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INSTITUTO TECNOLÓGICO SUPERIOR DE FELIPE CARRILLO PUERTO

“APLICACIÓN DE LOS SENSORES OPTICOS Y DE APROXIMACIÓN EN LA

COMPUTACION”

DOCENTE: MT. OSCAR RAZIEL CHAGOLLA AGUILAR

MATERIA: Interfaces

ALUMNOS: Cetz Sulub Juanita Aurora

Martínez Gómez Alex Adrián

Alcocer Balam Alfredo Alonso

Peraza Poot Gaspar de Jesús

Oy Caamal Franco Benjamín

CARRERA: Ingeniería en Sistemas Computacionales

GRUPO: “B”

SEMESTRE: Octavo

AULA: J – 4

TURNO: Vespertino

FELIPE CARRILLO PUERTO QUINTANA ROO 18 DE FEBRERO DEL 2012

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ÍNDICE

INTRODUCCIÓN .......................................................... 3

SENSORES ÓPTICOS .................................................. 4

¿QUÉ VARIABLES PODEMOS MEDIR UTILIZANDO

SENSORES ÓPTICOS? ................................................. 6

SENSORES DE APROXIMACIÓN ................................ 10

APLICACIONES ......................................................... 14

CONCLUSIÓN............................................................ 16

BIBLIOGRAFÍA .......................................................... 18

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INTRODUCCIÓN

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.

Un robot es, por definición, una máquina capaz de interactuar con su entorno. Si es móvil, a menos que se mueva en un espacio absolutamente acotado y preparado para él, deberá ser capaz de adaptar sus movimientos y sus acciones de interacción en base a las características físicas de los ambientes con los que se encuentre y los objetos que hay en ellos.

Para lograr esta capacidad de adaptación, lo primero que necesitan los robots es tener conocimiento del entorno. Esto es absolutamente clave. Para conocer el entorno, los seres vivos disponemos de un sistema sensorial. Los robots no pueden ser menos: deben poseer sensores que les permitan saber dónde están, cómo es el lugar en el que están, a qué condiciones físicas se enfrentan, dónde están los objetos con los que deben interactuar, sus parámetros físicos, etc.

Para esto se utilizan diversos tipos de sensores (o captadores), con un rango de complejidad y sofisticación que varía desde algunos bastante simples a otros con altos niveles de sofisticación de hardware y más aún de complejidad de programación.

En este documento hablaremos específicamente sobre dos tipos de sensores los cuales son tan importantes como los demás estos son sensores ópticos y de aproximación.

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SENSORES ÓPTICOS Un sensor es un dispositivo eléctrico y/o mecánico que convierte magnitudes

físicas (luz, magnetismo, presión, etc.) en valores medibles de dicha magnitud.

Esto se realiza en tres fases:

Un fenómeno físico a ser medido es captado por un sensor, y muestra en

su salida una señal eléctrica dependiente del valor de la variable física.

La señal eléctrica es modificada por un sistema de acondicionamiento de señal, cuya salida es un voltaje.

El sensor dispone de una circuitería que transforma y/o amplifica la tensión

de salida, la cual pasa a un conversor A/D, conectado a un PC. El convertidor A/D transforma la señal de tensión continúa en una señal discreta.

Cuando hablamos de sensores ópticos nos referimos a todos aquellos que

son capaces de detectar diferentes factores a través de un lente óptico. No

obstante es importante tener en cuenta que los sensores ópticos también pueden

utilizarse para leer y detectar información, tal como al velocidad de un auto que

viene por la carretera y si un billete grande está marcado o bien, es falso.

En electrónica se utiliza como sensores ópticos ciertos componentes

sensibles a la luz, en el sentido que modifican su comportamiento eléctrico según

tengan luz incidente o no.

Un sensor óptico es un dispositivo que convierte los rayos de luz en señales

electrónicas. Similar a una fotorresistencia, que mide la cantidad física de la luz y

la traduce en una forma leído por el instrumento. Por lo general, el sensor óptico

es parte de un sistema mayor integración de un dispositivo de medición, una

fuente de luz y el sensor sí mismo. Esto es generalmente relacionado con una

activación eléctrica, que reacciona a un cambio en la señal en el sensor de luz.

Cuando hablamos de sensores ópticos nos referimos a todos aquellos que

son capaces de detectar diferentes factores a través de un lente óptico. Para que

podamos darnos una idea de lo que nos referimos, debemos decir que un buen

ejemplo de sensor óptico es el de los mouse de computadora, los cuales mueven

el cursor según el movimiento que le indicamos realizar.

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Ventajas

Los sensores ópticos, presentan importantes ventajas cuando lo que se

desea es determinar propiedades físicas o químicas:

Es un método no destructivo y no invasivo.

Ofrece posibilidades de integración en sistemas más complejos.

Bajo coste y tecnología bien establecida.

Posibilidades de control a distancia de lugares poco accesibles físicamente.

Capacidad de conformar redes espaciales de sensores para el control de

parámetros en grandes superficies.

Desventajas

Distancia de detención corta

Son muy sensible a factores ambientales como la humedad

No selecciona el objeto a detectar.

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¿QUÉ VARIABLES PODEMOS MEDIR UTILIZANDO

SENSORES ÓPTICOS?

La evolución de la tecnología de detección óptica se ha desarrollado hasta tal punto que hoy en día se puede medir casi cualquier variable física de interés y también un gran número de cantidades químicas. Entre tantos elementos que se pueden medir mencionamos algunos:

Temperatura. Presión. Caudal. Nivel de líquido. Desplazamiento (posición). Vibraciones. Rotación. Campos magnéticos. Aceleración. Agentes químicos. Fuerza. Radiación. pH. Humedad. Tensión. Velocidad. Campo eléctrico. Campo acústico.

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1. TIPOS

Los sensores ópticos los forman, los foto interruptores de barrera, reflectivos y los

enconders ópticos.

Foto-interruptores de Barrera.

Están formados por un emisor de infrarrojos y un fototransistor separados por

una abertura donde se insertará un elemento mecánico que producirá un corte

del haz. La salida será 0 o 1.

Foto-interruptores Reflectivos.

Están formados por un emisor y un receptor de infrarrojos situados en el mismo

plano de superficie, que por reflexión permite detectar dos tipos de colores:

blanco y negro normalmente, sobre un elemento mecánico.

Encoders Ópticos.

Con los foto-interruptores y los reflectivos se puede montar los Encoders ópticos,

formados por un disco que tiene dibujado segmentos para ser detectados por los

sensores. Existen dos tipos de Encoders: los Encoders Incrementales y

Encoders Absolutos.

Encoders Incrementales.

Permiten que un sensor óptico detecte el número de segmentos que dispone el

disco y otro sensor detecte la posición cero de dicho disco.

Encoders Absolutos

Permiten conectar la posición exacta en cada momento sin tener que dar una

vuelta entera para detectar el punto cero del disco. La diferencia es que se

necesitan varios sensores ópticos y el disco debe de tener una codificación tipo

Manchester.

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2. FUNCIONAMIENTO

Principio básico de funcionamiento:

Emisión y recepción de luz. Tanto en el emisor como en el receptor existen

pequeñas lentes ópticas que permiten concentrar el haz de luz y se encuentra en

un mismo encapsulado. El primero suele ser un diodo emisor de luz (LED) y el

receptor un fotodiodo. Generalmente trabajan por reflexión de la luz, es decir, el

emisor emite luz y si esta luz es reflejada por un objeto, el receptor lo detecta.

3. CARACTERÍSTICAS

Algunas características más importantes de los sensores ópticos son los

siguientes:

La luz como medio detector. Los sensores ópticos utilizan principalmente los

siguientes componentes emisores:

LED de luz roja: luz visible, óptima como ayuda de alineación y para el ajuste

de sensor.

LED Infrarrojo (IR): radiación invisible con elevada energía.

Laser de luz roja: la luz visible, óptima para la detección de piezas pequeñas y

elevados alcances debido a las propiedades físicas del láser.

Distancia de actuación: Una de las características de un sensor óptico es su

capacidad para medir los cambios de las vigas de uno o más luz. Este cambio

es más a menudo en torno a las modificaciones de la intensidad de la luz.

Cuando se produce un cambio de fase, el sensor de luz actúa como un

disparador fotoeléctrico, ya sea aumentando o disminuyendo la producción

eléctrica, en función del tipo de sensor.

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4. MODO DE COMUNICACIÓN

El modo de operación de los sensores ópticos varía de acuerdo a su tipo, a

continuación mencionaremos estas comunicación es en los tipos de sensores ya

descritos.

Barrera de luz.

Rango amplio (20m).

El alineamiento es crítico.

Retro-reflectivos (Réflex)

Rango 1-3 m.

Popular y barato.

Reflectivo Difuso

Rango 12-300 mm

Barato y fácil de usar.

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SENSORES DE APROXIMACIÓN

Varios métodos pueden ser utilizados para medir distancia, proximidad o

presencia en aplicaciones que no tienen que ver con el contacto físico aparte de

radares o sonares. Lo más común en este caso es el uso de sensores para medir

señal ultrasónica o infrarroja. El diseño de éstos está basado en la generación y

transmisión de una alborada de sonido ultrasónico o de luz infrarroja que se

apuntan hacia un blanco. El sonido o la luz rebotan y regresan de nuevo al sensor.

Subsecuente-mente el sistema del sensor mide el retardo en tiempo de la señal en

regresar a la fuente o eco y calcula la distancia al blanco, utilizando la velocidad

del sonido en el caso del ultrasonido, o el factor de reflexión y luminosidad en la

señal de luz.

1. TIPOS Y FUNCIONAMIENTO

Existen varios tipos de sensores de proximidad según el principio físico que

utilizan. El funcionamiento de los sensores de aproximación dependen de su tipo y

aplicación, a continuación se describe el funcionamiento de los sensores de

aproximación más utilizados:

1) Sensor capacitivo.

Este tipo de transductor trabaja con un campo electrostático. Al aproximarse un objeto (conductor o no conductor, en forma líquida o sólida) se produce un cambio en el campo electrostático alrededor del elemento sensor. Este cambio es detectado y enviado al sistema de detección. El sistema de detección típico está formado por una sonda, un oscilador, un rectificador, un filtro y un circuito de salida. Cuando un objeto se aproxima al sensor la sonda aumenta su capacitancia y activa el oscilador provocando que éste dispare el circuito de salida.

2) Sensor inductivo. Los sensores inductivos de proximidad han sido diseñados para trabajar generando un campo magnético y detectando las pérdidas de corriente de dicho campo generadas al introducirse en él los objetos de detección férricos y no férricos.

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3) Sensor de fin de carrera.

Basan la detección en el contacto mecánico del elemento a detectar con una parte del sensor (pulsador, palanca, etc). Este contacto mecánico produce la apertura o cierre de un interruptor.

4) Sensor infrarrojo.

El receptor de rayos infrarrojos suele ser un fototransistor o un fotodiodo. El circuito de salida utiliza la señal del receptor para amplificarla y adaptarla a una salida que el sistema pueda entender. La señal enviada por el emisor puede ser codificada para distinguirla de otra y así identificar varios sensores a la vez. Esto es muy utilizado en la robótica en casos en que se necesita tener más de un emisor infrarrojo y solo se quiera tener un receptor.

5) Sensor Ultrasónico.

También se denominan fotocélulas. Este tipo de transductor trabaja con un emisor y detector de luz, como rayos infrarrojos. Cuando un objeto refleja o interrumpe la luz del emisor hacia el receptor, éste la censa y activa la etapa de control.[3]

El sistema de detección típico está formado por un transmisor de luz, una etapa de control, un receptor de luz y un circuito de salida.

Por lo general el transmisor está conectado a una etapa de control que decide la activación de la transmisión e inclusive puede generar pulsos de frecuencia constante que hacen la detección del sensor más robusta.

6) Sensor Magnético.

En robótica, algunas situaciones de medición del entorno pueden requerir del uso de elementos de detección sensibles a los campos magnéticos.

7) Sensor de humedad.

La detección de humedad es importante en un sistema si éste debe desenvolverse en entornos que no se conocen de antemano. Por esta razón se deben tener en cuenta una variedad de sensores de humedad disponibles, entre ellos los capacitivos y resistivos, más simples, y algunos integrados con diferentes niveles de complejidad y prestaciones.

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2. CARACTERÍSTICAS

Algunas características importantes que presentan la mayoría de los sensores de

proximidad más usuales (inductivos y capacitivos) son:

Sensores capacitivos:

Tipo de sensor Rosca M6, M8,... Distancia de detección nominal mm,m Rango de detección Frecuencia de detección Hz (500Hz) Tipo de salida Transistor, Relé Material de la carcasa Plástico, PVC, etc. Dimensiones Diámetro x longitud (M12x30mm) Tensión de operación V (10-30V DC) (20-300 AC) Temperatura de trabajo ° centígrados (-25 + 55°C) Objeto detectable estándar Acero (12x12x1mm) Consumo nominal ma (12 ma) Protección IP Conexión Cable 2m, 3m,... Peso gr

Sensores inductivos

Tipo de sensor Rosca M12, M18, M30,... Distancia de detección nominal mm +-x%(3mm +-10%) Rango de detección mm (0-2mm) Frecuencia de detección Hz (500Hz) Objeto detectable estándar Acero (12x12x1mm) Histéresis <x% del rango de medida (<20% del

rango) Tipo de salida ma (50, 100, 200 ma) Consumo nominal ma (0.8 ma) Material de la carcasa Acero, latón, níquel, etc. Protección IP Dimensiones Diámetro x longitud (M12x30mm) Conexión Cable 2m, 3m,... Tensión de operación V (10-30V DC) Temperatura de trabajo ° centígrados (-25 + 55°C)

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3. MODO DE COMUNICACIÓN

Sensor Capacitivo.

La distancia de actuación en determinados materiales, pueden por ello,

regularse mediante el potenciómetro.

Los detectores capacitivos están construidos en base a un oscilador RC.

Debido a la influencia del objeto a detectar, y del cambio de capacitancia.

Sensor inductivo.

Los sensores inductivos de proximidad han sido diseñados para trabajar

generando un campo magnético y detectando las pérdidas de corriente de

dicho campo generadas al introducirse en él los objetos de detección

metálicos y no metálicos.

El sensor consiste en una bobina con núcleo de ferrita, un oscilador, un

sensor de nivel de disparo de la señal y un circuito de salida. Al

aproximarse un objeto “metálico” o no metálico, se inducen corrientes de

histéresis en el objeto.

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APLICACIONES

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CONCLUSIÓN

En conclusión podemos decir que los sensores juegan un papel muy importante

dentro de la sociedad ya que hoy en día cada tecnología que utilizamos cuenta

con sensores. Muy pronto la vida tecnológica será tan amplia que no sabremos

que exista cabida para los sensores ya que cada momento que pasa se crean más

y más tecnologías inimaginables así que lo dejamos a su imaginación.

Pero retomando el tema de los sensores podemos aclarar que en este tiempo son

de mayor importancia, ya que nos ayudan en una gran variedad de situaciones

como en alarmas para robos, incendios, para mediciones climatológicas, etc…

Por último, los sensores son tecnologías tan pequeñas o inmensas que ni nos

damos cuenta de cuando asemos uso de ellas. De esta manera la vida tecnológica

es tan grande que no tenemos una vasta idea sobre ella.

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BIBLIOGRAFÍA

Sensores Ópticos

Concepción Pérez

Universidad de Valencia

1996

Sensores y acondicionadores de señal

Ramón Pallás Areny

4 Edición

Editorial Marcombo.

2001

Modelling and Control of Robot Manipulators L. Sciavacco, B. Siciliano Springer

Microelectronica

Tecnologias, diseño, aplicaciones

M. Burón Romero, J. A.

Universidad de Cantabria

Medical Instrumentation: Application and Design John G. Webster John Wiley and Sons, Inc. 1998

Robot Analysis

Lung Wen Tsai John Wiley and Sons, Inc. 1999