Los transductores y sensores

Introducción

Los transductores y sensores desempeñan un papel fundamental en la recopilación de datos en una amplia variedad de aplicaciones, desde la monitorización de la salud hasta el control de procesos industriales y la exploración espacial. Estos dispositivos son elementos clave en la interfaz entre el mundo físico y el mundo digital, ya que convierten señales físicas, como temperatura, presión, luz o movimiento, en señales eléctricas que pueden ser procesadas y utilizadas para tomar decisiones o realizar mediciones precisas.

Los transductores son dispositivos que realizan la conversión de una forma de energía a otra. Pueden convertir señales mecánicas, térmicas, ópticas, químicas, y muchas otras, en señales eléctricas. Por otro lado, los sensores son una categoría de transductores que se centran en la detección y medición de variables específicas del entorno, como la temperatura, la humedad, la presión, la luz, el sonido y otros parámetros físicos.

En este contexto, exploraremos cómo funcionan los transductores y sensores, sus aplicaciones en diversos campos, y cómo su evolución tecnológica ha permitido avances significativos en la recopilación de datos y el control de sistemas en tiempo real. Además, discutiremos la importancia de estos dispositivos en la era de la Internet de las Cosas (IoT) y cómo están dando forma a un mundo más conectado y automatizado.

transductores y sensores

transductores

Un transductor es un dispositivo utilizado para convertir una señal de un fenómeno físico (temperatura, humedad, sonido, presión, caudal, etc.) en otra señal correspondiente, pero de una naturaleza física diferente. O sea, convierte una señal física de un tipo en otra señal de otro tipo distinto.

por ejemplo, en electroacústica nos interesamos por aquellos capaces de realizar una transformación entre energía de naturaleza acuática r energía de naturaleza eléctrica y viceversa.

Transductores son elementos que transforman una magnitud física en una señal eléctrica. Se pueden clasificar en dos grupos: Activos y pasivos. Son transductores activos los que hay que conectar a una fuente externa de energía eléctrica para que puedan responder a la magnitud física a medir como por ejemplo las fotorresistencias y termo resistencias, y son pasivos los que directamente dan una señal eléctrica como respuesta a la magnitud física como los fotodiodos y las sondas de pH.

Para qué sirve un transductor

Un transductor sirve para convertir una forma de energía en otra. Su función principal es convertir una señal física, como la temperatura, la presión, la luz, el sonido o el movimiento, en una señal eléctrica que puede ser procesada, registrada, transmitida o utilizada para diversas aplicaciones. Los transductores son componentes clave en la interfaz entre el mundo físico y el mundo digital, y desempeñan un papel fundamental en una amplia gama de aplicaciones en campos como la ciencia, la industria, la medicina, la automoción, la aeroespacial y la electrónica de consumo.

Debido a su capacidad de adaptación y su función esencial de adaptación a todo tipo de equipos a nivel energético, sus aplicaciones varían desde usos en industrias químicas, salud y medicina, robótica, agricultura y sistemas eléctrico-electrónicos.

¿Cómo funciona?

El funcionamiento se basa en energías de entrada y de salida. Las energías de entrada más comunes que recibe son: calor, sonido, y luz. Éstas son transformadas en señales de salida captadas por los medidores. Es así como se puede tener registro de grandes magnitudes físicas en un proceso controlado. 

Además de esto, existen parámetros del funcionamiento del transductor que a continuación definiremos:

Exactitud. - Se refiere al verdadero valor de la variable a detectar sin errores sistemáticos en la medición. Debe ser lo más alta posible.

Precisión. - Al igual que la exactitud, la precisión debe ser lo más alta posible. Este parámetro se define como la existencia o no existencia de una pequeña variación aleatoria en la medición de una variable.

Rango de funcionamiento. - Las características fundamentales con las que debe de cumplir este parámetro son: exactitud, precisión y amplitud.

Velocidad de respuesta. - Es la capacidad que tiene de responder a los cambios en la variable detectada por un tiempo corto, preferentemente instantáneo.

Calibración. - Debe ser aplicada pocas veces o casi nunca. Y cuando se requiera debe ser fácil de calibrar.

Fiabilidad.- Este parámetro se mide por las pocas ocasiones en las que el dispositivo de medición falla. 

PARÁMETROS GENERALES DE UN TRANSDUCTOR

Al aplicar una determinada magnitud a la entrada de un transductor, excitación, se obtiene

una magnitud a la salida, respuesta. Excitación y respuesta se relacionan a través de la función de

transferencia que es característica de cada transductor. Dado que nuestra aplicación se realiza en un ancho de banda grande esta función de transferencia puede venirnos dada a través del Diagrama de Bode, donde es posible la observación de la respuesta en amplitud y fase en función de la frecuencia.

La función de transferencia depende de las condiciones de excitación y de las condiciones

de medida. Por ejemplo, la presión acústica obtenida de un altavoz depende de la excitación,

potencia (Tensión y corriente eléctrica aplicadas), de la posición de medida (distancia y dirección),

de las condiciones de montaje (sobre pantalla, libre, en caja acústica, etc.), del medioambiente

acústico (campo libre, presencia de un sólido reflectante, sala anecoica, etc.), de la temperatura y la presión atmosféricas. En resumen de las condiciones eléctricas, mecánicas y acústicas. Luego, a una frecuencia determinada y en condiciones dadas, la respuesta de un transductor es la relación entre las magnitudes de entrada (excitación) y las de salida (respuesta). En aquellos casos donde consideramos como magnitud de salida a la potencia mecánica o acústica y de entrada a la potencia eléctrica se define la Eficiencia o Rendimiento:

[pic 1]

Si consideramos como magnitud de salida la tensión eléctrica y como entrada la fuerza

mecánica aplicada definimos la sensibilidad como:

[pic 2]

En el comportamiento de un transductor y como resultado de los procesos no lineales que

intervienen en la conversión de energía podemos encontrar alinealidades. Sin embargo, siempre es posible encontrar un margen donde verifican linealidad, esto suele conseguirse para pequeñas

amplitudes de las magnitudes de entrada o bien para pequeñas dinámicas de las mimas mediante

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