Detector de luz

Es un sensor que consiste en una resistencia, la cual varia su valor según la intensidad  de luz que recibe en su terminal óptico. LDR es el acrónimo de su nombre en ingles  (light-dependent resistor). Comercialmente, son conocidos como LDR o Fotoresistencia, y varían en su valor nominal de resistencia, éste es un detalle importante al momento de sustituirlo en un circuito existente o al momento de acondicionarlo para ser utilizado.

   

 Aplicación

    Las aplicaciones de este dispositivo, son muy diversas, se puede aplicar como un detector de luz de día, ser el detector del haz de luz de un láser en una barrena, en robótica se utiliza como los ojos de robots seguidores de luz, entre otros, como siempre Recuerden que la utilización de un dispositivo solo esta limitada por las características del mismo y la imaginación, no todo esta escrito no todo esta inventado.

Funcionamiento

El funcionamiento de este dispositivo es muy simple y no es mucho lo que se puede decir de el, es una resistencia que varia su valor en función a la luz que recibe en su terminal óptico, se rige por la ley de Ohm y la potencia para la cual fue construido. En el mercado existen de 10k, 100k, 1M, entre otros.

Circuitos de polarización y acondicionamiento

   En general este sensor es acondicionado con un divisor de voltaje o puente de weston, con los cuales podemos obtener valores en rangos lineales para poder trabajar con ellos correctamente.

Circuito de acondicionamiento del LDR. A a izquierda, a medida que aumenta la luz, el
voltaje Vo disminuye. a la derecha  a medida que aumenta la luz el voltaje Vo aumenta

   Las resistencias de polarización dependerán de los voltajes, corrientes y potencias que se estén utilizando en el montaje.

Sensor de luz con umbral de disparo.

   En caso de necesitar que el LDR active en cierto nivel, a la salida del divisor, se le puede agregar en cascada, un comparador de voltaje, el cual dispare en el valor programado en el pin de referencia (Vref), como se muestra en la imagen a la derecha; en este caso la salida del OPAM, tomará el valor de V+ cuando el voltaje de salida del divisor sea mayor que el voltaje de referencia y tomará el valor de V- en caso contrario. Cuando el LDR es configurado de esta manera no importa mucho cual de los modelos anteriores se utilice, ya que en la salida que vamos a observar veremos dos únicos valores posibles, el voltaje V+ o el voltaje V-, los cuales estarán definidos por la polarización del OPAM.

Video de muestra de funcionamiento 

Proximamente...

Ojo monocromatico

    Ésta es una variedad de sensores infrarrojos, la cual en sus versiones comerciales esta constituida por un emisor de luz infrarroja (un led) y un receptor infrarrojo (por lo general un foto transistor).

Configuración básica de este tipo de sensor

    Las versiones comerciales más comunes y utilizadas son el CNY70, el QRD1114 y el TCRT1000.

Aplicación.

    Este sensor es utilizado comúnmente para sensar el cambio de estado entre blanco y negro, útil para robots seguidores de linea, sensar estado de puertas, lectura y seguimiento de encoders, entre otras aplicaciones en la que se podría destacar. Recuerden que la utilización de un dispositivo solo esta limitada por las características del mismo y la imaginación. 

Principio de funcionamiento

Funcionamiento.

  El funcionamiento de los modelos mencionados o similares, es en extremo parecido y cumplen con el mismo principio; sensar el haz de luz infrarroja emitido por el led (en este caso de 950nm), por medio de la foto reflexión sobre una superficie. El sensado lo hace a través del fototransistor, el mismo según sea su circuito de polarización, entregará una respuesta para ser interpretada ya sea por un micro controlador o cualquier otro circuito, diseñado para tal fin.

    Las características eléctricas para el emisor son un voltaje de diodo entre 1,25v < Vak < 1,6v  y una corriente Id = 50 mA. Para el Detector se especifica una corriente de colector máxima Ic = 1 mA. El alcance oscila entre 3mm y 8mm, dependiendo de la polarización, pero comúnmente se implementan para trabajar a 5mm de la superficie por la ganancia que es capaz de entregar el fototransistor.

   La salida de estos sensores es netamente análoga y es en función de la luz captada por la base del fototransistor, el circuito de acondicionamiento y polarización puede ser diseñado para obtener esta señal análoga o una señal digital.

    Con estos valores, de polarización entregados por el fabricante, podemos  instalar el sensor en un circuito que nos permita obtener el resultado del la reflexión.

Circuitos de polarización y acondicionamiento
    Este tipo de sensores, tradicionalmente puede ser conectado de dos maneras, utilizando lógica tradicional o lógica negada.

Ojo monocromático polarizado con lógica tradicional, a la izquierda
en presencia de negro, a la derecha en presencia de blanco.

   En la imagen de la izquierda, podemos observar este sensor configurado con lógica tradicional, es decir, si el sensor esta en presencia de blanco su salida será alta y si esta en presencia de negro su salida sera baja; ésto quiere decir que si el sensor se coloca en presencia de una superficie blanca, la luz emitida por el led infrarrojo es reflejada por la superficie y absorbida por la base del transistor (activandola), por ende el mismo entra en la región de saturación, permitiendo el paso de la corriente desde el colector al emisor, esto hace que en el colector solo observemos el voltaje Vce, el cual es muy pequeño y la salida se interpreta como un  bajo.  En caso contrario si la superficie es negra, la luz infrarroja emitida es absorbida por la superficie y la base del transistor no es excitada, por lo tanto el transistor entra en la región de corte impidiendo el paso de corriente entre colector y emisor y la salida se interpreta como un alto. 

Ojo monocromático polarizado con lógica negada, a la izquierda
en presencia de negro, a la derecha en presencia de blanco.

    En la imagen de la derecha, podemos observar este sensor configurado con lógica negada, es decir, si el sensor esta en presencia de blanco su salida será alta y si esta en presencia de negro su salida sera baja; ésto quiere decir que si el sensor se coloca en presencia de una superficie blanca, la luz emitida por el led infrarrojo es reflejada por la superficie y absorbida por la base del transistor (activandola), por ende el mismo entra en la región de saturación, haciendo así un corto virtual entre colector y emisor, esto hace que en el emisor aparezca el voltaje de polarización menos el Vce (el cual es muy pequeño y puede despreciarse), permitiendo que en la salida aparezca el voltaje de polarización y se pueda interpretar como un alto.      En caso contrario si la superficie es negra, la luz infrarroja emitida es absorbida por la superficie y la base del transistor no es excitada, por lo tanto el transistor entra en la región de corte impidiendo el paso de corriente entre colector y emisor, haciendo que la corriente por el emisor sea muy pequeña y  no proporcione una caída de tensión suficiente para elevar el voltaje en la resistencia, permitiendo que la salida se interprete como un bajo. 

   

    Los valores de las resistencias R1 y R2, dependerán del voltaje de polarización utilizado y las corrientes con las que se desee trabajar. Se debe tener en cuenta que los dispositivos electrónicos poseen características eléctricas diferentes las cuales debemos respetar para su correcto funcionamiento y protección de los mismos.

    La salida de estas configuraciones, las podemos convertir a salidas lógicas (alto y bajo), colocando a su salida una compuerta smith trigger de la familia TTL o de la familia CMOS, con esto eliminamos los valores de voltaje intermedios, con los cuales podemos obtener lecturas o interpretaciones erróneas. 

Videos de demostración de funcionamiento

Proximamente... 

Datasheet Componentes

• CNY70
• QRD1114
• TRCT1000

Sensores, de verdad son necesarios???

En muchas ocasiones, desde el punto de vista electrónico necesitamos solventar situaciones y para ello necesitamos que la electrónica este enterada de lo que sucede en su alrededor, es decir, requerimos conocer determinada magnitud, posición, temperatura, etc...

En la vida cotidiana estamos rodeados de sensores por todos lados, inclusive los utilizamos hasta sin darnos cuenta, por ejemplo en este momento tu como lector, estás utilizando tus ojos para ver y leer ésta publicación y con ello estas utilizando uno de los sensores mas sofisticados conocidos, capaces de detectar luz, figuras, color, profundidad, movimientos, etc... Desde el punto de vista electrónico, es muy complicado captar todos estos atributos, para poder por lo menos acercarnos a este grado de sofisticación, pero todos los días en diferentes partes del mundo, se trabaja en ello para lograrlo.

En la electrónica los sensores se diseñan para sensar un conjunto de atributos o magnitudes, de manera específica, es decir, la mayoría de los sensores que existen son sensores especializados en una sola magnitud y los que son capaces de captar mas de una magnitud, requieren cierto nivel de electrónica, software y firmware, es decir se hace mas complicada y costosa su uso e implementación.

Hoy en día todos deseamos que cualquier producto que adquirimos, sea capaz a su manera de interactuar con nosotros, y ademas de ésto que funcione de manera automática y autónoma, en pocas palabras que en lo posible no requiera de nuestra intervención para tomar las decisiones correctas y solucionar las situaciones que se presenten. Para que esto suceda esos productos necesitan primero, de algún nivel de inteligencia y de sensores, los cuales combinados realizan lo que deseamos.

Los sensores los podemos dividir por la magnitud que son capaces de medir, por ejemplo, sensores de luz,  presión, temperatura, caudal, distancia, humedad, gases, presencia, magnetismo y cada uno de ellos utiliza diferentes técnicas y propiedades para lograrlo y hay que entrar en detalle en cada uno de ellos para darnos cuenta.

La variedad de sensores, existentes hoy en día es por mucho bastante amplia y está en la experiencia del diseñador en saber cual utilizar para resolver el problema al que se esta enfrentando, ésto intentando en lo posible, manteniendo los costos bajos, e intentando no sub utilizar el sensor ya que seria un diseño poco eficiente.

En los próximos post se intentara desarrollar un poco de teoría (la necesaria), diseño y electrónica para algunos tipos de sensores, con la finalidad de facilitar el entendimiento de los mismos y complementar el entendimiento de esta importante rama de ciencia y la ingeniería.

La pagina esta en construcción

Por el momento, no existe información próximamente estará la información del proyecto completo de LithiumBot, robot autómata creado y diseñado bajo el reglamento de Ulabots 2011, competencia de robótica a realizarse los días 16,17 y 18 de noviembre en la faculta de ingeniería de la universidad de los Andes