Un sensor es un dispositivo que convierte un fenómeno físico en una señal eléctrica. Como tal, los sensores representan parte de la interfaz entre el mundo físico y el mundo de los dispositivos eléctricos, como computadoras. La otra parte de esta interfaz se representa por medio de actuadores, que convierten señales eléctricas en los fenómenos físicos.

Por qué nos preocupamos tanto de esta interfaz? En los últimos años, enorme capacidad de procesamiento de la información se ha desarrollado dentro de la industria de la electrónica. Losmás significativo ejemplo de esta capacidad es el ordenador personal. Además, la disponibilidad de microprocesadores de bajo costo está teniendo un tremendo impacto en eldiseño de productos informáticos integrados que van desde automóviles hasta hornos de microondas a los juguetes. En los últimos años, las versiones de estos productos que utilizan microprocesadores parael control de la funcionalidad se están convirtiendo en ampliamente disponible. En los automóviles, esa capacidad es necesaria para lograr el cumplimiento de las restricciones de contaminación. En otros casos, talescapacidad simplemente ofrece una ventaja en el rendimiento económico

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RuidoTodos los sensores producen algo de ruido de salida además de la señal de salida. En algunos casos, el ruido del sensor es menor que el ruido de la siguiente elemento en la electrónica, o menos de las fluctuaciones en la señal física, en cuyo caso no es importante. Existen muchos otros casos en los que el ruido de lasensor limita el rendimiento del sistema basado en el sensor. El ruido se distribuye generalmente a través del espectro de frecuencia. Muchas fuentes de ruido comunes producen una distribución de ruido blanco, es decir que la densidad espectral de ruido es el mismo en todas las frecuencias. Ruido de Johnson en una resistencia es un buen ejemplo de una distribución tal ruido. Para el ruido blanco, la densidad espectral de ruido se caracteriza en unidades de voltios / Root (Hz). Una distribución de esta naturaleza añade ruido a una medición con amplitud proporcional a la raíz cuadrada del ancho de banda de medición. Puesto que hay una relación inversa entre el ancho de banda y la medición del tiempo, se puede decir que el ruido disminuye con la raíz cuadrada del tiempo de medición.

Ancho de bandaTodos los sensores tienen tiempos de respuesta finitos para un cambio instantáneo en la señal física. Además, muchos sensores tienen tiempos de extinción, lo que representaría el tiempo después de un cambio en la señal física de la salida del sensor a la caries a su

valor original. El recíproco de estos tiempos corresponden a las frecuencias de corte superior e inferior, respectivamente. El ancho de banda de un sensor es la gama de frecuencias entre estas dos frecuencias.

Introducción a la electrónica del sensorLa electrónica que van junto con el elemento sensor físico son a menudo muy importante para el dispositivo global. La electrónica del sensor pueden limitar el rendimiento, costo yrango de aplicabilidad. Si se lleva a cabo correctamente, el diseño de la electrónica del sensor puede permitir la extracción óptima de información de una señal con ruido.La mayoría de los sensores no producen tensiones directamente sino más bien actúan como dispositivos pasivos, tales como resistencias, cuyos valores cambiar en respuesta a los estímulos externos. Para producir tensiones adecuadas para la entrada a los microprocesadores y su convertidor analógico-digitales convertidores, la resistencia debe ser "parcial" y la señal de salida tiene que ser "amplificada".

1.2 Sensor SystemsAnalog Devices Personal TécnicoWalt Kester, Editor

Esta sección se ocupa de los sensores y circuitos de acondicionamiento de señal asociados. El tema es amplio, pero el enfoque aquí es concentrarse en los sensores con suficiente cobertura de señal acondicionado para introducir y al menos implica su importancia en el sistema global. Estrictamente hablando, un sensor es un dispositivo que recibe una señal o estímulo y responde con una señal eléctrica, mientras que un transductor es un convertidor de un tipo de energía en otro. En la práctica, sin embargo, los términos se usan indistintamente. Sensores y sus circuitos asociados se utilizan para medir diversas propiedades físicas tales como la temperatura, fuerza, presión, flujo, posición, intensidad de la luz, etc. Estos propiedades actúan como el estímulo para el sensor, y la salida del sensor está condicionada y se procesan para proporcionar la medición correspondiente de la propiedad física. Nosotros no cubre todos los posibles tipos de sensores de aquí, sólo los más populares y, en concreto, los que se prestan para procesar sistemas de control y adquisición de datos.

Los sensores no funcionan por sí mismos. Por lo general son parte de un sistema más amplio que consiste en acondicionadores de señal y varios circuitos de procesamiento de señales analógicas o digitales. El sistema podría ser un sistema de medición, el sistema de adquisición de datos, o el proceso desistema de control, por ejemplo.

Los sensores pueden ser clasificadas en un número de maneras. Desde un punto de vista acondicionado señal que es útil para clasificar como sensores ya sea activa o pasiva. Un sensor activo requiere una fuente externa de excitación. Sensores basados en Resistencia como termistores, RTDs (detectores de temperatura de resistencia), y calibradores de tensión son ejemplos de sensores activos, debido a una corriente debe pasar a través de ellos y se mide el voltaje correspondientecon el fin de determinar el valor de la resistencia. Una alternativa sería colocar los dispositivos en un circuito de puente; Sin embargo, en cualquier caso, se requiere una corriente o voltaje externo.

Por otro lado, pasivo (o autogenerador) sensores de generar su propia señal de salida eléctrica sin necesidad de tensiones o corrientes externas. Ejemplos de sensores pasivos son termopares y fotodiodos que generan voltajes termoeléctricos y fotocorrientes, respectivamente, que son independientes de los circuitos externos. Cabe señalar que estas definiciones (activo vs. pasivo) se refieren a la necesidad (o su ausencia)de la circuitería externa activa para producir la señal de salida eléctrica del sensor. Parecería lógico considerar igualmente un termopar a ser activos en el sentido de queque produce una tensión de salida sin circuitería externa. Sin embargo, la convención de la industria es clasificar el sensor con respecto al requisito circuito externo como se definió anteriormente.

SENSORES:Convertir una señal o estímulo (En representación de una propiedad física) en una salida eléctricaTRANSDUCTORES:Convertir un tipo de energía en otroLos Términos suelen intercambiarseLos sensores activos requieren una fuente externa de Excitación: RTD, Strain Gages-pasiva (autogenerador) Sensores no: termopares, fotodiodos, Piezoeléctricos

SENSOR DE PROPIEDAD ACTIVO / PASIVO DE SALIDATemperatura Termopar Voltaje PasivoSilicio Activo Voltaje / CorrienteRTD Resistencia ActivoTermistor Resistencia ActivoFuerza / Presión Strain Gage Resistencia ActivoPiezoeléctrico Voltaje PasivoAceleración Acelerómetro capacitancia ActivoPosición LVDT Activo Voltaje ACIntensidad de la luz Fotodiodo Pasivo Corriente

Una manera lógica para clasificar sensores-y el método utilizado en todo el resto de este libro es con respecto a la propiedad física del sensor está diseñado para medir.Por lo tanto, tener sensores de temperatura, sensores de fuerza, sensores de presión, sensores de movimiento, etc. Sin embargo, los sensores que miden diferentes propiedades pueden tener el mismo tipo de salida eléctrica. Por ejemplo, un detector de temperatura de resistencia (RTD) es una resistencia variable, como es un medidor de deformación resistivo. Ambos RTD y calibradores de tensión se colocan a menudo en circuitos puente, y los circuitos de acondicionamiento son por lo tanto bastante similar. De hecho, los puentes y sus circuitos de acondicionamiento merecen una discusión detallada.

Las salidas a escala real de la mayoría de los sensores (pasivos o activos) son relativamente pequeños voltajes, corrientes y cambios de resistencia, por lo que sus resultados deben ser adecuadamente condicionadaantes del procesamiento adicional analógica o digital puede ocurrir. Debido a esto, toda

una clase de circuitos han evolucionado, se refiere generalmente como circuitos de acondicionamiento de señal. La amplificación, traducción nivel, el aislamiento galvánico, transformación de impedancia, linealización, y filtrado son funciones fundamentales de acondicionamiento de señal que pueden ser necesarios.

Cualquiera sea la forma de la toma acondicionado, sin embargo, los circuitos y el funcionamiento se regirán por el carácter eléctrica del sensor y su salida. caracterización precisadel sensor en función de los parámetros adecuados para la aplicación, por ejemplo, la sensibilidad, la tensión y los niveles actuales, la linealidad, la impedancia, ganancia, offset, deriva, constantes de tiempo, valores eléctricos máximos y impedancias parásitas y otra consideración importante puede significar la diferencia entre aplicación deficiente y exitosa del dispositivo, especialmente en los casos en que están involucrados mediciones de bajo nivel de alta resolución y precisión,

Los mayores niveles de integración permiten ahora ICs para jugar un papel importante tanto en analógico y acondicionamiento de señal digital. ADC (analógico-digital, convertidores) diseñado específicamente para aplicaciones de medición a menudo contienen en el chip programable de gananciaamplificadores (PGA) y otros circuitos útiles, tales como fuentes de corriente para la conducción de RTD, minimizando así los requisitos circuito de acondicionamiento externos.

La mayoría de las salidas de los sensores no son lineales con respecto al estímulo, y sus salidas deben ser linealizadas con el fin de producir mediciones correctas. Técnicas analógicas pueden ser utilizados para realizar esta función. Sin embargo, la reciente introducción de ADCs de alto rendimiento permite ahora linealización para hacerse mucho más eficiente y precisa en software y elimina la necesidad de calibración manual tedioso utilizando múltiples y algunas veces interactivos trimpots.

2.1 Características del sensorEl usuario potencial es generalmente obligado a hacer una selección sobre la base de las características disponibles en la hoja de datos del producto. Muchas características de rendimiento se muestranen una hoja de datos típico. Muchos fabricantes consideran que la hoja de datos debe proporcionar tanta información como sea posible. Por desgracia, esta abundancia de datos puede crear cierta confusión para un usuario potencial, en particular el nuevo usuario. Por tanto, el ingeniero de la instrumentación debe estar seguro de que él o ella entiende las características pertinentes y la forma en queafectará a la medición. Si hay alguna duda, el fabricante debe ser contactado para una aclaración.

Sensor technology handbook

Esquemas de clasificación de sensores pueden ser desde muy simple a lo complejo. Dependiendo de la finalidad de clasificación, se pueden seleccionar diferentes criterios de clasificación. Aquí, ofrezco varias formas prácticas para mirar los sensores.

1. Todos los sensores pueden ser de dos tipos: activa y pasiva. Un sensor pasivo no necesita ninguna fuente de energía adicional y genera directamente una señal eléctrica en respuesta a un estímulo externo. Es decir, la energía estímulo de entrada es convertida por el sensor en la señal de salida. Los ejemplos son un termopar, un fotodiodo, y un sensor piezoeléctrico. La mayoría de los sensores pasivos son sensores directos como los definimos antes.

Los sensores activos requieren energía externa para su funcionamiento, que se llama una señal de excitación. Esa señal es modificada por el sensor para producir la señal de salida. Los sensores activos a veces se llaman paramétrica porque sus propias propiedadescambio en respuesta a un efecto externo y estas propiedades se puede convertir posteriormente en señales eléctricas. Se puede afirmar que el parámetro de un sensor modula la señal de excitación y que la modulación lleva la información del valor medido. Por ejemplo, un termistor es una resistencia sensible a la temperatura. No genera cualquier señal eléctrica, pero haciendo pasar una corriente eléctrica a través de él (señal de excitación) su resistencia se puede medir mediante la detección de variaciones en la corriente y / o voltaje a través del termistor. Estas variaciones (presentados en ohmios) se relacionan directamente con la temperatura a través de una función de transferencia conocido. Otro ejemplo de un activosensor es un medidor de tensión resistiva en el que la resistencia eléctrica refiere a una cepa. Para medir la resistencia de un sensor, la corriente eléctrica se debe aplicar a la misma desde una fuente de alimentación externa.

2. Dependiendo de la referencia seleccionada, los sensores se pueden clasificar en absoluto y relativo. Un sensor detecta un estímulo absoluta en referencia a una escala física absoluta que es independiente de las condiciones de medición, mientras que un sensor con respecto produce una señal que se relaciona con algún caso especial. Un ejemplo de un sensor absoluto es un termistor, un resistor sensible a la temperatura. Su resistencia eléctrica se relaciona directamente con la escala de temperatura absoluta de Kelvin. Otra termopar sensor de temperatura muy popular es un sensor relativo. Se produce una tensión eléctrica, que es una función de un gradiente de temperatura a través de los cables del termopar. Por lo tanto, una señal de salida del termopar no puede estar relacionada con cualquier temperatura particular, sin hacer referencia a una línea base conocida.Otro ejemplo de los sensores absolutos y relativos es un sensor de presión. Un sensor de presión absoluta produce la señal en referencia al vacío - un cero absoluto en una escala de presión. Un sensor de presión relativa produce la señal con respectoa una línea base seleccionada que no es cero presión, por ejemplo, a la presión atmosférica.

3. Otra forma de mirar a un sensor es considerar algunas de sus propiedades que pueden ser de un interés específico. A continuación se presentan las listas de varias características de los sensores que pueden ser considerados (Tablas 1.1-1.7).

Manual de snesores modernos