10 Sensores Especiales

DOMÓTICA

Automatismos, Robótica y Domótica

Sensores Especiales (2)
Hall, Capacitivos, Opticos, Contacto, etc.
En la edición anterior comenzamos a explicar los diferentes tipos de sensores utilizados en robótica, detallando los sensores de posición, en este artículo describiremos el funcionamiento de otros sensores que suelen ser empleados para distintas aplicaciones.

Autor de esta Nota: VíctorR. González Fernández,
Profesor de Tecnología, Dr. en Física,
Ingeniero Téc. de Telecomunicaciones, Investigador de la Universidad de Valladolid, http://cfievalladolid2.net/tecno/cyr_01.

Sensores de Efecto Hall
El efecto Hall relaciona la tensión
entre dos puntos de un material conductor o semiconductor con un campo magnético a través del material.
Cuando se utilizan por sí mismos, los
sensoresde efecto Hall sólo pueden
detectar objetos magnetizados. Sin
embargo, cuando se emplean en
conjunción con un imán permanente
en la configuración tal como la indicada en la figura 1, son capaces de
detectar todos los materiales ferromagnéticos. Cuando se utilizan de
dicha manera, un dispositivo de efecto Hall detecta un campo magnético
intenso en ausencia de un material
ferromagnético en el campocercano.
Cuando dicho material se lleva a la

proximidad del dispositivo, el campo
magnético se debilita en el sensor
debido a la curvatura de las líneas
del campo a través del material.
La figura 1 muestra una imagen,
tomada de un dibujo original de Wikipedia y modificada para ilustrar este
fenómeno y la ubicación de un sensor en un mecanismo.
Los sensores de efecto Hall están basados en elprincipio de una
fuerza de Lorentz que actúa sobre
una partícula cargada que se desplaza a través de un campo magnético.
Esta fuerza actúa sobre un eje perpendicular al plano establecido por la
dirección de movimiento de la partícula cargada y la dirección del campo. Es decir, la fuerza de Lorentz viene dada por F = q(v x B), en donde

Saber Electrónica
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q es la carga, v es el vector de velocidad, Bes el vector del campo magnético y x indica el producto vectorial. Al llevar un material ferromagnético cerca del dispositivo de imán semiconductor disminuirá la intensidad
del campo magnético, con la consiguiente reducción de la fuerza de Lorentz y, finalmente, la tensión a través del semiconductor. Esta caída en
la tensión es la clave para detectar la
proximidad con sensores de efecto
Hall. Lasdecisiones binarias con respecto a la presencia de un objeto se
realizan estableciendo un umbral de
la tensión fuera del sensor.
Además, la utilización de materiales semiconductores permite la
construcción de circuitos electrónicos para amplificación y detección

Sensores Especiales para Robots
directamente en el propio
sensor, con lo que se reduce
el tamaño y el costo del mismo.

Figura 1Sensores Capacitivos
A diferencia con los sensores inductivos y de efecto
Hall que detectan solamente
materiales ferromagnéticos,
los sensores capacitivos son
potencialmente
capaces
(con diversos grados de
sensibilidad) de detectar todos los materiales sólidos y
líquidos. Como su nombre
indica, estos sensores están
basados en la detección de
un cambio en la capacidad
inducido por una superficie
que selleva cerca del elemento sensor.
La figura 2 muestra el circuito de un sistema que emite sonido cuando se detecta la proximidad de un objeto, en base a la inclusión de un sensor capacitivo.
El elemento sensor es un condensador constituido por un electrodo sensible y un electrodo de referencia. Estos electrodos pueden ser,
por ejemplo, un disco y un anillo metálicos separados por un materialdieléctrico. Una cavidad de aire seco se

suele colocar detrás del elemento capacitivo para proporcionar aislamiento. El resto del sensor está constituido por circuitos electrónicos que pueden incluirse como una parte integral
de la unidad, en cuyo caso suelen
estar embebidos en una resina para
proporcionar soporte mecánico y sellado.
La figura 3 muestra algunos mo-

delos comerciales de sensores...