INSTRUMENTACIN AVANZADA

7

INSTITUTO TECNOLGICO DE AGUASCALIENTESINSTRUMENTACIN AVANZADAANTOLOGA DE SENSORES

DEPARTAMENTO DE INGENIRIA ELCTRICA Y ELECTRNICA06/03/2014

INSTITUTO TECNOLGICO DE AGUASCALIENTES.

DEPARTAMENTO DE INGENIERA ELCTRICA Y ELECTRNICA.

INGENIERA EN ELECTRNICA.

INSTRUMENTACIN AVANZADA.

TOUCH SCREEN.

ALUMNOS:

REYES LUVANO JUAN (10150550).

VICTOR CORREA REGALADO (10150512).

GARCA RUBIO GIBRAN AARON (10151354).

CATEDRTICO(A):

Dr. JULIO CSAR MARTNEZ ROMO.

FECHA DE REALIZACIN:Aguascalientes, Ags. 14 de Febrero de 2014.

FECHA DE ENTREGA:Aguascalientes, Ags. 17 de Febrero de 2014.

1.- MONITOR TOUCH SCREEN.

Una pantalla tctil (touch screen en ingls), es un panel de visualizacin que al ejercer un contacto directo sobre su superficie activa permite el ingreso de datos y ejecucin de rdenes sobre el dispositivo de control, planta o proceso. Adems, acta como un perifrico de salida, ya que permite visualizar los resultados previamente obtenidos; de esta manera, la pantalla tctil puede operar como perifrico de entrada y de salida de datos. Una pantalla tctil es un elemento de ltima generacin que consiste en un cristal transparente, que dispone de una pelcula sensible al tacto; que utiliza un proyector para presentar la imagen sobre la pantalla de cristal, esto le permite al usuario interactuar sobre la superficie y emitir rdenes directamente desde la pantalla. Este dispositivo es un medio de interfaz entre el humano y la mquina. Existen diferentes tecnologas de implementacin en las pantallas tctiles: Resistivas, De onda acstica superficial, capacitivas, de galgas extensiomtricas, de imagen ptica y finalmente de infrarrojos.

2.- TIPOS DE PANTALLA TOUCH SCREEN. Los monitores touch screen se fabrican en base en 4 tecnologas principales: Resistiva, Capacitiva, Onda acstica, y Luz infrarroja.TOUCH SCREEN RESISTIVA.Son dispositivos de visualizacin que estn constituidos por varias capas, siendo las ms comunes las que presentan dos finas pelculas de material conductor, con una pequea distancia de separacin entre ellas. Cuando se ejerce presin sobre la superficie exterior, las dos capas conductoras entran en contacto, produciendo un cambio en la corriente elctrica, lo que permite a los elementos de control determinar las coordenadas del punto tocado en pantalla, a travs de la variacin de resistencia que tuvo lugar [8, 9].

Figura 2. Estructura bsica de una pantalla tctil resistiva.

Las pantallas tctiles resistivas son actualmente las ms accesibles, menos sensibles y poseen una prdida de aproximadamente el 25% del brillo, debido a las mltiples capas que conlleva su construccin. La tecnologa Resistiva se basa en una membrana de polister que se coloca al frente del monitor o pantalla LCD. Contiene 5 hilos de material conductor entrecruzados, que detectan un cambio de resistencia cuando se les aplica presin con un objeto. Los hilos corren horizontal y verticalmente en la membrana para poder determinar el punto exacto de la presin. Esta tecnologa es la ms econmica en el mercado, y utilizada en monitores touch screen. Detecta todo tipo de objetos que se acerquen a la pantalla (Inclusive el presionar con guantes). Es decir, se trata de una membrana relativamente rgida, adherida a la estructura base, y una membrana flexible encima de sta. La cara interna de ambas membranas recibe un recubrimiento resistivo, pero se impide el contacto entre ambas, de modo que la resistencia de contacto entre ambas es muy alta. Al ejercerse presin sobre la membrana superior, sta se deforma, disminuyendo la resistencia de contacto entre ambas membranas. Cada membrana tiene dos de sus extremos opuestos conectados a los terminales elctricos (hilos de sensado de diferencia de potencial), de modo que, como puede observarse en la Figura 2.1, cada membrana es en s misma una resistencia distribuida longitudinalmente entre los terminales de contacto, una en sentido horizontal, y la otra en sentido vertical. Al presionar sobre la membrana flexible (Que posee un gradiente de potencial de 5 Volts), la resistencia horizontal y la vertical de la Figura 2.1 se unen en un punto, que depende de la posicin del punto de presin [8, 11].

Figura 2.1. Matriz resistiva vertical y horizontal superpuestas una sobre otra.

Si se hace circular una corriente por una cualquiera de las membranas, puede establecerse una diferencia de potencial que es funcin aproximadamente lineal de la posicin entre los extremos de la misma, en los cuales estn los terminales.

Figura 2.2. Estructura general de una pantalla tctil resistiva de 5 hilos.

Al ejercer presin sobre la membrana flexible, se produce el contacto entre ambas membranas, y puede medirse la diferencia de potencial en el punto de presin, en cualquiera de los terminales de la otra membrana. La resistencia del punto de contacto queda en serie con la medicin, sin embargo, su valor es lo suficientemente bajo como para poder ser despreciado al efectuar la medicin de tensin (cada de tensin que se genera en trminos de la posible combinacin de valores resistivos de la membrana de filas y columnas). Lo anterior permite conocer la posicin del rea de contacto en un sentido (horizontal o vertical), para determinar la posicin en el otro sentido, se realiza la misma operacin sobre la otra membrana.

El modelo matemtico implementado para calcular el par ordenado (X, Y) derivado del contacto en una regin de la pantalla tctil resistiva, es el que se muestra a continuacin.

Figura 2.3. Consideraciones necesarias para calcular la coordenada de contacto en una pantalla tctica resistiva.

En pocas palabras, los cuatro terminales se conectan a las cuatro caras del rectngulo que constituyen la pantalla, de modo tal que una membrana despliega su diferencia de potencial en direccin horizontal, mientras que la otra lo hace en direccin vertical. Al aplicar presin sobre la membrana flexible, ambas membranas se juntan, y la diferencia de potencial en la membrana polarizada se transmite a la otra, la cual ve reflejada dicha tensin en sus terminales y puede ser medida. Dos operaciones (de medicin) sucesivas, una sobre cada membrana, determinan la posicin en el plano. Esta medicin de tensin puede ser llevada a cabo, a travs del convertidor anlogo digital de un microcontrolador.

La Figura 2.4 muestra la estructura y el material con el cual son construidos los elementos que conforman una pantalla tctil resistiva. La estructura posee una capa de cristal aislante (capa inferior), barras conductoras para el sensado de la matriz resistiva vertical y horizontal, capa conductora resistiva de xido de estao e indio (ITO) que conforman las matrices resistivas, y finalmente una capa aislante superficial con un potencial de 5 volts.

Este tipo de pantalla tctil resiste derrames de lquidos. Tiene la desventaja que usando un objeto punzo-cortante se puede daar la membrana y por ende, es necesario substituirla. Se recomienda usar estos monitores en ambientes controlados donde las personas sean conscientes de los posibles daos que se pueden causar. Normalmente, la vida til es de aproximadamente 35 millones de toques en un slo lugar que corresponde a 5 aos.

Figura 2.5. Estructura y composicin qumica de una pantalla tctil resistiva de 5 hilos.

TOUCH SCREEN CAPACITIVA.

Es un elemento de visualizacin que est cubierto de un material cuya composicin qumica es generalmente de xido de indio y estao (ITO); que conduce una corriente elctrica contina a travs de un sensor. El sensor muestra un campo de electrones controlado con precisin en el eje vertical y horizontal, es decir, adquiere cierto valor de capacitancia. Cuando el campo de capacitancia normal del sensor (estado de referencia) es alterado por otro campo de capacitancia, como puede ser el dedo de una persona, los circuitos electrnicos que se encuentran en la pantalla miden la distorsin resultante del campo de referencia y enva la informacin al controlador para su procesamiento matemtico. La Figura 2.6 muestra el principio de perturbacin de campo elctrico de referencia, que se establece en una pantalla tctil capacitiva. La variacin en el campo elctrico de referencia en una regin de la pantalla tctil se traduce en una coordenada (X, Y) que corresponde al punto de contacto a travs de un dedo o lpiz conductor.

Figura 2.6. Fenmeno de interferencia de campo elctrico, producido por la capacitancia que presenta un lpiz conductor o en su caso un dedo. La tecnologa Capacitiva en principio funciona de la misma manera que la resistiva. El equipo detecta los objetos que hacen cambiar la capacitancia del sensor, y detecta la ubicacin que se ha tocado. Se sabe que se usa esta tecnologa, cuando al acercar un dedo el sistema responde aun sin tocar la pantalla. A diferencia de la tecnologa resistiva estos monitores no detectan la presin realizada con guantes, objetos de plstico, y aislantes entre otros. Los dispositivos capacitivos Touch Screen detectan el toque del usuario midiendo la variacin de capacitancia en cada electrodo que compone la matriz de la pantalla. Cuando un dedo o lpiz conductor se aproxima a un electrodo, el campo elctrico uniforme y establecido en toda la pantalla se ve perturbado. Dicha perturbacin se traduce en una variacin significativa de capacitancia; que por medios electrnicos puede ser medida y transformada en coordenadas X e Y. Estos parmetros son tratados por el sistema y utilizados para determinar las acciones a ejecutar en trminos del entorno de la aplicacin. El mtodo antes descrito hace uso de un proceso de interpolacin para definir con mayor precisin el punto (X, Y) donde se dio el toque de pantalla.Existen dos mtodos de deteccin de toque en pantalla; La auto capacitancia y la capacitancia mutua.El mtodo de auto capacitancia se basa en la medicin de la corriente que fluye entre cada uno de los electrodos y tierra. El sistema de control y los dispositivos electrnicos implementados para sensar cada uno de los electrodos independientes, hace muy complejo este sistema de deteccin de toque de pantalla en dispositivos con dimensiones mayores a 3.5 in. En pocas palabras, el sistema de deteccin de toque (auto capacitivo) detecta una variacin (incremento) de corriente en un electrodo fila y columna, que es producida por el acercamiento de un dedo o un lpiz conductor conectados o en contacto con tierra. Existe un incremento en la corriente de una fila o columna, debido a que al acercar el dedo o el lpiz apuntador, se genera un camino alternativo a tierra; que permite un flujo de corriente. La Figura 2.7 muestra la dinmica del mtodo de deteccin de toque por auto capacitancia. La Figura 2.8 muestra la matriz constituida por filas y columnas. Cada fila y columna corresponde a un electrodo independiente que se ve perturbado por un toque. Esta perturbacin se traduce en una variacin de corriente [12].

Figura 2.7. Mtodo de deteccin de toque por auto capacitancia.

Figura 2.8. Matriz de filas y columnas de una pantalla Touch Screen, que implementa el mtodo de deteccin de toque por auto capacitancia.El mtodo de auto capacitancia puede presentar ciertos inconvenientes en el proceso de deteccin de toque. Uno de estos conflictos se denomina puntos fantasma; definidos como intersecciones de electrodos (fila, columna) que nunca fueron presionados. Lo anterior casusa un conflicto en el sistema de deteccin de toque. La Figura 2.9 muestra el fenmeno antes descrito.

Figura 2.9. Puntos fantasma producidos cuando un par de electrodos adyacentes son presionados por el lpiz conductor o dedo.

La capacitancia mutua consiste bsicamente en establecer una interaccin mutua entre los campos elctricos producidos por la excitacin de los electrodos capacitivos (fila, columna). El campo elctrico como resultado de la interaccin de los campos elctricos de los electrodos adyacentes es estable. Cuando un lpiz conductor o un dedo se acercan a la regin activa, la capacitancia mutua generada entre los electrodos (fila, columna) se ve modificada significativamente. Esta variacin de capacitancia es detectada por el sistema electrnico de control, el cual a su vez determina el par ordenado donde se gener el toque de pantalla. Este mtodo es ms eficiente que el de auto capacitancia, dado que la variacin de capacitancia se analiza en regiones (interseccin de una o ms filas y columnas). La Figura 2.10 muestra el mtodo de deteccin de toque por capacitancia mutua [12].

Figura 2.10. Mtodo de deteccin de toque por capacitancia mutua.

La Figura 2.11 muestra la estructura bsica y la composicin qumica de una pantalla tctil capacitiva. Las placas paralelas que constituyen el efecto capacitivo, estn constituidas por una matriz de filas y columnas respectivamente. Las pistas con las cuales se conforma la matriz de filas y columnas estn compuestas por Oxido de Indio y Estao; que al ser excitadas con una diferencia de potencial en ambas regiones, se establece un campo elctrico uniforme y de referencia en toda la regin activa de la pantalla tctil. Como dielctrico entre las placas del capacitor, se tiene una capa de polister (PET) [12].

Figura 2.11. Construccin bsica de una pantalla tctil capacitiva.MODELO MATEMTICO.

Un condensador elctrico consiste en dos conductores separados por un dielctrico (slido, lquido o gaseoso), o el vaco. La relacin entre la carga, Q, y la diferencia de potencial, V, entre ellos viene descrita por su capacidad, C=Q/V. Est capacidad depende de la disposicin geomtrica de los conductores y del material dielctrico dispuesto entre ellos [10]. As pues, cualquier fenmeno o magnitud que produzca una variacin de (constante del material dielctrico presente entre las placas del condensador), A, o d, provocar un cambio en la capacidad C, y en principio, puede ser detectado. Ver Figura 2.11.1. En general, cualquier cambio en el dielctrico o en la geometra puede ser considerado para la deteccin del fenmeno que lo provoca. El empleo de un condensador variable como sensor est sujeto a una serie de limitaciones. En primer lugar, en la expresin de capacidad se suele despreciar los efectos de los bordes (dispersin del campo elctrico), y por ello puede que no siempre sea aceptable. En un condensador plano con placas paralelas, los efectos de los bordes son despreciables, si la separacin entre las placas es mucho mayor que la dimensin lineal de estas [10]. Para una mejor aproximacin en el clculo de la capacitancia presente en un par de placas paralelas rectangulares finas, con anchura a, longitud l y separacin d, se tiene la siguiente expresin (1):

Figura 2.11.1. Modelo bsico de un capacitor de placas paralelas.

El modelo anterior es implementado para calcular la capacitancia generada entre las matrices de filas y columnas de la pantalla tctil capacitiva. Por otro lado, el mtodo implementado en el sistema electrnico para detectar cambios en cualquier regin de la pantalla tctica, se deja a consideracin del diseador.

TOUCH SCREEN DE ONDA ACSTICA.Los monitores que implementan seales de Onda Acstica como medio para detectar el toque en pantalla, poseen sensores alrededor del monitor, a todo lo largo y ancho. Existe un transmisor y un receptor acstico. Cuando un objeto interrumpe la seal acstica (se da un toque en pantalla que modifica la naturaleza (magnitud y direccin) de las seales acsticas que son emitidas), el equipo puede determinar las coordenadas donde se encuentra, en base a lectura de intensidad de los sensores Esto es posible, dado que la intensidad del sonido emitido es constante en un medio sin perturbaciones (sin toque en pantalla). Cuando se da un toque en pantalla, parte de la intensidad que portan las ondas acsticas es absorbida o retenida, y por ende los sensores detectan una perturbacin en la magnitud de las ondas que reciben. Debido a que no tiene ninguna membrana, resiste todo tipo de rasguos; es antivandalismo. Se recomienda para aplicaciones donde el pblico en general tenga acceso al dispositivo. Su costo en mayor que los anteriores. Se usa en Bancos, Kioscos, Casinos. Tiene una vida til aproximada de 50 millones de toques que corresponde a 10 aos de uso [8]. La Figura 2.12 muestra las consideraciones ms relevantes de la pantalla tctil de onda acstica.

Figura 2.12. Estructura general de una pantalla tctil de onda acstica.

TOUCH SCREEN CON TECNOLOGA INFRARROJA.La tecnologa que implementa la Touch Screen Infrarroja es similar a la de onda acstica (en la cual se tienen sensores (receptores) y emisores alrededor o en los bordes del monitor). Son pantallas que estn constituidas por una matriz de sensores (receptores) y emisores infrarrojos ubicados en forma horizontal y vertical en la pantalla. En cada borde, los receptores estn en el lado opuesto a los emisores de forma que al tocar con un objeto la pantalla se interrumpe un haz infrarrojo vertical y otro horizontal, permitiendo de esta manera localizar la posicin exacta del contacto. Este tipo de pantallas son muy resistentes, ideales para aplicaciones en las que las condiciones de trabajo son extremas (industria). Esta tecnologa se usa en monitores de gran tamao (20 pulgadas en adelante). Soporta temperaturas extremas, as que se puede localizar en ambientes abiertos [8].

Se fabrican principalmente en 12", 15", 17" aunque se les tiene en tamaos muy pequeos para celulares, cajeros automticos y muy grandes como mesas de casino. Principalmente son utilizadas en monitores planos de LCD o plasma y en algunos casos existen aplicaciones para monitores de rayos catdicos CRT. La Figura 2.13 muestra la estructura y el principio de funcionamiento de la pantalla tctil de tecnologa infrarroja.

Figura 2.13. Estructura general y principio de funcionamiento de una pantalla tctil con tecnologa infrarroja.3.- CONTENIDO DATASHEET.

El contenido del datasheet de una interface touch-screen contiene los siguientes tpicos principalmente:Descripcin del nmero del nmero de serie del producto, es una pequea seccin del documento donde se describe de forma sencilla como interpretar el nmero de serie, ya que con l podemos saber las caractersticas de los dispositivos aun sin tenerlos fsicamente.

Descripcin resumida del dispositivo especifico, junto con una imagen del mismo, en la parte baja de la imagen muestran logotipos de algunas certificaciones que tiene.Descripcin de las caractersticas del dispositivo, donde se puntan las ms importantes y destacadas del mismo, entre las cuales se encuentran: tipo de display, tipo de software, nmero de lneas y caracteres por lnea en pantalla, capacidades del dispositivo para mostrar texto dinmico o con algunas graficas complejas, densidad de color de la pantalla, cantidad de memoria, tipo de comunicaciones, rango de temperatura de operacin, tiempo de garanta.Dibujo tcnico del dispositivo, este dibujo muestra caractersticas de la forma, tamao y medidas del mismo en forma estndar, esto para poder facilitar la idea de cmo es fsicamente y saber si cumple con las caractersticas de lo que se buscaba.Caractersticas a detalle, En esta seccin del datasheet se muestran todas las caractersticas del dispositivo incluyendo algunas de los drivers que maneja, comenta algunas formas en que se puede programar, destacando la forma USB, tambin habla a detalle del nmero de colores tipos de texto, alarmas sonoras, graficas de barras y numero de pantallas que se pueden usar al mismo tiempo mediante el software.Como conectar y energizar la pantalla, en este seccin del datasheet se describe el modo de conexin de la pantalla entre un PLC, el software, como se programa y como se alimenta de voltaje.Accesorios, aqu se muestran accesorios que son compatibles o recomendados para el dispositivo en especfico, ya en las ltimas pginas se encuentran tablas donde se describe las especificaciones de 3 pantallas, cada una con sus caractersticas especficas, comparndolas entre s [6]. Presentacin industrial.La presentacin industrial del dispositivo es robusta, inclusive, puede que hasta el dispositivo sea ms grande que la misma pantalla por las diferentes capacidades del dispositivo (ver figura 3.1 y 3.2) [6].

Figura 3.1. Pantallas de interface humana (Touch panels) fuera del Rack.

Figura 3.2. Pantallas de interface humana dentro de su carcasa listas para integrarse a un rack de PLC.Consideraciones ambientales.

La velocidad con que un dispositivo electrnico como las pantallas tctiles son mejoradas y tambin desechados son a una velocidad rpida, que trae como consecuencia desechos que no se pueden eliminar completamente, a este tipo de basura se le conoce como desecho electrnico. Todo aquel desecho proveniente de aparatos electrnicos que no es desechado de forma apropiada llega a la naturaleza y contamina. Las pantallas tctiles as como los componentes que las integran son muy dainos para el medio ambiente, por ello algunas compaas que se dedican a fabricar este tipo de dispositivos realizan campaas para poder cambiar productos viejos por nuevos haciendo un pequeo descuento, esto para que se puedan reciclar los elementos de pantallas viejas y se puedan usar o utilizar para pantallas nuevas y mejoradas. Realmente, este tipo de tecnologa bien usada y desechada de forma correcta no tiene un gran impacto en el medio ambiente [7].4.-NOTAS DE APLICACIN.Circuito para uso de sensor touch screen resistivo. La figura 4.1 es un circuito para implementar de manera sencilla un touch screen resistivo de 4 pines con un microcontrolador que contenga convertidor analgico digital A/D, esto debido al efecto que sucede en el touch screen, por dos de sus terminales se le introduce voltaje, dicho voltaje tiene que ser el de referencia para el microcontrolador, es necesario configurar la resolucin de lectura del convertidor analgico digital segn la hoja de datos del touch screen que en la mayora de los casos es de 14 o 16 bits, los datos a leer son las coordenadas(X,Y) del punto al que se le hizo presin a la pantalla tctil tal como se muestra en la figura 4.1 [].

Figura 4.1.- Circuito a implementar con touch screen resistivo.Lista de componentes:C1: 47 F. capacitor electrolticoPIC1:18F452RG1: Regulador de voltaje 7805DS1: Display LCD 16x2 HD 44780TX1: Cristal de 20 MHzPantalla tctil de 4 cables (4-Wire Touch Screen).Resistores:VR1: 5 KpotencimetroR1: 10 KSW1: Interruptor de apagado y encendido.B1: Batera de 9 voltios.PS/2 puerto hembra.Cabe mencionar que el cdigo a utilizar en el microcontrolador debe cumplir con el hecho de leer dos puertos ADC del microcontrolador de su eleccin e interpretar las lecturas como las coordenadas de la pantalla tctil. Circuito para uso de sensor touch screen capacitivo. El circuito de la figura 4.2 se implementa con un touch screen capacitivo, para ello el driver EXII 7720SC de 3M, con este driver se pueden implementar varios modelos de touch screen capacitivos del fabricante 3M, el driver se comunica va RS-232 mediante el cual manda coordenadas (X,Y) obtenidas al ser presionado algn punto del sensor, en la hoja de datos del driver se localiza una seccin con comando que se pueden utilizar desde el microcontrolador a implementar o desde un computador para calibrar y poner en cero las coordenadas del controlador y con ello obtener un buen funcionamiento al momento de leer las coordenadas, estas mismas las entrega el driver en binario y para la interpretacin en el microcontrolador es necesario el uso de una variable de 16 bits [].

Figura 4.2.- Circuito implementado para un touch screen capacitivo. Lista de componentes:1) PIC 18F45202) MAX232N Dual EIA-232 Driver/Receiver3) EXII 7720SC (touchscreen controller chip)4) JHD 162A LCDEl microcontrolador PIC 18F4520 se puede reemplazar con otro que contenga comunicacin UART o se puede usar el touch screen desde el computador.Debe notarse al igual que el circuito anterior, que el cdigo que debe de implementarse es muy sencillo, mediante el cdigo debe leerse las coordenadas desde el MAX-232 mediante interrupciones de comunicacin serial. Driver para implementar touch screen resistivo.Debido a la sencillez del funcionamiento del touch screen resistivo, no es tan necesario la utilizacin de un controlador sin embargo, cuando no se cuenta con un microcontrolador que contenga convertidor analgico digital, se pueden implementar drivers como el caso del TSC2005, este driver responde a sensores resistivos, en la figura 4.3 se muestra un circuito de aplicacin tpica del driver TSC2005 como puede observarse dicho driver se comunica al CPU que se desea utilizar va SPI, mediante dicha comunicacin se obtienen las coordenadas del toque que se haya realizado en el sensor touch screen, la ventaja ms importante del utilizar este tipo de driver es que al tener una comunicacin sncrona con el CPU , no se desperdician ciclos maquina en la implementacin del convertidor analgico digital, gracias a que el CPU utilizado solo es llamado por el driver mediante interrupcin lo que le indica tomar la lectura de coordenadas por lo que se ahorra tambin energa [].

Figura 4.3.- Aplicacin tpica del driver TSC2005.

5.- PRESENTACIN DEL SENSOR FSICO.Touch screen capacitivo:Los fabricantes de 3M, ponen a disposicin una pantalla tctil como la de la figura 5.2 cuyo modelo es SCT3250EX, este modelo es de uso rudo ya que 3M asegura ser construido en base a un vidrio muy resiste y adems con un recubrimiento de nombre Clear Teck que es resiste a araazos por lo que pretenden sea apto para el uso en la industria o en mquinas de juegos, expendedoras de boletos, dicho modelo lo tienen en venta en diferentes presentaciones en cuanto a medidas, tienen desde 5.3 a 32 pulgadas lo que hace muy factible y variable su aplicacin adems de que el driver que utiliza es va USB lo que hace a esta pantalla tctil una interfaz humana confiable y verstil para distintas aplicaciones tanto en la industria como en el comercio y por si fuera poco dicha pantalla es compatible con la mayora de los sistemas operativos ya sea WINDOS, LINUX o APPLE OSX [].

Figura 5.1.- touch screen capacitivo SCT3250EX del fabricante 3M.

Touch screen resistivo:Los fabricantes de componentes electrnicos italianos Digi-Key, ofrecen al mercado una pantalla tctil como la de la imagen 5.2 la cual es del tipo resistiva y disponen de ella en distintas medidas que van desde las 5.5 pulgadas hasta las 15 pulgadas, el modelo en cuestin es 360-24XX-ND, es un modelo propuesto para ser usado con el dedo, con guante u entrada a lpiz, sus aplicaciones son tan verstiles que pueden ir desde un quiosco de informacin pblica hasta un panel de control mdico, al igual que la pantalla capacitiva antes mencionada, est tambin cuenta con un driver que lo hace ser verstil ya que se puede comunicar a una CPU va RS-232 o USB [].

Figura 5.2.- Touch screen resistivo modelo 360-24XX-ND del fabricante Digi-Key. 6.- VIDEO

El siguiente video explica el funcionamiento bsico de una pantalla tctil.

https://www.youtube.com/watch?v=euCewYGHZB0 [13]

7.- CONSIDERACIONES PERSONALES.

Reyes Luvano Juan.

La bsqueda de informacin referente a la pantalla tctil o Touch Screen me permiti comprender de manera clara, el principio de funcionamiento de estos dispositivos, su estructura bsica, composicin qumica de cada componente estructural y sus aplicaciones.

He comprendido, que una pantalla tctil es un perifrico de entrada y salida, diseado para establecer una interfaz humano-mquina de una mejor manera, ms directa, dinmica e intuitiva. La tecnologa tctil puede encontrarse hoy en da en cuatro tipos fundamentales: Pantalla tctil resistiva, capacitiva, de onda acstica y finalmente la tecnologa basada en infrarrojos. El funcionamiento bsico de dichos dispositivos parte de la deteccin de una perturbacin (producida por el toque) de capacitancia, resistencia, luz y sonido en la regin activa del dispositivo.

La pantalla tctil capacitiva opera de la siguiente manera: Al energizar la pantalla, la diferencia de potencial aplicado a las regiones equidistantes de Oxido de Indio y estao, estable un campo elctrico uniforme entre la matriz de filas y la matriz de columnas separadas por la regin dielctrica de polister (PET). Dicho campo elctrico es uniforme y estable en toda la regin activa del dispositivo. Cuando un objeto (lpiz conductor) o un humano (dedo) toca la regin activa de la pantalla, se produce un efecto capacitivo que modifica el campo elctrico individual y mutuo establecido entre la matriz de filas y columnas del dispositivo. Dicha perturbacin se traduce en una variacin de corriente a travs de las filas y columnas asociadas a la regin de toque. El sistema electrnico encargado de sensar el drenado de cada fila y columna, detecta la variacin de flujo de corriente y por ende entiende, que se ha presionado la pantalla. El proceso que sigue es aplicar un algoritmo matemtico para determinar con fiabilidad la coordenada asociada al toque en pantalla. Es preciso mencionar, que la matriz de filas y columnas puede estar diseada para detectar perturbaciones (variaciones de capacitancia) auto capacitivas o capacitivas mutuas. El mtodo de deteccin auto capacitivo toma de manera independiente cada fila y columna de las respectivas matrices; por lo tanto, detecta la posicin del toque al encontrar variacin de corriente en una fila y columna especfica. Este mtodo de deteccin de toque presenta el inconveniente de los toques fantasma (variaciones de corriente producidas en otras filas y columnas que nunca fueron presionadas). Por otro lado, el mtodo de deteccin por capacitancia mutua analiza las variaciones de corriente producidas por la modificacin de la capacitancia mutua establecida entre las filas y columnas; es decir, calcula la coordenada de toque a partir de fluctuaciones de corriente en regiones especficas de la pantalla tctil.El modelo matemtico que describe el principio de funcionamiento de la pantalla tctil capacitiva, es aquel que describe el comportamiento de la capacitancia entre dos placas paralelas separadas por un dielctrico. La pantalla resistiva por su parte, opera bajo el principio de variacin resistiva. Consiste en dos regiones de material ITO separadas por una membrana fina. Al tocar la regin activa de la pantalla, se ponen en contacto las dos placas resistivas, lo que da lugar a una resistencia equivalente obtenida a travs de la diferencia de potencial sensado; en las terminales de la matriz resistiva de filas y columnas. En base a la diferencia de potencial generado en la matriz de filas y columnas, se determina la coordenada del toque.El principio de funcionamiento de la pantalla tctil de tecnologa infrarroja y acstica, puede ser descrito bajo el mismo principio de perturbacin de la pantalla tctil capacitiva y resistiva. En el caso de la pantalla de tecnologa infrarroja, se tienen emisores y receptores en dos matrices que forman las filas y columnas. Al presionar la regin activa de la pantalla, se interrumpe la trayectoria del haz de luz de filas y columnas. A partir de la ausencia del haz de luz asociado a una fila y columna en los respectivos receptores, se calcula la posicin de toque en pantalla. Finalmente, el funcionamiento de la pantalla tctil acstica se basa en la deteccin de perturbaciones en ondas acsticas en la regin activa.

IMPLEMENTACIN DEL DISPOSITIVO.

Se plantea la posible implementacin de un sistema tctil en tres dimensiones haciendo uso de un sistema de deteccin de perturbacin, por obstruccin de haces de luz infrarroja. Este dispositivo a travs de intersecciones y barrido de haces de luz puede llevar a cabo funciones de visualizacin de sistemas, procesos o maquinaria en tercera dimensin. De esta manera, el operador puede visualizar y entender de una mejor manera la disposicin de la planta y como est funcionando en tiempo relativamente real. Cada una de las dimensiones puede asociarse a los colores primarios RGB, de esta manera, puede ser posible generar modelos en tres dimensiones a color. Correa Regalado Victor.En lo personal he notado que conforme avanza la tecnologa es preciso, ofrecer al mercado componentes electrnicos que satisfagan las necesidades que la misma tecnologa ha ido influyendo en las personas, un ejemplo claro es el uso de pantallas tctiles en donde quiera que sea posible su implementacin y debido a que su funcionamiento es muy sencillo, el uso de ellas lo hace fcil tanto como el que la implementa a nivel hardware o software como para el usuario comn, es por ello que a nivel ingeniera debe de aprenderse a implementar este tipo de sensor (Touch screen) para poder implementar reingeniera o diseo en el que este sensor pueda brindar una interfaz cmoda y amigable con el usuario que se disponga a usarlo.Garcia Rubio Gibran Aarn.La tecnologa avanza a pasos muy grandes, el avance de este tipo de interface es increble, prcticamente el usuario est en contacto con la informacin que necesita modificar, adems de que, gracias a su interfaz grfica y amable, es ms sencillo que una persona pueda mover e interpretar la informacin en este tipo de dispositivos, la interaccin mquina-humano es cada vez ms sencilla, haciendo que la maquina pueda comunicarse de una forma ms eficaz con el usuario, a m en lo personal me toc vivir la implementacin de la tecnologa tctil en los dispositivos celulares, fue increble como desaparecieron los botones y se cambiaron por una pantalla tctil, haciendo al dispositivo fcil de usar, mas cmodo y visualmente ms elegante y sencillo, actualmente casi todos los dispositivos tienen una pantalla tctil, desde computadoras hasta refrigeradores, esto da la ventaja de que puedan dar ms informacin sencilla de interpretar y poder interactuar con el dispositivo ms fcilmente sin necesidad de hacer pasos complicados.xxREFERENCIAS BIBLIOGRFICAS.[1](2014, febrero) circuitos electronicos. [Online]. http://www.electronica2000.com/varios/interfaz-pantalla-tactil.htm

[2](2009, octubre) neuroscience and robotics lab. [Online]. http://hades.mech.northwestern.edu/index.php/Interfacing_with_a_touchscreen

[3]Texas Instruments. (2014, febrero) Texas instruments. [Online]. http://www.ti.com/product/tsc2005

[4](2014, FEBRERO) TEC ELECTRONICA. [Online]. http://tecelectronica.com.mx/touchscreen/capacitiva-sct3250ex.pdf

[5](2014, Febrero) Digi-Key corporation. [Online]. http://www.digikey.it/it/it/ph/nkk/ResistiveTouchScreens.html?WT.z_Tab_Cat=Featured%20Products

[6] Automationdirect.com Incorporated. AutomationDirect, Automationdirect.com, Automationdirect, 25 julio 2013. [En lnea]. Available: www.Automationdirect.com. [ltimo acceso: 17 febrero 2014].

[7] Natura.com, natura.com, natura, 13 junio 2013. [En lnea]. Available: www.natura.com. [ltimo acceso: 18 febrero 2014].

[8] Mudit Ratana Bhalla. Comparative Study of Various Touchscreen Technologies. Dept. of Computer Science and Applications Sagar (M.P.). [ltimo acceso: 17 febrero 2014].

[9] By Rick Downs. Applications Engineering Manager, Data Acquisition Products. [ltimo acceso: 17 febrero 2014].

[10] Puers, Robert. Capacitive sensors: when and how to use them, Sensors and actuators, A37-A38, 1993, pp. 93-105.

[11] Timothy Hoye. TOUCH SCREENS: A PRESSING TECHNOLOGY. [ltimo acceso: 15 febrero 2014].

[12] Gary Barrett and Ryomei Omote . Projected-Capacitive Touch Technology. [ltimo acceso: 15 febrero 2014].[13] https://www.youtube.com/watch?v=euCewYGHZB0 , How Does a Touch Screen Work?. [Pelcula]. Estados Unidos de America: you tube, 2013.

SENSORES DE COLORPRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO:

El color es el resultado de la interaccin entre una fuente de luz, un objeto y un observador. El sistema visual humano puede detectar el espectro electromagntico de aproximadamente 400 nm (violeta) a aproximadamente 700 nm (rojo), y puede adaptarse a la variacin ampliamente de iluminacin a niveles y cantidades de saturacin de color. [1]Los sensores son capaces de trabajar en un amplio nivel de iluminacin mayor al del ojo humano y de proporcionar una respuesta rpida a cambios. La operacin o funcionamiento de un sensor de nivel se divide en tres tipos de sensores de colores que son: ligero a fotocorriente, luz-analgico de la tensin y la luz para-digitales. [1]Las primeras suelen representar slo la parte de la entrada de un sensor de color prctico, y a las de fotocorrientes primas son de extremadamente baja amplitud e invariablemente requieren una amplificacin para convertir las fotocorrientes a niveles utilizables. Por lo tanto, son ms prcticos de utilizar y comunes en el mercado los sensores de color analgico de salida de tensin que incorporan como mnimo una transimpedancia en un amplificador y proporcionan salidas de tensin. [1] Tal y como se muestra en la figura 1, el sensor de color de luz analgica a tensin, el cual se comprende a una matriz de fotodiodos y los filtros de color en un sistema integrado de conversin de corriente.

Figura 1. Sensor de color de luz analgica a tensin que comprende una matriz de fotodiodos detrs de los filtros de color y un sistema integrado de conversin de corriente a voltaje. [1]Un sensor de color por tensin ligera a analgico comprende una matriz de fotodiodos detrs de los filtros de color y de una tensin de corriente a un circuito integrado de conversin tal y como se muestra en la figura 1 (por lo general una transimpedancia a un amplificador) lo cual provoca la cada de luz en cada uno de los fotodiodos para que se convierta en una fotocorriente y la magnitud de los cuales depende tanto el brillo y debido a cual el filtro de color tiene una longitud de onda de la luz incidente. [1]Sin embargo un fotodiodo tpico de silicio responde a las longitudes de onda que van desde la ultra violeta en regin a lo visible como a una regin en respuesta pico entre 800 nm y 950 nm en el color infrarrojo cercano a la parte del espectro electromagntico. El color rojo es el transmisor, el color verde y azul son filtros que pueden remodelar y optimizar respuestas espectrales del fotodiodo, los filtros que se presentan en un sensor de colores son correctamente diseados para dar una respuesta espectral y la matriz del fotodiodo lo cual impide al ojo humano observar fsicamente con interaccin hacia el diseo de colores. Las fotocorrientes de cada uno de los tres fotodiodos se convierte en VRout , VGout y VBout utilizados con un voltaje y una corriente hacia el convertidor. [1]En el desarrollo de los sensores de color existen dos modos de deteccin de colores; el cual es el de reflexin y de transmisin, por la parte de la deteccin de reflectante el sensor de color detecta la luz reflejada en una superficie o un objeto, tanto con la fuente de luz del sensor de color colocado cerca de la superficie de un objetivo. La luz procedente de la fuente rebota en la superficie y as es posible su medicin por el sensor de color. Un ejemplo de esto es cuando la luz blanca indicie sobre una superficie roja lo cual su reflejo ser de color rojo, el reflejo de la luz roja incide en el color de la produccin del sensor que son R, G y B. de tensiones de salida. [2]Al interpretar las tres tensiones el color se puede determinar, dado que las tres tensiones de salida van aumentando linealmente con la intensidad de la luz que se ha reflejado y por lo cual el sensor de color va tomando las medidas de la reflectividad de la superficie u objeto. En la figura 2 se muestra la luz reflejada sobre la superficie absorbente. [1]

Figura 2. El color de la luz reflejada depende de los colores que una superficie que refleja y absorbe [1].En la deteccin de las luces transmisoras, el sensor se coloca frente a la luz de la fuente y el filtro del fotodiodo se encuentra recubierto por el sensor, el cual convertir la luz incidente en R, G Y B a fotocorrientes, que se amplificaran a tensiones analgicas. Desde las tres salidas se va aumentando linealmente la intensidad de la luz.El sensor de color puede medir tanto el color y el total de la intensidad de la luz que se transmite, para determinar el color es utilizado un medio transparente, tal como vidrio, platico, liquido o algn gas la luz pasa a travs del medio transparente antes de que incida sobre el sensor, el color del medio transparente se determina mediante la interaccin de las tensiones del sensor de color. [1]Los sensores de color se pueden hacer a partir de componentes discretos (tales como resistencias de fotos, fototransistores), o se construyen en las tcnicas integradas. De esta manera, los sensores de color son cada vez ms pequeos y ms precisos. [3]Muchos de los sensores de color se basan en los mismos principios, es decir, en la medicin de la intensidad de la luz reflejada por una superficie en particular. La luz reflejada es detectada por los detectores de los fotodiodos en su mayora realizados en la tecnologa de los semiconductores. La mayora de los colores que se han detectado pertenecen a un grupo que consiste de color de verde, azul y rojo. [3] El uso combinado de estos sensores es posible detectar un color diferente. El sensor de color ms simple se puede hacer usando la resistencia del fotodiodo es conocida como un LDR. En la misma condicin (la luz ambiental, la temperatura) objetos de diferente color hace diferente resistencia terminal. Con el uso de los comparadores es posible detectar el color, pero cuando se utiliza el sensor en diferentes condiciones de reajuste debe hacerse de nuevo. [3]Los sensores de color ms populares si estn integrados con sensores de semiconductores y en general se representan con un LED que genera liquidez de acuerdo a la luz detectada. Con filtro de longitud de onda integrado, es posible hacer un sensor para cada color, como se muestra en la figura 3. [3]

Figura 3 Circuito del procesamiento digital de un sensor de color [3]Desde la salida de detector de LED tiene muy pequea corriente para lo cual es necesario convertir la corriente en tensin y amplificar la seal. Se utiliza el circuito comn conocido como amplificador de transimpedancia. El resistor es de aproximadamente unos pocos cientos de megaohmios. [3]No en todo el sensor de color se tiene un amplificacin de transimpedancia en ese caso el usuario tendr que hacer el procesamiento. El sensor del color puede tener diferentes tipos de salidas, pero el ms popular son las salidas de frecuencia y tensin. El uso avanzado del uso del sensor ADC y procesamiento digital que se presenta en la figura 4. [3]

Figura 4. Uso avanzado del sensor y procesamiento digital [3]

VALORES DE INTERPRETACIN DEL SENSOR DE COLOR.

Las tres tensiones de salida analgicas del sensor de color se puede utilizar para controlar directamente el hardware o ser convertidos a valores digitales para lo que un procesador digital pueda analizar los datos tanto del color y el brillo de la informacin que se obtiene, hay dos mtodos para poder describir el color y el brillo; el primer mtodo es a tarves de una matriz adecuando si hay muchos colores que se deben distinguir, este mtodo se basa en una ecuacin matricial que se indica a continuacin:

Ecuacin 1. Seleccin de color [1]En donde X, Y, Z representan los valores triestmulo y RGB son los valores digitales del sensor de color. En un conjunto de colores conociendo su referencia se miden R, G y B que son los valores del sensor para obtener los valores de X, Y y Z. En donde se utilizan los coeficientes en la matriz que se presenta en la ecuacin 1 C00 , C01 ,C02 , C10, C11 , C12 , C20 , C21 y C22 los cuales se determinan a partir de los valores estndar conocidos . Debido a que estos coeficientes de la matriz determinan los ejes X, Y y Z de los valores el color desconocida, se proceder a calcular a partir de la R, G y B valores del sensor digital. [1]El segundo mtodo del de la tabla de bsqueda que es adecuado si un par de colores de referencia sin distinguidos. En primero lugar los valores de los sensores de color con referencia se incluyen por la informacin del brillo y para cada color se obtienen durante su calibracin, los valores de los sensores de color se utilizan en la interpretacin. El brillo no ser significativo para una aplicacin en donde la relacin o proporcin entre el color rojo y verde se obtienen valores para el sensor de color azul, lo obtenido ser una relacin mediante el uso de un canal seleccionado en base a todos los conjuntos de medida. [1]

VENTAJAS Y DESVENTAJAS

Un convertidor de luz a fotocorriente consiste en nada ms que un fotodiodo con un filtro de color se convierte iluminara una fotocorriente a una salida proporcional de tensin, y la tensin puede convertirse luego en un formato digital. La principal ventaja de un sensor de color es la flexibilidad de diseo, la ganancia y el ancho de banda del amplificador as como la velocidad y la resolucin del ADC que puede adaptarse a las aplicaciones individuales de la industria, por otro lado las compensaciones incluyen el montaje adicional del costo en el aumento del diseo con complejidad. Una conversin de tensin de luz analgica consiste en una matriz de foto diodos recubiertos con el color en el filtro e integra con transimpedancia amplificadores externos, para lo cual se requerir de una circuitera para poder convertir la tensin analgica a una digital. [1] La tensin de luz a analgico es adecuada para aplicaciones que requieren un diseo ms corto con un ciclo ms rpido en el tiempo de salida para el mercado, con condiciones de luz bien definidas y eficiencia de espacio y su reduccin en costo. Por otra parte el tiempo de respuesta se encuentra predeterminado por la incorporacin del convertidor de corriente a voltaje. Una conversin de tensin de luz a digital consiste en una matriz de fotodiodos recubiertos con RGB a un ADC y un ncleo de valores digitales para la comunicacin y la sensibilidad de su control. [1]

CARACTERSTICAS PRINCIPALES DE LOS SENSORES DE COLOR

Los filtros estndar coinciden CIE o ISO curvas triestmulos Los filtros personalizados se pueden construir para que coincida con respuesta de los conos de los ojos u otros requisitos para el sensor de color. Los filtros del fotodiodo pueden ser adaptados para compensar la fuente de luz y distribucin espectral y la sensibilidad espectral del receptor. Los filtros se pueden producir repetible y con alta precisin Los filtros disponibles en formato 200mm oblea de vidrio o de tamao de la especificacin que se requiera. [1]

SENSORES DE COLOR INDUSTRIALESEncuentre y contacte directamente todos los fabricantes desensores de coloren DirectIndustry.Donde se encuentran alrededor de 74 empresas y 270 productos industriales de sensores de color. A continuacin se muestran algunos. Sensor fotoelctrico de fibra ptica RGB digitalCZ-V20 series Marca KEYENCE

High Powered RGB Digital Fiberoptic Sensor [4] SUPER HIGH POWER RGB sensor Industry's best color differentiation High resolution amplifier for triple 16-bit calculation Dualdigital display& Direct access New UV sensor head for fluorescent Detection New Luster Detection sensor head Three detection modes for every target [Super I / C' / C+I] [4]Digital, 7 light color combinations RGB fiberoptic sensor with 16-bit accuracy. Including a new UV sensor head, luster detection head, 2-color digitaldisplay and unique color element detection. Detects targets conventional sensors cannot. [4]Sensor RGB digital de fibra ptica de alta potencia Sensor RGB de super alto poder, mejor diferenciacin de color a nivel industria. Amplificador de alta resolucin y triple clculo de 16 bits. Pantalla digital de doble y acceso directo. Nueva cabeza del sensor UV para la deteccin fluorescente. Nueva cabeza del sensor de deteccin de lustre. Tres modos de deteccin para cada objetivo [Super I / C '/ C + I].Digital, 7 combinaciones de color de luz RGB sensor de fibra ptica con la precisin de 16 bits. Incluye un cabezal nuevo sensor UV, con deteccin de lustre, display digital de 2 colores y deteccin nica de elemento de color. Detecta objetos que los sensores convencionales no pueden detectar. [4]

Sensor de color 12.5 mm, IP67 | CRT 442 [4] Marca Leuze Electronic

Scanner forcolour detection Colour tolerance adjustable in levels Static teach-in procedure Teach-in via button or control line High switching frequency for detection of fast or small objects and marks Escner para deteccin de color. Tolerancia de color ajustable en niveles. Procedimiento Teach-In esttico Teach-In mediante tecla o control de lnea Alta frecuencia de conmutacin para la deteccin de rpidos o pequeas objetos y marcas [4]

PRESENTACION COMERCIAL DE LOS SENSORESCARACTERISTICAS Las principales caractersticas de los sensores es que son pequeos y su uso puede variar desde electrodomsticos muy simples hasta una alta gama de mquinas usadas en el sector mdico. La mayora de los sensores miden en base a cuatro colores, algunos utilizan aparte de los tres colores bsicos, el blanco o el negro. La variedad de alimentacin vara dependiendo la empresa o el fabricante y la especifica rea a donde est dirigido, pero los hay desde los 3.3V hasta los 12V de corriente continua, por lo que se facilita la implementacin de ellos en cualquier circuito electrnico. Algunos sensores el propio fabricante nos proporciona una placa en el cual viene montado para de esta manera obtener todos los pines tanto de entrada como salida, con mayor facilidad. La temperatura soportada por los sensores es bastante considerable, esta al igual que el voltaje y el tamao depende del fabricante. Pero los hay que soportan desde los -20 hasta los 85. El rango en el que alcanzan a medir el color de manera eficaz es muy variado en algunos modelos incluso de la misma marca los encontramos desde los 6mm hasta los 300mm.Aqu un ejemplo de unos sensores y algunas de sus caractersticas:MARCA: LEUZE ELECTRONICMODELO: KRT 20B

CARACTERSTICAS PRINCIPALES: Carcasa de plstico reforzada con insertos metlicos. Rango de deteccin de 13,5mm. RGB o luz blanca. Diferentes procesos en teach-in. Teach-in con ajuste de umbral de conmutacin. Correccion de umbral de conmutacin via EasyTune. Tiempo de respuesta minima de 50s. Mxima frecuencia de conmutacin 10kHz. Teach en remoto y en bloqueo de teclado. Prolongacin de impulso. Intefaz IO-Link.

MARCA: PICAXEMODELO: AXE045

Contents: Color sensor PCB 2 while LEDS. 2 LED support post. 2 LED angle support post. Lens assambly.General Operation:The AXE045 Colour Sensor module is a built around a TAOS TCS230 colour sensor.The TAOS TCS230 sensor chip is a proglammable color light-to-frecuancy converter, supplied as a small 8 pin SOIC format chip. In simple terms this means that it is a sensor that can mesure the reflected light intensity from an illuminated simple, by use of an 8 by 8 array of photodiodes. Of these64 photodiodes, 16 are covered by blue filters, 16 have red filters, 16 have red filters and 16 have no filter.White light is an equal mixture of red, green and blue light. By mixing red, green and blue light in different combinations you can get any other color as demonstrated by your televisin screen (which displays colours as combination of red, Green and blue dots).The red, Green and blue (RGB) filters embedeed in the TAOS sensor ensure only these colours are expose to the underlying photodiodes. Therefore, by using a PICAXE microcontroller, the user can programmatically select which coloured filtered photodiodes to use at particular time, and, by cycling throygh the 4 different options, come to a very good approximation of the RGB content of the simple hence identifying its color! This may soun complicated, but is actually quite strainght foward to do!

Colour Sensor Circuit Diagram:

APLICACIONES DE LOS SENSORES DE COLORLos sensores de color son la solucin ptima siempre y cuando el color de un objeto o el marcaje puedan servir como criterio de control o clasificacin. El resultado, dependiendo de la parametrizacin y de los valores de tolerancia especificados del sistema, genera una seal en una salida.

Los sistemas sensoriales de colores abren un amplio campo de mltiples aplicaciones, por ejemplo, para sistemas de embalaje, robtica, automatizacin, control de calidad o en la industria de procesos. Se pueden simplificar y acelerar los procesos automticos con los sensores de color verstiles para detectar tonalidades de alfombras o materiales textiles, igual que marcas de color en embalajes o etiquetas. [5]

Una clasificacin de forma ms general de los sensores de color utilizados principalmente, seria en las siguientes reas:

Clasificacin (Elementos por color). Control (De calidad y/o de armado correcto de conjuntos). Deteccin de colores. Deteccin de marcas. [6, 7]

CONCLUSIN

Los sensores de color pueden estar constituidos por componentes discretos, estos son construidos o utilizados para poder detectar dentro de una industria componentes que contienen colores mezclados; es decir colores que el ojo del ser humando no podra detectar, como se mostr en el proceso de este documento el ojo humano solo puede llegar a observar una luz visible de un rango entre 400 y 700 nm.Los sensores de color o de luz se usan para detectar el nivel de luz y de esa manera producir una seal de salida proporcional a la cantidad de luz detectada. El sensor debe incluir un transductor fotoelctrico para convertir la luz a una seal elctrica.Por lo que el sensor de color puede llegar a observar un amplio nivel de iluminacin, lo cual es apto para la deteccin de diversos colores, el funcionamiento de un sensor de color es por medio de tres modos los cuales son luz analgico de tensin luz para digitales y una ligerea fotocorriente, estos modos permiten la realizacin de una amplificacin de transimpedancia. Para poder entender el funcionamiento que realiza fsicamente de un sensor de color, que se da por la deteccin de colores, las cuales se basa en la reflexin y transmisin de color; es decir cuando se refleja un color en alguna superficie donde incida una fuente de luz, la luz que emite la fuente rebotara en la superficie y se detectara por medio del sensor el color que se est mostrando. El sensor de color nos permitir tener demasiadas ventajas en la industria ya que permitir la deteccin de los colores, el sensor de color detecta los colores Red, Green y Blue y de estos se realiza una mezcla por medio de procesos matemticos o mtodos como se mostraron en este documento para detectar otros colores. Los sistemas sensoriales de colores abren un amplio campo de mltiples aplicaciones, por ejemplo para sistemas de embalaje, robtica, automatizacin, control de calidad o en la industria de procesos. Se pueden simplificar y acelerarlos procesos automticos con los sensores de color y de esa manera detectar tonalidades o marcas de color. Los sensores de color son dispositivos que trabajan al cambio de la intensidad de la luz, los cuales requieren de un componente emisor que genera luz y el receptor que percibe la luz. Este tipo de sensores detecta colores y los compara con el valor de referencia almacenado. El resultado, dependiendo de los parmetros y de los valores de tolerancia especificados del sistema, genera una seal en una salida. Algunas caractersticas relevantes son la velocidad del proceso y el tiempo de respuesta del sensorReferencias

[1] K. Y. L. L. K. B. Ng Joh Joh, Use color sensors for precise measurement, Electronic Engineering Times-Asia, n December 16-31, pp. 1-3, 2006. [2] R. Monezinos, Escritor, Especificacin cromtica de gama de colores en la industria. [Performance]. Universidad de Alicante , 2003. [3] A., Escritor, Electronis-base. [Performance]. Written by Super User | Hits: 1388, Tuesday, 18 September 2012 10:08 . [4] Direct Industry, [En lnea]. Available: http://www.directindustry.es/fabricante-industrial/sensor-color-64641.html. [ltimo acceso: 13-16 02 2014].[5] Sensores de color. [Performance]. Balluff sensors worldwide. [6] Sensores de color. [Performance]. Leuze electronic . [7] Sensor de color BFS 26K EL EXPERTO EN COLOR. [Performance]. BALLUFF.

Instituto Tecnolgico de Aguascalientes

Departamento de Ingeniera Elctrica y Electrnica

Ingeniera Electrnica

Instrumentacin avanzada.

Trabajo 2SENSORES DE FIBRA PTICA.

Profesor:

Martnez Romo Julio Cesar.

Alumnos:Jos Enrique Cruz Lpez (10150513).Hctor Martn Martnez Hermosillo (10150572).Anbal Salvador Gmez Alvarado (10150522).Jos Alberto Rojas Rojas (10150555).

Fecha de Entrega:

17 de Febrero de 2014.

FIBRAS PTICAS.

Cmo funcionan las fibras pticas?

Hace ms de un siglo John Tyndall (1870) demostr que una fina corriente de agua poda contener y guiar luz; poco despus recurri a tubos de vidrio y ms tarde a hilos gruesos de cuarzo fundido. Todos estos materiales son dielctricos, pues en ninguno puede transmitirse la electricidad. Sin embargo, lo importante de este trabajo fue demostrar que la luz, al incidir en estos materiales a un determinado ngulo, se refleja dentro de ellos, es decir, queda confinada y puede propagarse a determinadas distancias. Esto se puede comprobar de una manera muy sencilla con un apuntador lser y la pecera de casa o un envase transparente con agua. Si en el envase o pecera, se apunta con el lser de abajo hacia arriba a la frontera entre el agua y el aire (interfase agua-aire), la luz pasar por el agua y saldr del recipiente. Pero si se va moviendo el apuntador lser tratando de que cada vez est ms horizontal (paralelo al suelo), parte de la luz saldr del agua y parte se reflejar hacia adentro. Si el apuntador se coloca cada vez ms horizontalmente, se llegar a un determinado ngulo en que la luz ya no saldr al aire y se reflejar totalmente dentro del agua [4].

La fibra ptica es una gua de onda en forma de filamento, generalmente de vidrio, aunque tambin puede ser de materiales plsticos, capaces de guiar una potencia ptica (lumnica), generalmente introducida por un lser, o por un diodo emisor de luz (LED). Cada filamento consta de un ncleo central de plstico o cristal (xido de silicio y germanio) con un alto ndice de refraccin ligeramente menor. Cuando la luz llega a una superficie que limita con un ndice de refraccin menor, se refleja en gran parte, este principio se le conoce como reflexin total interna [3]. Un sistema de fibras pticas simple, convierte una seal elctrica a una seal de luz dentro de una fibra ptica o entonces captura la seal en el final cuando es reconvertida en una seal elctrica [5].

TIPOS DE FIBRA PTICA

Fibra Monomodo

Potencialmente, esta es la fibra que ofrece mayor capacidad de transporte de informacin. Tiene una banda de paso del orden de los 100 GHz/Km. Los mayores flujos se consiguen con esta fibra, pero tambin es la ms compleja de implantar [1].

Cuando slo pueden ser transmitidos los rayos que tienen una trayectoria que sigue el eje de la fibra, adquiere el nombre de monomodo (modo de propagacin, o camino del haz luminoso, nico). Son fibras que tienen el dimetro del ncleo en el mismo orden de magnitud que la longitud de onda de las seales pticas que transmiten, es decir, de unos 5 a 8 m. Si el ncleo est constituido de un material cuyo ndice de refraccin es muy diferente de la cubierta, entonces se habla de fibras monomodo de ndice escalonado. Los elevados flujos que se pueden alcanzar constituyen la principal ventaja de las fibras monomodo, ya que sus pequeas dimensiones implican un manejo delicado y entraan dificultades de conexin que an se dominan mal [1].

Fibra Multimodo de ndice gradiente gradual

Las fibras multimodo de ndice gradiente gradual tienen una banda de paso que llega hasta los 500 MHz por kilmetro. Su principio se basa en que el ndice de refraccin en el interior del ncleo no es nico y decrece cuando se desplaza del ncleo hacia la cubierta. Los rayos luminosos se encuentran enfocados hacia el eje de la fibra. Estas fibras permiten reducir la dispersin entre los diferentes modos de propagacin a travs del ncleo de la fibra [1].

Fibra Multimodo de ndice escalonado

Las fibras multimodo de ndice escalonado estn fabricadas a base de vidrio, con una atenuacin de 30 dB/km, o plstico con una atenuacin de 100 dB/km. Tienen una banda de paso que llega hasta los 40 MHz por kilmetro. En estas fibras, el ncleo est constituido por un material uniforme cuyo ndice de refraccin es claramente superior al de la cubierta que lo rodea. El paso desde el ncleo hasta la cubierta conlleva por tanto una variacin brutal de ndice, de ah su nombre de ndice escalonado [1].

Aplicaciones

Los residuos explosivos en bases militares abandonadas presentan riesgos sanitarios para las personas an a concentraciones de partes por billn. Ensayos in situ pueden definir el grado de contaminacin de un lugar, o controlar el proceso de su descontaminacin. Un mtodo barato para medir in situ explosivos, como el trinitrotolueno (TNT). Con ese objeto, se utiliza una fibra ptica a cuyo extremo se han fijado por enlace covalente anticuerpos de TNT. La fibra se expone a una muestra de agua subterrnea desconocida a la que se le aade TNT marcado como una etiqueta fluorescente. Si no hay TNT en el agua, todos los anticuerpos se unirn al TNT marcado con dicha etiqueta. Se enva luz lser a la fibra, y la emisin fluorescente producida vuelve al detector a travs de la fibra. Si existe TNT en el agua, ste compite con los puntos ocupados por el anticuerpo de TNT marcado que hay en la fibra. Cuanto ms TNT hay en la muestra, menos fluorescencia se observa en el detector. El lmite de deteccin de este mtodo es de g/L (5 ppb), y un anlisis tarda 20 minutos. El anlisis cromatogrfico en un laboratorio necesita 30 das de trabajo para obtener resultados, y cuesta 20 veces ms que el anlisis con fibra ptica [2].

CARACTERPISTICAS Y PROPIEDADES DE LA FIBRA PTICA

Las fibras pticas son filamentos generalmente en forma cilndrica, que consisten en un ncleo de vidrio y un revestimiento de vidrio o plstico (Figura 1).

Ncleo (core): Es la seccin a travs de la cual viaja el haz de luz.

Revestimiento (cladding): Es la capa que rodea al ncleo. Su funcin principal es reflejar la luz hacia el centro de la fibra atrapndola en el ncleo.

Figura 1. Estructura bsica de una fibra ptica

Tanto el ncleo (core) como el revestimiento (cladding) estn conformados ambos de vidrio o plstico. Con la combinacin de estos materiales se forman tres tipos de fibra ptica:

a) Ncleo de plstico con revestimiento de plstico b) Ncleo de vidrio con revestimiento de plstico c) Ncleo de vidrio con revestimiento de vidrio

En el caso del plstico, el ncleo puede ser de polietileno o poliometil metacrlico; generalmente es silicn o tefln. El vidrio est constituido bsicamente de slica, la cual es encontrada en arena. Para la fabricacin de la fibra ptica la slica debe ser extremadamente pura agregando pequeas cantidades de partculas de boro, fsforo y germanio es posible cambiar el ndice de refraccin de la fibra. En comparacin con el vidrio las fibras de plstico son ms econmicas y flexibles. Adems son ms fciles de instalar y conectar, resisten grandes tensiones en comparacin con las fibras de vidrio. Como desventaja principal est la mala transmisin de la luz, esto ocasiona grandes prdidas por lo que se recomienda el uso del vidrio para el ncleo de la fibra [5].

Las fibras pticas pueden ser de un tamao corto como 1m. O uno largo como de 10 km. El detector de luz puede ser un fotodiodo PIN (Positivo Intrnseco Negativo) o un APD (Fotodiodo de Avalancha). Cada uno de estos dispositivos se discutirn ms adelante [5].

Amplio ancho de banda

El empleo del lser y de los LEDs en la comunicacin con fibra ptica abre una ventana del espectro electromagntico en frecuencias 10 mil veces superiores a las mayores empleadas en las transmisiones de radio, debido a que la capacidad potencial de informacin se incrementa de modo directamente proporcional a la frecuencia, el lser hace que sea posible transmitir 1014 bps [5].

Bajas prdidas

Puesto que intrnsecamente las prdidas de las fibras pticas son bajas (menos de 2.5 dB/Km. a 0.85 micrmetros y 0.5 dB/Km. a 1.3 micrmetros) el distanciamiento entre repetidores resulta multiplicado en comparacin con el exigido por los cables metlicos en condiciones de trfico anlogas. En la actualidad se han superado los 200 Km. entre los puntos de repeticin en condiciones experimentales a velocidades de hasta 90 Mb/seg y se han alcanzado ms de 161 Km. para 480 Mb/seg [5].

Inmunidad a la interferencia electromagntica

La configuracin de los campos electromagnticos que se propagan en la fibra ptica, es tal que, en la prctica se produce un completo aislamiento con el exterior. As pues, las fibras pticas no contribuyen a interferir en otros sistemas, y a la inversa, son inmunes a las interferencias originadas por otros portadores [5].

Tamao y flexibilidad

Un cable de diez fibras pticas puede tener un dimetro exterior de 8 a 10 mm y ofrecer la misma capacidad de informacin (aunque con menos repetidores) que un cable coaxial de 10 tubos y 8 cm de dimetro, o de 5 10 cables de 2000 pares de 0.8 mm. La diferencia de tamao repercute en el peso y la flexibilidad del cable, dado que el material de la fibra ptica es ms ligero, existe un ahorro en la instalacin y el transporte es en mayor volumen [5].

Aislamiento elctrico

Las fibras proporcionan un total aislamiento elctrico entre el transmisor y el receptor. Esto proporciona ciertas ventajas como el no requerir de una tierra comn para el transmisor y el receptor; reparar la fibra aunque los equipos no estn apagados; los cables de fibra pueden atravesar zonas con fuertes inducciones sin peligro de descarga elctrica ni riesgo de que se originen cortos circuitos [5].

SENSORES DE FIBRA PTICA.

La investigacin sobre sensores con fibras pticas se ha desarrollado bastante desde la dcada de los 80's. En la actualidad ya existen muchas compaas que comercializan la tecnologa a tal punto que no es difcil encontrar productos para muchas aplicaciones [5].

Caractersticas de los sensores de fibra ptica.Los sensores de fibra ptica, son una combinacin de cable de fibra ptica y amplificador, en donde los lentes ptico son eliminados, son ideales en donde se requiere deteccin de objetos pequeos y rpida respuesta de tiempo. Adems, la alta flexibilidad del cable ptico permite una fcil instalacin de conexin casi en cualquier parte. Los amplificadores de deteccin de fibra ptica y los cables cuerpo compacto ofrecen una deteccin sofisticada, respuesta rpida de tiempo y un rango de deteccin generoso [5].Ventajas.

Los actuales sensores con fibra presentan una serie de ventajas que los hace competitivos con los sensores tradicionales, por citar algunas:

a) Seguridad: No existen materiales conductores que provoquen cortos o induzcan voltajes.b) Tamao pequeo y poco peso: til en aplicaciones de vuelo (girscopos) o lugares donde la instalacin sea costosa.c) Inmunidad a la radiacin electromagntica y emisin de radio frecuencia.d) Velocidad de respuesta: til en aplicaciones de gran precisin. (< 1 jS)e) El sensor puede ser muy pequeo: Por ejemplo en aplicaciones mdicas (fibroscopio).f) Multiplexeo: La fibra permite varios tipos de multiplexeo, por ejemplo multiplexin por longitud de onda (WDM), multiplexin por tiempo (TDM), etc [5].

Desventajas.

Algunas de las desventajas de los sensores con fibra son:

a) Fragilidad: Se requiere de muchos cuidados en el encapsulado del sensor.b) Los emisores y receptores pueden presentar dificultades de alineacin y una vez instalados se pueden desalinear con vibraciones o golpes.c) Sensibles a varios factores al mismo tiempo: Por ejemplo presin y temperatura.d) El ancho de banda espectral de los emisores est muy limitado al infrarrojo.e) Costo: Algunos componentes pueden alcanzar precios altos [5].

CLASIFICACIN DE LOS SENSORES.Los sensores se clasifican en base al mecanismo por el cual la luz se modula para transmitir la informacin. En general, los sensores se pueden clasificar por las siguientes categoras:

a) Modulados por intensidad. Tipo I (Intensidad).b) Modulados por cambio de fase o interferomtricos. Tipo A (ngulo de fase).c) Modulados por frecuencia. Tipo F (Frecuencia).d) Modulados por longitud de onda. Tipo W (Wavelenght).e) Modulados por polarizacin. Tipo P (Polarizacin) [5].

Cada tipo de sensor mencionado puede clasificarse en:a) Extrnsecos (cuando la modulacin se hace actuando directamente sobre la fibra).b) Intrnsecos (cuando la modulacin se efecta sobre un transductor ptico que se aplica a la fibra) [5].

Modulacin por intensidad: Tipo I.

El sensor Tipo I es el ms fcil de construir. Los agentes externos afectan directamente la intensidad de la luz y se mide el cambio, entonces se relacionan con mediciones de presin o temperatura etc [5].

Modulacin por fase Tipo A: sensores interferomtricos.

Los sensores modulados por fase buscan medir el corrimiento de fase de dos o ms haces coherentes. Este desfase es producido por la excitacin que se quiere medir. Por ejemplo, se usan cambios de presin, temperatura, etc. para producir una pequea variacin en el ndice de refraccin lo cual atrasa o acelera, segn los valores que tomen las variables y la transmisin de la luz dentro de la fibra [5].

Modulacin por polarizacin: Tipo P.

Existen muchos fenmenos que alteran el estado de polarizacin de la luz (por ejemplo: birrefringencia, campos elctricos y magnticos etc.) dentro de una fibra [5].La medicin de estos cambios es uno de los mtodos ms poderosos para construir sensores con fibras pticas.Los sensores de polarizacin ms comunes son los medidores de voltaje y corriente. En stos se aprovecha el efecto Faraday aplicando un campo B longitudinal a la fibra para producir una rotacin en la polarizacin perpendicular a la trayectoria del haz [5].

SENSORES CON FIBRAS PTICAS POR APLICACIN.

A modo de sntesis se mencionan brevemente las caractersticas de tres clases de sensores:a) De temperatura, b) de presin y c) magnticos.

Los datos que se incluyen para cada clase de sensor son:1) Principio de operacin.2) El tipo de emisor usado.3) El tipo de fibra.4) El tipo de receptor.5) Rango de operacin y sensibilidad.6) Comentario.Nota: El nmero 1 se refiere a un sensor intrnseco, mientras que el nmero 2 a un sensor extrnseco. As, por ejemplo, un sensor tipo A-2 es del tipo de cambio de fase y extrnseco [5].

Sensor de temperatura

Tipo 1-1 Sensor por ndice de refraccin.

1) Cambio en el ndice de refraccin del ncleo y revestimiento (Sin embargo la luz se pierde en la frontera).2) LED o LD3) SM o MM4) PINo APD5) Entre 80 y 7009 C con una presin de 1 C6) Fcil de construir y calibrar (Se puede usar un receptor tpico de infrarrojo) [5].

Tipo A-1 Sensor interferomtrico.

1) Basado en el esquema de Mach-Zehnder2) LED o lser visible3) SM Fused silica4) Receptor tpico (Por el mtodo de deteccin coherente)5) Entre - 50 y 200C con una precisin de 0.1 a 1 C. (Para una fibra de slica pura a una longitud de onda de 633 m.6) Muy sensible, pero se necesita un arreglo con acopladores [5].

Tipo 1-2 Radiacin de cuerpo negro.

1) Se basa en la radiacin que incide en la fibra por algn objeto2) No hay emisor, lo que asegura dificultades de acoplamiento3) Fibra MM4) Receptor tpico5)250 a 650 C 6) Muy simple de hacer [5].

Sensor de presin.

Tipo 1-1 Microcurvaturas.

1) La luz se sale en las microcurvaturas causando la prdida de modos. (La fibra se somete a 2 placas con rugosidades).2) Lser visible.3) Fibra MM, rectangular o parablica.4) De acuerdo al transmisor.5) No aplica.6) Se pueden obtener altas precisiones [5].

Tipo A-1 Sensores interferomtricos.

1) Se basa en el arreglo de Mach-Zehnder.2) Luz lser coherente.3) MM.4) Un receptor acorde al transmisor.5) No aplica6) La seal que se recibe es la combinacin de la luz original ms la luz modificada, as que se tiene que demodular la seal. Se debe disear un circuito capaz de hacer esto. Las limitantes son:a) El largo de las dos bobinas no puede diferir por ms de 1/4 de longitud de onda. Lo que hace muy dependiente de la temperatura al sistema.b) Una fibra MM permite dos polarizaciones, lo que causa ruido en la medicin.c) El sistema es muy dependiente de la temperatura [5].

Sensores magnticos.

Tipo P-1 por rotacin de Faraday.

1. El ngulo de polarizacin de una onda plana cambia segn la ecuacin del efecto magneto-ptico.2. LD lser.3. Fibra SM. (Algunas se dopan).4. No aplica5. Para las fibras de slica la constante de Verdet es de 1.5 x 10-2 min/A, por lo que slo se pueden aplicar a grandes voltajes y corrientes. Se han medido corrientes del orden de 5000 amp con un tiempo de respuesta de 1 S y una precisin del 1%.6. Las fibras no deben ser birrefringentes [5].

Tipo P-2 Sensores de corriente y voltaje.

1. Utilizan el efecto Pockel. El cristal ms adecuado es el LiNbO3. Las constantes de algunos materiales se dan en las tablas pasadas.2. ILDoLser3. Fibra SM4. No aplica5. Se pueden medir voltajes arriba de 500 Kv con un tiempo de respuesta de 1 ns y una exactitud del 0.1%.6. No aplica [5].

FENMENOS FSICOS QUE INTERVIENEN EN SENSORES.

Birrefringencia.

Uno de los parmetros ms importantes que caracterizan a una fibra ptica es el ndice de refraccin del ncleo (n) [5].

La birrefringencia se presenta cuando el ndice de refraccin no es constante dentro de la fibra, es decir, cuando se tiene una substancia pticamente anisotrpica, de hecho todas las fibras presentan birrefringencia por ms control de calidad que se tenga. Muchos sensores de fibras estn basados en este fenmeno e incluso se fabrican fibras especiales con birrefringencias [5].

La birrefringencia puede ser intrnseca o inducida. La intrnseca se origina en el proceso de fabricacin (secciones elpticas, excentricidad del revestimiento, etc). La birrefringencia inducida se puede crear por deformaciones o curvaturas de la fibra [5].

Estado de Polarizacin.

La luz se puede visualizar como una onda electromagntica transversal. La forma ms simple de transmisin es cuando se habla de luz polarizada linealmente o luz polarizada en un plano, es decir, cuando la orientacin del vector de campo elctrico constante pese a que su magnitud y signo varan con el tiempo [5].

Ahora supongamos que tenemos dos ondas de luz armnicas, linealmente polarizadas de la misma frecuencia, movindose en la misma direccin. Tenemos dos posibilidades para conocer el resultado: a) Si las direcciones de los vectores de campo elctrico son paralelas, entonces stos simplemente se suman produciendo el fenmeno de interferencia, b) Si las direcciones son perpendiculares entre s, la resultante puede ser linealmente polarizada a 0 [5].

Aqu se puede hablar del fenmeno de polarizacin.

Representando estas dos ondas de luz perpendiculares se tiene:Ex (z, t) = Eox cos (Kz - wt) Ey (z, t) = E0y cos (Kz - wt +6) J

donde 6 es la diferencia de fase entre las dos ondas viajando en direccin. La resultante es simplemente:

E (z, t) = E0z cos (Kz - wt) + Eoy cos (Kz - wt) + 6) J

-Polarizacin lineal.

Cuando 6 =0 o un entero mltiplo de 2, las ondas estn en fase.

Para este caso:E (z, t) = [ Eox i + Eoy J ] cos (Kz- wt)

La onda resultante tiene una amplitud constante y genera un plano de vibracin constante [5].

-Polarizacin Circular.

Ocurre cuando las amplitudes de las ondas son iguales y estn desfasadas por 6 =/2 2m donde m=0,1,2,.... Por lo tanto:

Ex (z, t) = E0 cos (Kz - wt) i Ey (z, t) = E0 cos (Kz - wt) J

As:E (z, t) = E0 [ cos(Kz - wt) i + cos (Kz - cut)J ]

-Polarizacin Elptica.

Efecto Electro-ptico.

Efecto fotoelstico.

Efecto magneto-ptico.

Aplicaciones.Los sensores de fibra ptica son ideales para condiciones arduas: alta vibracin, calor extremo y ambientes hmedos, explosivos o corrosivos. En reas cerradas las fibras flexibles pueden colocarse en forma precisa [5]. A continuacin se presentan algunos ejemplos de sensores de fibra ptica con sus respectivas caractersticas

IMPACTO AMBIENTAL.Sensores de fibra ptica para el monitoreo de parmetros medioambientales.Las aplicaciones de los sensores de fibra ptica corresponde a las tareas de monitorizacin ambiental, el control de procesos industriales, la biomedicina. Se han desarrollado ya con xito sensores pticos para la monitorizacin de oxgeno molecular, dixido de carbono, pH, hierro, sulfuro de Hidrgeno, alcoholes, humedad, temperatura, detergentes, aceites, pesticidas, glucosa, acetil colina y colesterol, adems de la unin de los sensores pticos con molculas biolgicas (enzimas, anticuerpos, ADN) se construyen los biosensores, los cuales son empleados en diferentes reas como diagnsticos mdicos, aplicaciones biolgicas (deteccin de bacterias), monitoreo del agua y aire [6].La clara demanda que existe de mtodos de exploracin que operen in-situ y de forma continua conlleva que las potenciales aplicaciones medioambientales de los sensores en general y de sensores de fibra ptica en particular sean: Anlisis medioambiental como medidas puntuales. Monitorizacin contina del objetivo. Sistemas de alarma precoz. Sistemas de control medioambiental. Sistemas de proteccin medioambiental [6].

Se pueden clasificar las aplicaciones de deteccin medioambiental de acuerdo con el rea que se va monitorizar: sensores domsticos, monitorizaciones industriales dentro de edificios, sensores al aire libre y en el espacio, sensores marinos o de pureza de agua [6].La estrategia apropiada para la monitorizacin medioambiental es fuertemente dependiente del analito a detectar, el medio que contiene la sustancia de inters, la accesibilidad del rea a analizar, la peligrosidad de los entornos circundantes, la calidad deseada de la informacin obtenida, y de la legislacin vigente. Cada paso desde la identificacin de un problema de contaminacin hasta la limpieza y la potencial monitorizacin posterior requieren diferentes tipos de tcnicas de anlisis que ponen de manifiesto los potenciales campos de aplicacin de sensores en la monitorizacin medioambiental [6].

Cuando se identifica una zona contaminada, es esencial una caracterizacin extensiva del lugar, incluyendo la naturaleza y nivel de la contaminacin. Son necesarias tcnicas de anlisis y herramientas de diagnosis para identificar contaminantes esperados y desconocidos. El anlisis de los datos obtenidos nos dar las especificaciones de los contaminantes [6].Estas medidas requieren normalmente la toma de numerosas muestras discretas, que se analizarn de forma discontinua para conocer la presencia o ausencia de contaminantes [6].

La demanda de explorar el campo y de tener dispositivos porttiles acenta el uso de mtodos en laboratorio miniaturizados aplicables en campo, as como sensores capaces de proporcionar el anlisis in-situ. Esta ltima caracterstica es una ventaja de gran valor cuando se considera la determinacin de compuestos orgnicos voltiles, especialmente en fase acuosa, ya que el anlisis in-situ sin procedimientos de toma de muestras hace que los errores debidos a la evaporacin del analito o cambios en las condiciones del medio puedan minimizarse [6].

Una monitorizacin constante de los contaminantes es crtica para continuamente adaptar dicho proceso as como para disminuir los costes mediante la minimizacin de esfuerzos de correccin si se alcanza el nivel de limpieza deseado [6].Dependiendo de las medidas legislativas, puede ser obligatorio un tratamiento o una monitorizacin posterior. En ese caso, sensores in-situ que acten como dispositivos de umbrales de alarma seran altamente efectivos en tiempo y coste comparados con el anlisis clsico de laboratorio. La robustez, fiabilidad y el ser inertes a influencias electromagnticas hace a los sensores de fibra ptica candidatos ideales para esas tareas. Otra rea de inters para sistemas de anlisis que operan de manera continua es la observacin a largo plazo de parmetros medioambientales, como la contaminacin del agua causada por considerables cantidades de fertilizantes agrcolas, herbicidas y pesticidas o por la entrada de aguas residuales industriales [6].Se demandan sensores para determinar parmetros como oxgeno, pH, dixido de carbono, amoniaco, nitratos, PAH, etc., puesto que dispositivos de monitorizacin facilitan el control de la calidad del agua y la regulacin de los umbrales de alerta medioambientales en caso de accidente. Los lugares de aplicacin para dichos sistemas son estaciones de monitorizacin continua en ros, estuarios y aguas costeras superficiales. Debido a su versatilidad y flexibilidad los sensores de fibra ptica representan una alternativa atractiva a las medidas electroqumicas establecidas [6].ptodos aplicados al anlisis de aguas. Entre 1984 y 1986, la EPA (Environmental Protection Agency, agencia de proteccin del medio ambiente estadounidense) public una serie de informes en los que se inclua la valoracin y mejora de la calidad del agua con objeto de proteger la salud pblica y el ecosistema. Los puntos ms destacados en estos informes fueron el endurecimiento de las medidas adoptadas por cada Estado sobre la calidad de las aguas y la creacin de una organizacin encargada de vigilar el cumplimiento estricto de las normas establecidas por la EPA [6].En 1994, en el seno del IV Programa Marco de I+D de la Unin Europea, en el subprograma de Medio Ambiente, se establecieron dos objetivos prioritarios: (a) identificar y evaluar los efectos de la actividad humana sobre el ecosistema y (b) contribuir al desarrollo tecnolgico necesario para la observacin, monitorizacin e investigacin del medioambiente, incluyendo las metodologas y tecnologas para la vigilancia, prevencin y gestin de los riesgos naturales. En este ltimo punto, la unin europea hace especial hincapi en el desarrollo de sensores en todas aquellas aplicaciones donde los sistemas convencionales de medida estn limitados por sensibilidad, selectividad, precisin, fiabilidad y/o coste, as como en procesos industriales que contemplen una produccin menos contaminante. En la actualidad y hasta el ao 2002, est en vigor el V Programa Marco (1999) en el que se vuelve a remarcar la necesidad de un control de la contaminacin de los recursos hdricos a travs de la analtica de las aguas y los sistemas de vigilancia de fuentes contaminantes puntuales o accidentales [6].Tradicionalmente, el control de la calidad del agua se ha llevado a cabo mediante las imprescindibles tomas de muestra y su posterior traslado a los laboratorios de anlisis, donde gracias a las actuales tcnicas analticas, tales como la espectroscopa de absorcin atmica (AAS), la cromatografa de gases (GC), la cromatografa de lquidos de alta resolucin (HPLC) y la espectrometra de masas (MS), se detectan y cuantifican todo tipo de sustancias contaminantes [6].

Los principales analitos a monitorizar en el agua son: pH, O2, CO2, contaminantes orgnicos, metales pesados y radiactivos [6].

La monitorizacin a distancia de contaminantes en aguas subterrneas es un campo donde el empleo de fibra ptica ofrece grandes ventajas, como es la de poder dirigir la fibra hacia el punto de inters aunque sea a grandes profundidades. El primer sensor luminiscente de pH fue desarrollado por Saari (1982), la fase reactiva del sensor, fluoresceinamida, atrapada en un polmero de acrilamida, se inmoviliza covalentemente en el extremo de una fibra ptica. Las principales ventajas de este ptodo son corto tiempo de respuesta al no tener membrana y amplio intervalo de trabajo al tener el indicador dos constantes de acidez sucesivas. Su principal inconveniente es su pobre precisin [6].Siempre que la concentracin de una sustancia en las aguas est legislada, se hace necesaria la optimizacin de un mtodo de medida, que suele aparecer junto con los lmites permitidos de la concentracin de esa especie. Generalmente, los mtodos de laboratorio permiten medir un nmero muy elevado de analitos con un coste inferior al que supondra utilizar sensores de fibra ptica, los cuales habitualmente estn desarrollados para la medida de un nico parmetro [6].Para que un sensor de fibra ptica pueda reemplazar a los tradicionales mtodos de medida, es necesario que los ptodos introduzcan mejoras en diversos parmetros analticos, como la sensibilidad, selectividad, precisin y tiempo de respuesta. Adems, deben ser competitivos en cuanto a costes de mercado con los mtodos ya implantados, lo cual se suele lograr cuando se fabrican ptodos multiparamtricos [6].

Sensores de fibra ptica DF-G1.Amplificador de fibra de doble pantalla y alto rendimiento, con diseo mecnico actualizado. Presenta un ajuste y configuracin simple, rendimiento estable y precio competitivo.

Figura 2. Partes principales que componen al sensor de fibra ptica DF-G1.

Tabla 1. Partes del sensor DF-G1.

1Output LEDLED de salida.

2LO/DO Switchinterruptor LO/DO

3RUN/PRG/ADJ Mode Switch

4Lever Action Fiber Clamp

5Red Signal LevelRed de nivel de seal.

6Green ThresholdUmbral vede

7+/SET/- Rocker ButtonBotn de control electrnico.

Caractersticas.-Doble pantalla fcil de leer que muestra el nivel de seal y el umbral en forma simultnea-Interfaz de usuario simple que asegura un fcil ajuste y programacin del sensor por medio de pantallas e interruptores, cable de enseanza de entrada remota, o enlace de ES (prximamente)-Mtodos Expertos de ENSEANZA y AJUSTE que aseguran ganancia y umbral ptimos para todas las aplicaciones, especialmente aquellas de bajo contraste-El usuario tiene el control total de todos los parmetros de funcionamiento: umbral de punto de interrupcin, Funcionamiento por Luz o por Oscuridad, funciones de sincronizacin de salida, nivel de ganancia y velocidad de respuesta-Los componentes electrnicos con estabilidad trmica minimizan la deriva de calentamiento y reducen el efecto de montaje lado a lado de mltiples amplificadores de fibra-El modo pantalla ECO (Econmico) reduce el consumo de energa del amplificador en un 25%-Algoritmo para evitar la diafona que permite el montaje de dos fibras que funcionan muy prximas para varias aplicaciones-Velocidades de respuesta de: 200 s (Velocidad alta), 500 s (Velocidad estndar), 2 ms (Largo alcance), y 5 ms (Largo alcance extra) permiten al operador optimizar aplicaciones rpidas o de larga distancia-Microprocesador de 32 bits de alto rendimiento con conversor analgico a digital (ADC) de 12 bits-Funciona con cualquier cable de fibra ptica de 2,2 mm.

Sensor serie D10.

-Presenta un amplificador de fibra ptica avanzado para usar con fibras de plstico. -Disponible en modelos discreto bipolar, discreto doble y analgico/discreto. -Presenta una pantalla numrica o grfico de barras en modelos Expert . -Disponible en modelos con pulsadores de programacin o ajuste de ganancia manual. -Disponible con haz de deteccin rojo o verde visibles. -Brinda funcionamiento por luz o funcionamiento por oscuridad. -Tiene un alojamiento delgado de 10 mm para usar con montaje de rail DIN estndar de 35 mm.

Figura 3. Sensor de FO D10.

Fibras pticas de vidrio.

-Resuelven difciles requisitos de deteccin. -Ideales para ambientes hostiles como aquellos con temperaturas de hasta 480 C, materiales corrosivos y humedad extrema. -Soportan altos niveles de golpes y vibraciones. -Inherentemente inmunes a ruido elctrico extremo. -Disponibles en estilos individuales y bifurcados para deteccin opuesta o difusa. -Disponibles con seleccin de fundas: conducto flexible estndar de acero inoxidable, PVC u otro tubo flexible. -Pueden disearse a medida en forma inmediata.Figura 4. FO de vidrio.

Fibras pticas de plstico.

-Las fibras de plstico son econmicas y fciles de cortar a medida en el momento de instalar. -Las fibras plsticas se doblan fcilmente para entrar exactamente en el lugar en que usted la precisa. -Los modelos de alta flexibilidad soportan la flexin y curvatura reiterada. -Las camisas especiales resisten la corrosin, el impacto y la abrasin. -Las versiones espiraladas estn disponibles para aplicaciones que requieren movimiento articulado o alternativo. -Las fibras estn disponibles en estilos individuales o bifurcados para la deteccin en modo opuesto o difuso. -Los dimetros incluyen 0,25; 0,5; 0,75; 1,0 y 1,5 mm. -Las fibras diseadas a medida se crean rpidamente para sus exclusivas aplicaciones.Figura 5. FO de plstico.

COMENTARIOS.

Jos enrique cruz Lpez (10150513)..

En un sistema de sensado por fibra ptica los elementos ms importantes son el transmisor, el dispositivo sensor, el medio de trasmisin y el receptor. La fibra ptica presenta gran capacidad de transmisin de informacin y la seal se atena mucho menos que la comunicacin cableada. El uso de construccin de sensores con fibras pticas no permite sensar y comunicar de una manera ms eficiente, debido a las ventajas que trae consigo la FO. Estos sensores son capaces de detectar campos acsticos, aceleraciones lineales y circulares, campos elctricos y magnticos entre otros muchos otros parmetros elctricos. Tambin regulan algunas caractersticas en las ondas de luz dentro de una fibra ptica, como la intensidad, o la fase de las ondas de luz. Estos sensores pueden ser usados en sistemas de trasmisin tanto elctricos como electrnicos.Hctor Martn Martnez Hermosillo (10150572).Ya se sabe que la fibra ptica se utiliza ampliamente entelecomunicaciones, ya que permite enviar gran cantidad de datos a una gran distancia, con velocidades similares a las de radio