CONCEPTOS BÁSICOS DE SEÑALES

CONCEPTOS BÁSICOS DE SEÑALES

Una señal es una cantidad que varia en el tiempo y que por lo tanto contiene información. Por ejemplo la variación de la temperatura media de una ciudad durante un periodo de 24 horas constituye una señal, medida en grados centígrados.

Una señal analóga es aquella funcion matematica continua en la que es variable su amplitud y periodo (representando un dato de información) en función del tiempo. Algunas magnitudes físicas comúnmente portadoras de una señal de este tipo son eléctricas como la intensidad, la tensión y la potencia, pero también pueden ser hidráulicas como la presión, térmicas como la temperatura, mecánicas, etc.

Se dice que una señal es digital cuando las magnitudes de la misma se representan a través de valores discretos en lugar de variables continuas. Por ejemplo, el interruptor de la luz sólo puede tomar dos valores o estados: abierto o cerrado, o la misma lámpara: encendida o apagada.

Los sistemas digitales , como por ejemplo el computador , usan lógica de dos estados representados por dos niveles de tensión eléctrica , uno alto, H y otro bajo, L (de High y Low, respectivamente, en inglés). Por abstracción, dichos estados se sustituyen por ceros y unos, lo que facilita la aplicación de la lógica y laaritmética binaria. Si el nivel alto se representa por 1 y el bajo por 0, se habla de lógica positiva y en caso contrario de lógica negativa.

Cabe mencionar que además de los niveles, en una señal digital están las transiciones de alto a bajo o de bajo a alto, denominadas flanco de subida o de bajada, respectivamente. En la siguiente figura se muestra una señal digital donde se identifican los niveles y los flancos.

Señal digital: 1) Nivel bajo, 2) Nivel alto, 3) Flanco de subida y 4) Flanco de bajada.

Es conveniente aclarar que, a pesar de que en los ejemplos señalados el término digital se ha relacionado siempre con dispositivos binarios, no significa que digital y binario sean términos intercambiables. Por ejemplo, en el código Morse , se utilizan, para el envío de mensajes por telégrafo eléctrico , cinco estados digitales que son:

Punto , raya, espacio corto (entre letras), espacio medio (entre palabras) y espacio largo (entre frases)

Referido a un aparato o instrumento de medida, se dice que es digital cuando el resultado de la medida se representa en un visualizador mediante números (dígitos) en lugar de hacerlo mediante la posición de una aguja, o cualquier otro indicador, en una escala.

Las señales se pueden analizar en el dominio del tiempo, en donde sus parámetros más importantes son el valor máximo, el valor mínimo, el valor promedio, el periodo y en el dominio de la frecuencia en donde el parámetro más relevante es el espectro de frecuencia.

CONCEPTOS BÁSICOS DE SENSORES

La instrumentación y la teoría de control basan sus desarrollos en la necesidad de adquirir señales que provienen del medio con el fin de ser procesadas y analizadas.

Siempre será conveniente que el ingeniero integrador de sistemas tenga presente que toda instrumentación comienza con el sensor, un buen conocimiento de éstos traerá como consecuencia proyectos seguros, óptimos y rentables.

El sensor tiene como función básica adquirir señales provenientes de sistemas físicos para ser analizadas, por lo tanto se podrán encontrar en el medio tantos sensores como señales físicas requieran ser procesadas.

Basados en el principio de conversión de energía el sensor tomará una señal física (fuerza, presión, sonido, temperatura, etc.) y la convertirá en otra señal (eléctrica, mecánica óptica, química, etc.) de acuerdo con el tipo de sistema de instrumentación o control implementado.

El sensor es por lo tanto un convertidor de energía de un tipo en otro. Los más comunes de las conversiones son a energía eléctrica, mecánica o hidráulica. Los sensores que convierten unas señal física cualquiera a una eléctrica son generalmente llamados sensores. Los que convierten una señal eléctrica en otro tipo de señal son denominados actuadores. Algunos autores llaman a los primeros transductores de entrada y a los segundos transductores de salida. Sin embargo la Sociedad Americana de Instrumentación (ISA), define el sensor como sinónimo de transductor.

A pesar de que pueden existir decenas de clasificaciones para los sensores, tomaremos a manera de guía las siguientes.

Atendiendo al tipo de señal de entrada.

Los sensores pueden ser clasificados dependiendo del tipo de señal al cual responden.

Mecánica: Ejemplos: longitud, área, volumen, masa, flujo, fuerza, torque, presión, velocidad, aceleración, posición, acústica, longitud de onda, intensidad acústica.

Térmica: Ejemplos: temperatura, calor, entropía, flujo de calor.

Eléctrica: Ejemplos: voltaje, corriente, carga, resistencia, inductancia, capacitancia, constante dieléctrica, polarización, campo eléctrico, frecuencia, momento dipolar.

Magnética: Ejemplos: intensidad de campo, densisdad de flujo, momento magnético, permeabilidad.

Radiación: Ejemplos: intensidad, longitud de onda, polarización, fase, reflactancia, transmitancia, índice de refractancia.

Química: Ejemplos: composición, concentración, oxidación/potencial de reducción, porcentaje de reacción, PH.

Atendiendo al tipo de señal entregada por el sensor

Sensores análogos.

La gran mayoría de sensores entregan su señal de manera continua en el tiempo. Son ejemplo de ellos los sensores generadores de señal y los sensores de parámetros variables

Sensores digitales.

Son dispositivos cuya salida es de cara´cter discreto. Son ejemplos de este tipo de sensores: codificadores de posición, codificadores incrementales, codificadores absolutos, los sensores autoresonantes (resonadores de cuarzo, galgas acústicas, cilindros vibrantes, de ondas superficiales (SAW), caudalímetros de vórtices digitales), entre otros.

Atendiendo a la naturaleza de la señal eléctrica generada.

Los sensores dependiendo de la naturaleza de la señal generada pueden ser clasificados en:

Sensores pasivos:

Son aquellos que generan señales representativas de las magnitudes a medir por intermedio de una fuente auxiliar. Ejemplo: sensores de parámetros variables (de resistencia variable, de capacidad variable, de inductancia variable).

Sensores activos o generadores de señal:

Son aquellos que generan señales representativas de las magnitudes a medir en forma autónoma, sin requerir de fuente alguna de alimentación. Ejemplo: sensores piezoeléctricos, fotovoltaícos, termoeléctricos, electroquímicos, magnetoeléctricos.

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