Funcionamiento de Sensores y Actuadores en Sistemas Electrónicos

Sensores y Actuadores

Transductores

Un transductor es un dispositivo que tiene la misión de recibir energía de una naturaleza eléctrica, mecánica, acústica, etc., y suministrar otra energía de diferente naturaleza, pero de características dependientes de la que recibió.

Sensores

Un sensor es un dispositivo que convierte magnitudes físicas o químicas en magnitudes eléctricas.

Características de los Sensores

• Rango de medida (rango dinámico): Valor máximo o mínimo que el sensor es capaz de medir.
• Precisión: Error de medida máximo esperado.
• Offset (desviación de cero): Valor de la variable de salida cuando la variable de entrada es cero.
• Linealidad: Desviación respecto a una línea recta entre la entrada y la salida.
• Sensibilidad: Es la mínima magnitud en la señal de entrada requerida para producir una determinada magnitud en la señal de salida.
• Resolución: Mínima variación de la magnitud de entrada que puede detectarse.
• Rapidez de respuesta: Capacidad de seguir las variaciones de la entrada.
• Derivas: Otras magnitudes que influyen en la salida. Existen dos tipos: derivas temporales y derivas por temperatura.
• Repetitividad: Error esperado al repetir varias veces la misma medida.

Tipos de Sensores según la Variable de Salida

• Analógicos: Aquellos que dan una señal continua en el tiempo y en la magnitud (infinitos valores de magnitud y tiempo).
• Digitales: Aquellos que son discretos en el tiempo y en la magnitud.

Proceso de Conversión Analógico a Digital (ADC)

Este proceso permite que los microcontroladores puedan tratar los datos provenientes de los sensores.

Etapas de la Conversión

• Proceso de muestreo: Se toman muestras de la señal analógica (basado en el Teorema del muestreo).
• Cuantización: Asignamos el valor de tensión más próximo según algún criterio.
• Codificación: Asignar un código digital al valor de cuantización.

(Repetición del proceso según documento original):

• Proceso de muestreo: Se toman muestras de la señal analógica (Teorema del muestreo).
• Cuantización: Asignamos el valor de tensión más próximo según algún criterio.
• Codificación: Asignar un código digital al valor de cuantización.

Fórmula fundamental: Fs = 2BW = 2FMax (donde BW representa todas las frecuencias de la señal).

Proceso de Cuantización + Codificación

Se asigna un nivel de tensión a la muestra y se le otorga un código digital.

Problema 01

Supongamos que tenemos un sensor analógico que varía con un periodo máximo de 1000 s. ¿Cuál será la frecuencia de muestreo necesaria para recuperar la señal completamente?

Solución:
Fmax = 1 / 1000 = 0.001 Hz (1 mHz) → Fs = 2 mHz

Tipos de Sensores según la Magnitud Medida

• Temperatura
• Humedad
• Lux (Luminosidad)
• Campo magnético