Optoelectronica

La optoelectronica aplicada a la robotica

publicado por Cristian Rodrigo Figueredo Alcaraz, ExpertoAutor de Emagister.com

Capítulo 2: Optoelectronica.doc

OPTOELECTRONICA APLICADA A LA ROBOTICA

La optoelectrónica es e l nexo de unión entre los sistemas ópticos y los sistemas electrónicos. En general podría decirse que los componentes optoelectrónicos son aquellos capaces de convertir energía luminosa en eléctrica o viceversa, de ellos el mas conocido es el diodo LED ( Light emmiter diode), el cual es conocido como un dispositivo electrónico con la capacidad de emitir luz.

INTRODUCCIÓN

Un robot puede ser visto en diferentes niveles de sofisticación, depende de la perspectiva con que se mire. Un técnico en mantenimiento puede ver un robot como una colección de componentes mecánicos y electrónicos; por su parte puede pensar que un robot es una colección de subsistemas interrelacionados; un programador de cambio, simplemente lo ve como una máquina que ha de ser programada; por otro lado para un ingeniero de manufactura es una máquina capaz de realizar una tarea específica. En contraste, un científico puede pensar que un robot es un mecanismo el cual él construye para probar una hipótesis.

Un robot está formado por un conjunto de subsistemas que básicamente son de procesos, planeación, control, sensores, eléctricos y mecánicos. Desde el punto de vista del Ingeniero en Electrónica se puede analizar una parte de uno de esos subsistemas en especial, el cual sería el sistema de sensores, los cuales pueden ser químicos, mecánicos, ópticos, electrónicos, dentro de los mism os se podría seguir clasificando durante hojas y más hojas pero al ser este muy amplio se lo delimita únicamente a aquellos que han cobrado gran importancia entre los estudiosos de la electrónica, esto por su ahora facilidad de uso, disminución de costos para proyectos y prototipos tanto industriales como educativos, s e ref i er e a los dispositivos optoelectrónicos.

La finalidad no es hablar sobre robots, sino sobre los dispositivos optoelectrónicos aplicados a los mismos, su funcionamiento y variedad que es muy extensa por lo cual se expondrán los conceptos básicos, elementos más comunes y sobre todo que este acercamiento nos de el suficiente entendimiento para su uso y aplicación inmediata desde el más sencillo interruptor hasta su uso más sofisticado.

OPTOELECTRONICA

Su uso se ha extendido más allá al ampliar sus capacidades y sus prestaciones por lo cual lejos de ser una pieza de exhibición que sólo emite luz ha llegado al punto que hay tal cantidad de variantes y usos que no imaginamos cualquier tipo de sensor que no incorpore alguna de sus ventajas. Estos dispositivos responden a una frecuencia específica de radiación. Básicamente hay tres bandas en el espectro óptico de frecuencias:

- Infrarrojo: Esta banda corresponde a las longitudes de onda de la luz que son muy largas para ser vistas por el ojo humano.

- Visible: Corresponde a las longitudes de onda de las cuales responde el ojo humano. Comprende aproximadamente entre los 400nm y 800nm de longitud de onda. En esta banda están comprendidos todos los colores que el ojo humano distingue.

- Ultravioleta: Longitudes de onda que son muy cortas para ser vistas por los humanos.

El campo de la optoelectrónica se ha convertido en un área de creciente interés en la electrónica; dispositivos tales como LED´s optocopladores y fotodetectores se están construyendo ahora con una mayor capacidad de manejo de corriente. La optoelectrónica ha probado ser de alta efectividad en el campo de las comunicaciones, donde las fibras ópticas pueden manejar frecuencias mayores a las velocidades de conmutación de la electrónica de hoy en día.

COMO SE CLASIFICAN

Todos los dispositivos optoelectrónicos realizan una de dos funciones, las cuales se utilizan para su clasificación.

- Conversión De EnergíaEléctrica A Energía Radiante. Basados en la excitación por una corriente eléctrica que provoca en aquellos la emisión de energía luminosa en forma de radiaciones visibles o no. A estos dispositivos se les llama electroluminiscentes. Es importante aclarar que la mayoría de los cristales semiconductores al ser bombardeados con fotones, calor o electrones emiten luz visible o en la banda infrarroja. Sin embargo, específicamente llamamos electroluminiscentes a aquéllos que responden a la corriente eléctrica. Al aplicarle una corriente a dichos dispositivos, los electrones se mueven del material N hacia el P y se combinan con los huecos. Cuando los electrones se mueven del alto estado energético de la banda de conducción al bajo estado energético de la banda de valencia, fotones de energía son liberados. Dichos materiales pueden emitir luz visible, o como en el caso de los diodos infrarrojos, luz infrarroja.Son componentes electroluminiscentes los LED (Light Emiting Diode) y todas sus configuraciones, los diodos emisores de infrarrojos IRED (infrared Emitting Diode), diodos LASER (Light Amplification by Simulate Emision of Radiation), que producen la emisión estimulada de los fotones como una radiación monocromática y los visualizadores de cristal líquido LCD (Liquid Cristal Display).

Conversión De Energía Radiante A EnergíaEléctrica.A partir de la excitación luminosa producen o controlan cambios de energía eléctrica. Este tipo de dispositivos a menudo son llamados FOTOSENSIBLES. En este caso, la energía que entra al cristal de semiconductor excita a los electrones a niveles más altos de energía, dejando huecos atrás. Posteriormente estos electrones y huecos se alejan unos de otros, conformando una corriente eléctrica. Entre estos componentes se encuentran las LDR, fotopilas, fototiristores, fotoleds, fotodiodos y fototransistores bipolares.

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1. DISPOSITIVOS FOTOSENSIBLES

• CELULAS FOTOELECTRICAS

Las células fotoeléctricas o también llamadas células o celdas fotovoltaicas, (Fig.1) s on c omponentes electrónicos que permiten transformar la energía luminosa ( fotones ) en energía eléctrica ( electrones ) mediante el efecto fotoel�ctrico . En su forma más simple, se compone de un ánodo y un cátodo recubierto de un material fotosensible. La luz que incide sobre el cátodo libera electrones que son atraídos hacia el ánodo, de carga positiva, originando un flujo de corriente proporcional a la intensidad de la radiación. Las células fotoeléctricas pueden estar vacías o llenas de un gas inerte a baja presión para obtener una mayor sensibilidad. Una variante de la célula fotoeléctrica, el fototubo multiplicador

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