TRANSDUCTORES ELECTRÓNICOS

Optativa Ingeniero Electrónico. 6 Créditos. 2º-Cuatrimestre

    Dependiendo de la procedencia del alumno, habrá cursado una o más asignaturas dedicadas a la instrumentación electrónica, como mínimo la que se ha de cursar como troncal en la titulación de Ingeniería Electrónica de la UMA. Muchos alumnos pueden pensar que esta asignatura se reduce a una reiteración de contenidos, y esto les puede atraer (así la asignatura será fácil de superar), o bien puede hacerles pensar que no merece la pena cursarla. En este sentido, y aunque el temario pueda empezar con temas bastante trillados como los sensores resistivos y su acondicionamiento, la asignatura trata de profundizar y refrescar brevemente esos conceptos ya aprendidos, pero sobre todo ampliar centrándose en temas que usualmente se enseñan de una forma más superficial en asignaturas previas por falta de tiempo. Así, el acondicionamiento de sensores de reactancia variable, los sensores inteligentes y avanzados, y la introducción de actuadores avanzados suponen el grueso de la aportación de la asignatura. El mundo de los sensores y actuadores es amplísimo y complejo, hay miles de sensores diferentes en el mercado y muchísimas publicaciones especializadas. Gracias al avance de las tecnologías de integración, aparecen sensores y actuadores cuyo tamaño es del orden de fracciones de milímetro y cuyo acondicionamiento, o parte de él, se integra en el mismo substrato que el dispositivo. Asimismo, sensores tradicionales como el LVDT o los sensores basados en ultrasonidos no son desplazados por aquellos de última generación, sino que conviven gracias a su propio nicho de aplicación. Es opinión del profesor de la asignatura, que la electrónica a nivel de circuito tiene en las asignaturas que tratan los sensores y los actuadores su entorno natural, ya que casi todo el procesamiento de información se hace actualmente por circuitos digitales, microcontroladores o DSPs, y es en la interfaz con el mundo externo, es decir con sensores y actuadores, donde encontramos la electrónica en su concepción más tradicional. Por lo tanto, creo que esta asignatura es muy interesante para un futuro ingeniero electrónico, que la disfrutará y encontrará en ella conocimientos que podrá aportar como experto formado en electrónica.

Tema I. Fundamentos
Introducción a los sensores. Presentación. Clasificación y principios de transducción. Características de los sensores. Acondicionamiento de la señal procedente de los sensores. Criterios para la elección de los sensores.

Tema II. Sensores Resistivos
Sensores resistivos. Potenciómetros. Galgas extensiométricas. RTDs. Termistores. Magnetorresistencias. LDRs. Higrómetros resistivos. Quimiorresistores. Divisor de tensión. Puente de Wheatstone. Técnicas de linealización. Técnicas de compensación. Alimentación. Amplificación.

Tema III.  Sensores de Reactancia Variable y Electromagnéticos
Sensores de reactancia variable y electromagnéticos. Sensores capacitivos. Sensores inductivos. Sensores electromagnéticos. Puentes de alterna. Amplificadores de portadora. Acondicionadores específicos para sensores capacitivos.

Tema IV. Otros Sensores
Otros tipos de sensores. Sensores generadores. Sensores digitales. Sensores autorresonantes. Sensores basados en uniones semiconductoras. sensores basados en transistores MOSFET. Sensores basados en dispositivos CCD. Sensores basados en ultrasonidos. Sensores basados en fibras ópticas.

Tema V. Sensores Inteligentes y Comunicación
Sensores inteligentes y comunicación. Concepto de sensor inteligente. Osciladores variables. Conversión tensión-frecuencia. Medidas de frecuencia. Comunicación. Matrices de sensores.

Tema VI. Actuadores de Silicio y Piezoeléctricos
Actuadores avanzados. Refrigeradores de Peltier. Actuadores basados en el efecto Piezoeléctrico. Tecnologías de fabricación de microsensores y microactuadores. Principios de actuación en microactuadores. Microactuadores.

Práctica I.

Termómetro basado en unión p-n: calibración y caracterización dinámica. Básicamente se polariza una unión p-n con una fuente de intensidad constante, y se explota la dependencia de la caída de tensión en la unión con la temperatura para construir un termómetro. Con un refrigerador de Peltier se generan distintas temperaturas y con el termopar de un multímetro digital se calibra la sonda basada en unión p-n. Finalmente, con un osciloscopio digital se mide la respuesta dinámica ante un cambio brusco en la temperatura de la sonda y se mide la constante de tiempo.

Práctica II.

Sensor capacitivo angular y pseudopuente de alterna. Se utiliza un condensador variable solidario a un transportador de ángulos y con una aguja atornillada al eje, como sensor de desplazamiento angular. Se acondiciona con un pseudopuente en alterna, y se obtiene una salida en continua con distintos detectores de pico. Se calibra el sensor utilizando un multímetro y la escala graduada del transportador.

Práctica III.

Acondicionamiento de señal procedente de un sensor de presión piezorresistivo. Formas alternativas de conversión A/D.

1. Pallàs Areny, Ramón. Sensores y Acondicionadores de Señal. Ed. Marcombo1998.

2. Norton, Harry N.. Handbook of Transducers. Ed. Prentice-Hall 1989.

3. Gardner, J. W. Microsensors, Principles and Applications. Ed. John Wiley & sons 1994.

4. Peter Hauptmann. SENSORS: PRINCIPLES & APPLICATIONS. Prentice Hall. 1991.

5.  Editor: P.Rai-Choudhury. HANDBOOK OF MICROLITHOGRAPHY, MICROMACHINING, AND MICROFABRICATION. IEE Materials and Devices Series 12B.SPIE Optical Engineering Press. 1997.

6.  Pallàs Areny, Ramón. Adquisición y Distribución de Señales. Marcombo. Boixareu Editores. 1993.

Por si quieres curiosear:
http://tima-cmp.imag.fr/tima/mcs/mcs.html
http://www.physikinstrumente.com
http://www.europractice.com/technologies/microsystems/Development_microfluidic_devices.html
http://www.s3.kth.se/mst/research/
http://www.s3.kth.se/mst/research/links.html
http://www.robotstore.com/catalog/list.asp?cid=21
http://www.amidata.es/