, un usuario no vera la cantidad de dilataci\u00f3n del mercurio sino la escala en grados, logrando una medici\u00f3n de la temperatura adecuada.<\/p>\n

Existen dos tipos de sensores, los sensores anal\u00f3gicos y los digitales; los anal\u00f3gicos interpretan cada punto dentro de una se\u00f1al y dan datos continuos en el tiempo, mientras que los digitales muestrean la se\u00f1al en puntos particulares y los datos que dan son discretos. La figura 2 muestra las diferentes respuestas que un sensor anal\u00f3gico y uno digital pueden dar.<\/p>\n

Como se ve en la figura 2, un sensor anal\u00f3gico puede interpretar una cantidad infinita de valores, mientras que un sensor digital s\u00f3lo interpreta una cantidad finita, esto hace que un sensor anal\u00f3gico sea mucho m\u00e1s preciso en sus mediciones que uno digital, sin embargo, un sensor anal\u00f3gico puede presentar errores de paralaje en su interpretaci\u00f3n, situaci\u00f3n que no sucede con el sensor digital, ya que este da un dato conciso y f\u00e1cilmente le\u00edble, como se puede ver en la figura 3.<\/p>\n

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Fig. 2.- En esta figura se muestra los puntos que cada sensor puede interpretar. a) Es una se\u00f1al anal\u00f3gica, continua en el tiempo, y el sensor puede interpretar cada punto en ella, te\u00f3ricamente puede interpretar una cantidad infinita de valores, b) Se muestrea una se\u00f1al anal\u00f3gica en puntos particulares de la misma, reduciendo la cantidad de valores a un valor finito, c) Muestra los valores finitos que un sensor digital interpretar\u00e1, es discreta en el tiempo.<\/p>\n

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Fig. 3.- Se muestran dos versiones de un medidor de amperaje en el caso de a) Es posible observar que si el usuario mira de forma sesgada la aguja, o esta no cae exactamente en una de las marcas indicadoras, se puede tener un error de percepci\u00f3n del valor medido (https:\/\/pixabay.com\/es\/photos\/amp-amper%c3%admetro-electricidad-2717819\/). En b) el amper\u00edmetro muestra un dato en la pantalla conciso, sin posibilidad de ser mal interpretado.<\/p>\n

Hoy en d\u00eda, debido al uso masivo que tienen las computadoras (Las que podemos encontrar en, desde un juguete hasta una nave espacial) los sensores se han enfocado hacia lo digital, es decir, dispositivos que puedan ser f\u00e1cilmente implementados para trabajar con una computadora o tarjeta de desarrollo<\/a>, o en su defecto sensores anal\u00f3gicos que se conectan a un sistema de digitalizaci\u00f3n de se\u00f1ales antes de procesar la informaci\u00f3n dentro de un dispositivo l\u00f3gico-digital.<\/p>\n

Para condicionar la se\u00f1al anal\u00f3gica a digital, se utilizan diferentes etapas electr\u00f3nicas, sa se\u00f1al primero se filtra y se \u201climpia\u201d, se amplifica y posteriormente se ingresa a un conversor anal\u00f3gico-digital, el comportamiento de este \u00faltimo se puede ver en la figura 4. En tal figura podemos ver que ingresa una se\u00f1al anal\u00f3gica, esta se\u00f1al anal\u00f3gica es muestreada, generando una salida en tiempo discreto (Proceso de la figura 2). Una vez generada una se\u00f1al discreta, cada uno de estos valores se cuantifica, es decir, se le asigna un valor determinado, por ejemplo un valor de voltaje y se retiene la se\u00f1al en ese valor por un tiempo definido $t$, esta se\u00f1al posteriormente es codificada en valores, principalmente, binarios, que es la codificaci\u00f3n que se env\u00eda a la computadora (Este proceso se encuentra descrito con mayor detalle en otra p\u00e1gina de esta web).<\/p>\n

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Fig. 4.- Etapas que se agregan a un sensor anal\u00f3gico para convertirlo a digital. Figura recuperada de https:\/\/commons.wikimedia.org\/wiki\/File:Conversor_AD.svg<\/p>\n

Actualmente es posible encontrar sensores de todo tipo y para interpretar pr\u00e1cticamente cualquier magnitud f\u00edsica. En el caso de sensores electr\u00f3nicos, es posible encontrar una gran variedad de ellos a costos accesibles, esto debido a la gran popularidad que han adquirido las tarjetas de desarrollo y sistemas embebidos de bajo costo, muchas de tales tarjetas han sido adoptadas por alumnos de diferentes carreras tecnol\u00f3gicas para la generaci\u00f3n de proyectos de alto valor tecnol\u00f3gico tales como (Casteluccio et al., 2019), (Lanfor & P\u00e9rez, 2017), (S\u00e1nchez, 2016), (Barrios, 2017), entre muchos otros. Diferentes sensores que pueden ser utilizados con las diferentes tarjetas de desarrollo existentes, se pueden observar en la figura 5.<\/p>\n

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Fig. 5.- Diferentes sensores que pueden ser utilizados con diferentes tarjetas de desarrollo para la generaci\u00f3n de proyectos ingenieriles. a) Sensor de presencia, b) Sensor infrarrojo, c) Sensor de humo, d) Sensor de vibraciones, e) Sensor de humedad, f) Sensor de pulsaciones card\u00edacas, g) Sensor de se\u00f1ales electromiogr\u00e1ficas, h)Sensor de sonido.<\/p>\n

Es importante mencionar, que muchos de los sensores utilizados en aspectos electr\u00f3nicos basan su funcionamiento en compuestos que var\u00edan su resistencia en funci\u00f3n de la magnitud f\u00edsica a la que son sensibles, por ejemplo tenemos elementos fotosensibles (LDR), termo sensibles (termopar), piezo sensibles, entre otros. En el caso del sensor foto resistivo, dependiendo de la cantidad lum\u00ednica, y la longitud de onda de la luz, que incida sobre \u00e9l, la resistencia se modificar\u00e1, entre mayor cantidad de luz, m\u00e1s flujo de corriente; lo mismo sucede con el sensor de presi\u00f3n, entre m\u00e1s presi\u00f3n se ejerza sobre la celda, menor ser\u00e1 la resistencia interna, este comportamiento se repetir\u00e1 para cada uno de estos sensores. Algunos ejemplos de estos sensores resistivos pueden verse en la figura 6.<\/p>\n

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Fig. 6.- Sensores resistivos. Basan su funcionamiento en la variaci\u00f3n de su resistencia con respecto a la variaci\u00f3n de la magnitud f\u00edsica a la que presentan sensibilidad. a) LDR, sensor foto resistivo, b) Termistor, sensor termo sensible, c) Sensor de presi\u00f3n, piezo resistivo.<\/p>\n

Los sensores resistivos deben de ser acondicionados para poder transmitir la informaci\u00f3n hac\u00eda un elemento de adquisici\u00f3n o computador, una de las configuraciones que se pueden utilizar es la del divisor de voltaje, que se muestra en la figura 7.<\/p>\n

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Fig. 7.- Divisor de voltaje formado por un sensor resistivo y una resistencia de valor fijo.<\/p>\n

En el divisor de voltaje de la figura 7, el comportamiento din\u00e1mico del voltaje de salida $V_s$ est\u00e1 dado por la resistencia variable $R_1$, cada vez que la magnitud f\u00edsica que se est\u00e1 midiendo modifica su valor, la resistencia $R_1$ tambi\u00e9n se modifica, generando en la salida $V_s$ una variaci\u00f3n de voltaje que depende a la variaci\u00f3n de la magnitud f\u00edsica. Si se trabaja con una tarjeta de desarrollo tipo Arduino, el voltaje de $V_s$ estar\u00e1 definido entre 0 y 5 volts, obviamente este rango de valores depender\u00e1 de la tarjeta o computadora con la que se trabaje. En esta forma, la magnitud se habr\u00e1 mapeado en un conjunto definido de valores de voltajes y estos son los que ingresar\u00e1n a nuestro sistema conversor anal\u00f3gico digital, tal como se puede observar en la figura 8.<\/p>\n

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Fig. 8.- Ingreso de una se\u00f1al generada por medio de una resistencia fotosensible a un sistema digital, en el interior de este sistema, dicha se\u00f1al ser\u00e1 discretizada.<\/p>\n

El comportamiento del divisor de voltaje quedar\u00e1 definido por medio de:<\/p>\n

$$V_{s}=\\frac{ V_{i}\\cdot R_{2}}{R_{1}+R_{2}}$$<\/p>\n

Referencias<\/strong><\/h2>\n

Barrios Alfaro, Y. (2017).\u00a0An\u00e1lisis y dise\u00f1o de aceleradores hardware sobre SoC basados en FPGA orientados a aplicaciones de seguridad en Internet de las cosas<\/em>\u00a0(Master’s thesis).<\/p>\n

Casteluccio, M. G., Niemetz, S. A., Taffernaberry, J. C., & Gonzalez, R. (2019). Implementaci\u00f3n de red de Internet de las Cosas usando OpenMote y Raspberry Pi. In\u00a0XXV Congreso Argentino de Ciencias de la Computaci\u00f3n (CACIC)(Universidad Nacional de R\u00edo Cuarto, C\u00f3rdoba, 14 al 18 de octubre de 2019)<\/em>.<\/p>\n

Lanfor, O. G. F., & P\u00e9rez, J. F. P. (2017, September). Implementaci\u00f3n de un sistema de seguridad independiente y automatizaci\u00f3n de una residencia por medio del internet de las cosas. In\u00a02017 IEEE Central America and Panama Student Conference (CONESCAPAN)<\/em>\u00a0(pp. 1-5). IEEE.<\/p>\n

S\u00e1nchez Checa, E. (2016).\u00a0Plan de negocio de empresa basada en Internet de las Cosas y el lanzamiento de un producto: regulador de puerta de garaje por reconocimiento de matr\u00edculas de coche mediante Raspberry Pi<\/em>\u00a0(Bachelor’s thesis).<\/p>\n

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Sensores Uno de los elementos clave en el dise\u00f1o de los nuevos esquemas tecnol\u00f3gicos tal como la industria 4.0, las ciudades inteligentes, y obviamente, la generaci\u00f3n de robots inteligentes, son los sensores, ya que es a trav\u00e9s de ellos que los sistemas modernos reciben informaci\u00f3n de su entorno y a partir de ellos pueden tomar … <\/p>\n

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