Sensores de distancia
(136)Los sensores de distancia son componentes electrónicos de uso común en muchas industrias. En primer lugar, en la automatización industrial y la robótica, pero los encontramos comúnmente en la vida cotidiana. Muchos dispositivos y máquinas, como automóviles y ascensores, contienen sensores de distancia que le permiten implementar características y funciones de seguridad, como asistente de estacionamiento o control de crucero adaptativo. En condiciones industriales, los sensores de distancia permiten detectar la posición de un objeto en la línea de producción/transmisión, posicionar el objeto colocado en la máquina herramienta, determinar su tamaño, etc. Los constructores y diseñadores seleccionan el tipo de componente adecuado estrictamente en función de las características. de la aplicación, la precisión requerida, la velocidad de funcionamiento y el sistema en el que el sensor desempeñará su función. Echemos un vistazo a los parámetros básicos de los sensores que deben tenerse en cuenta al buscar la solución adecuada.
Cómo funcionan los sensores de distancia – tecnología y clasificación genérica
Los sensores de distancia suelen constar de tres elementos: un controlador, un emisor y un receptor. El controlador utiliza un transmisor para enviar una señal (acústica, electromagnética) y luego "espera" a que la onda rebote en la superficie más cercana y se registre frente al receptor. La medición se puede realizar de dos formas. (1) Dado el tiempo y la velocidad de la onda, el controlador calcula la distancia recorrida por la señal y luego envía esta información al dispositivo maestro. (2) Otro método es registrar la intensidad de la luz reflejada (cuanto más débil es la onda de retorno, mayor es la distancia que registra el sensor). La división básica de los sensores se basa en el tipo de señal emitida.
Sensor de distancia láser
La ventaja indudable de los sensores láser es la precisión y el alcance: el haz emitido se envía a un punto definido con precisión y su buena propagación permite la detección de objetos ubicados a una distancia de incluso varias decenas de metros. Simultáneamente: el muestreo se puede realizar con una frecuencia de varios cientos de hercios. En proyectos donde el precio del elemento utilizado no juega un papel clave, el sensor de distancia láser suele ser la mejor solución posible.
Sensores de distancia reflectantes e infrarrojos
Los sensores reflectantes son un nombre poco apropiado porque, como se describió anteriormente, la detección de distancia generalmente se realiza reflejando algún tipo de señal. Los elementos de estos tipos utilizan diodos emisores de radiación IR (es decir, infrarrojos) y un detector, por ejemplo, un fototransistor. En comparación con un rayo láser, la señal es más débil y dispersa. Por un lado, esto limita la precisión de la medición y la distancia máxima; por otro lado, permite la construcción de sensores que detectan objetos presentes en un campo mucho más amplio (se les puede llamar convencionalmente el "campo de visión del sensor"). Este tipo de sensores se utilizan, entre otros como "sensores de desnivel" que permiten que la máquina no se caiga; esta función se encuentra, por ejemplo, en las aspiradoras automáticas. El rango y la precisión se mejoran mediante el uso de una serie de optoacopladores (del inglés: sensor array) en un solo módulo. Equipado con muchas salidas, el circuito permite, por ejemplo, detectar movimiento paralelo al plano del sensor (medición de velocidad). Cabe señalar aquí que los sensores de reflexión que registran la intensidad de la señal de retorno son perfectos para detectar superficies oscuras que absorben la luz. Por lo tanto, se utilizan para detectar líneas impresas o contar pulsos en codificadores que controlan la velocidad de rotación y la posición del eje (sensores de ranura).
Sensor de distancia ultrasónico
Los sensores ultrasónicos, a diferencia de los fotodetectores descritos anteriormente, utilizan la propagación de ondas acústicas. Esta solución tiene varias ventajas. En primer lugar, el sensor puede detectar objetos hechos de materiales transparentes y líquidos. El circuito que controla el nivel del agua en el tanque puede servir como un prosaico ejemplo de uso. A medida que vibra el emisor piezoeléctrico, un efecto secundario (pero deseable) de su funcionamiento es limpiar el sensor, especialmente del polvo y el deslustre. En el caso de un sensor láser, una contaminación similar podría dar lugar a lecturas erróneas. Los sensores ultrasónicos son fáciles de implementar, también son productos asequibles, lo que los hace populares entre los constructores aficionados, especialmente en la construcción de robots autopropulsados (detección de obstáculos).
Interfaz del sensor de distancia
La segunda consideración clave al considerar la selección de un sensor de distancia es el tipo de interfaz. La división básica es, por supuesto, salida analógica o digital.
Salida analógica
Gracias a la salida analógica (corriente o voltaje), el sistema de control (por ejemplo, microcontrolador) tiene acceso directo a las lecturas del sensor y puede analizar, corregir, calibrar y compensar la medición frente a factores ambientales. También facilita la calibración del sensor por software. Además, el constructor puede usar la señal analógica para generar interrupciones, de modo que exceder el valor establecido resultará en una reacción inmediata del sistema de control. La interfaz analógica más común es en el caso de los sensores de reflexión: la salida puede ser, por ejemplo, un colector de fototransistor.
Interfaz digital
La ventaja indudable de las interfaces digitales es su resistencia a la radiación electromagnética y la limitación del número de cables necesarios. En el caso de la interfaz analógica, cada sensor ocupa una línea del controlador (o multiplexor, convertidor A/C). El uso de un método de transmisión como, por ejemplo, I2C permite (teóricamente) conectar literalmente cientos de sensores a una línea. Las interfaces digitales son una solución deseable en entornos industriales, ya que permiten una fácil integración con los sistemas de control existentes.
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