SENSORES INTELIGENTES:

SENSORES INTELIGENTES:INTRODUCCINLa historia de los sensores inteligentes (o Smart Sensors) ha sido un temaapasionante desde el primer y muy sencillo sensor desarrollado por Honeywellen el ao 1969, hasta los dispositivos complejos actu ales de alta tecnologa.Estos ltimos integran muchas funciones automticas:Identificacin, calibracin, comprobacin, etc., que permiten obtener sensoresque no slo entregan una seal digital (o casi digital), sino adems, linealizada,calibrada, robusta y compatible con otros dispositivos.El desarrollo de estos revolucionarios componentes ha permitido aumentar laeficiencia, calidad y velocidad de los procesos industriales, la investigacin y eldesarrollo cientfico.

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LA MOTIVACINEl foco de inters en el dearrollo de los sensores inteligentes ha idocambiando a lo largo de su vida. Inicialmente la atencin se con centr en elprocesamiento de la seal generada por el sensor para mejorar lacompensacin de la temperatura y lograr una seal normalizada. Ms tarde laatencin se centr en mejorar los sistemas digitales derivados de laconversin de la seal analgica a digital , como la comunicacin remota y ladireccionalidad.Esta ltima consiste en la posibilidad de conocer en qu punto se encuentra elsensor (ya sea en una red de multiplexado, red de sensores, o bus de campo).

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Figura l . Medidor de temperatura industrial,basado en sensores inteligentes. Cortesa deMoore Industries.

El desarrollo ms reciente est orientado a lostests de manufactura e integracin para mejorar lafabricacin de los sensores, con el fin de reducirlos costos y mejorar la relacinprecio/prestaciones. Esto incluye el diseo denuevos dispositivos con arquitecturasoptimizadas: lo ms simple que se puedanrealizar, pero conservando los beneficiosalcanzados a lo largo de su historia.

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Figura . Polos de inters en la investigacin de sensores inteligentes a lo largo del tiempo.

Estas arquitecturas actuales, aunque tiene el mismo objetivo, tienen formade implementarse muy diferentes:recurrir a la microelectrnica para integrar componentes ya existentes(convertidores A/D, microprocesador, sensores de silicio, etc.); utilizarsistemas hbridos electromecnicos que utilizan el principio de losservomecanismos; plantear nuevas tcnicas de conversin, etc.

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En este artculo haremos hincapi en aquella arquitectura que busca simplificarel diseo mediante la tcnica de conversin directa de la seal del proceso osistema a digital. Entindase, sin utilizar convertidores AID convencionales niamplificadores operacionales. Esto permitir conocer un mundo interesantedonde la lucha entre bajo coste y eficiencia es mucho ms fuerte que en otrastendencias.

SENSORES INTELIGENTES:EL NACIMIENTOEl primer sensor inteligente naci como una solucin al problema decompensacin de temperatura en los sensores.

Figura. El primer sensor inteligente usaba sensores piezorresistivos y capacitivos integrados, conectados a un inversor paracrear una salida en frecuencia proporcional a la presin.

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Lo desarroll Honeywell en los aos 60, para el sistema de aire en los avionesDC-9. Estaba formado por dos piezoresistores que medan la presin, y doscapacitores para crear un desplazamiento de fase. Estos elementos estabanrealimentados y conectados a un inversor para crear un oscilador. Lafrecuencia de salida era proporcional a la constante de tiempo RC, y por ende ala presin. Tiempo despus Toyota Research present otro sensor de presinsimilar. Ambas empresas, sin imaginrselo, estaban empezando una revolucinsin par en las tecnologas de sensado, que aun hoy contina.

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Figura. Sensor inteligente de la generacin de los ochenta.

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La siguiente generacin la introdujo nuevamente Honeywell en los aos 80. Lapresent en dos aplicaciones:Una para el control de procesos (ST3000), y otra para aplicacionesaerospaciales [5]. Ambos estaban formados por un grupo de sensoresmultiplexados, conectados a un convertidor V/F (tensin/frecuencia) Lafrecuencia obtenida la procesaba un microprocesador tipo DSP, y la salida sellevaba a un convertidor D/ A. La salida era acorde al estndar analgico de 4mA a 20 mA. El software tena compensacin de la presin esttica, calibracinremota del rango, direccionalidad y diagnstico.Los sensores eran de presin diferencial esttica y temperatura en el caso delcontrol de procesos, y presin absoluta y temperatura en el caso aerospacial.

SENSORES INTELIGENTES:En la presente dcada se ha multiplicado el desarrollo de sensores integradosaplicables en el mbito industrial, desarrollados por investigadores yacadmicos, aunque su precio elevado ha llevado a centrarse en arquitecturassimple y mejorar los procesos de integracin.

Figura. Los sensores il1leligen.tes se UTi lizan en todo tipo de mbito

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Figura. Ejemplos representativos de circuitos de interfaz de sensores il1leligenles de la empresa Analog Device.

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Figura 7. Posibilidades de conexin del UTI en la medida de sensores diferentes.

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Figura. Para el desarrollo de un sensor inteligente se necesiw una fue rte investigaciny el apoyo de recursosactualizados.

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Figura. Transductores interconectados en un mismo bus.

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Figura 10. Arquitectura de un "Sensor lnteligente formado por varios sensores.

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Figura 11. La integracin software-hardware forma parte del futuro de la instrumentacin

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Figura 12. Sistema Scada donde se interconectan sensores y actuadores en un proceso.

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