ITESM Campus Monterrey, Departamento de Ing. Eléctrica

BI-871: Bioinstrumentación

Transducción Capacitiva e Inductiva

Exposición Interactiva EI 3-2Describir y analizar los diferentes sistemas de transducción capacitivos e inductivos.

Agosto-Diciembre 2010

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Transducción capacitiva

• Para desplazamiento– Placas paralelas.– Dieléctrico en movimiento. – Área variable.– Diferencial.

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Capacitor de placas paralelas con placa movil

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Variación de capacitancia, cambios en x

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Capacitor de placas paralelas, área variable

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Capacitor de placas paralelas, dieléctrico en movimiento

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Capacitor de placas paralelas, variación diferencial

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Acondicionamiento usando Puentes de Impedancias

PNMX ZZZZVonulaCondición :0

MN

N

PX

X

ZZZ

ZZZ

VsVo)(:Re MPN

M

PNXXX Z

ZZZZsolviendo

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Ejemplo de un puente de impedancias para medir pequeños cambios en C

]1)(][1[

)/(CCRjRCj

CCRCjVsVo

)2(2

CVsVo

CyVsCC

CCVo

Vo MIN

)(1)(

1

1

1

CCjR

CCj

CjR

CjVsVo

realesCCfactorelVsCC

Vo

CyRCadsensitividmáximapara

2/2

/1:

• ¿Cuál sería la mínima descriminación dCMIN cuando DVo=0.1mV, suponiendo una excitación Vs= 5V, y un capacitor nominal de C=100 pF?

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Aplicación en un sensor de presión diferencial

• Un puente De Sauty se puede usar para detección de los cambios pequeños de Capacitancia.

• Suponiendo que Vs=Sin(wt), se puede encontrar Vo en función de la variación de capacitancia DC y otros parámetros como Vs, R, C y .w

• Recordar también que DC es proporcional al cambio de presión P1-P2

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Resumen, transducción capacitivaTransducción capacitiva puede usarse para

convertir una magnitud a medir a carga almacenada en un capacitor y eventualmente a un voltaje usando las variaciones en la posición de un electrodo, área transversal o el mismo dieléctrico.

Se puede acondicionar sensores capacitivos usando puentes o lazo de Anderson.

Posibles magnitudes a medir: biopotenciales, fuerzas musculares, niveles de

compuestos biológicos, humedades y presiones de fluidos biológicos

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Transducción inductiva

• Introducción a los sensores magnéticos• Para desplazamientos

–Sensor inductivo básico• Para flujo por electromagnetismo

–Sensor electromagnético de flujo.– Ley de Faraday para medición de flujo

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Introducción, sensores magnéticos

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Circuito magnético básico

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Análisis del circuito magnético Ley de Ampere y flujo magnético

Suponer una trayectoria media de flujo, permeabilidad relativa del medio ferromagnético mucho mayor que uno( mr >>1), y definir fuerza magnetomotriz (mmf) y el concepto de reluctancia del entrehierro :

S

C

SdB

NildB

oro

g

g

ii

dondeS

g

Nimmf

Nimmf

S

ldonde

NiS

l

NiSB

l

NiB

;2

;

;||

;||

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Principio básico para medición de flujo por electromagnetismo…Ley de Faraday

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Ecuación para medición electromagnética de flujo

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Resumen, transducción inductiva

La transducción inductiva puede usarse para convertir una magnitud a medir para inducir corrientes eléctricas en bobinas predeterminadas.

Existen variantes como: reluctancia variable y sensor de flujo electromagnético.

El sensor de flujo electromagnético se usa para la medición en fluidos biológicos conductores.

Posibles magnitudes a medir: fuerzas musculares, niveles de fluidos biológicos y flujos de

substancias.