1- Los sensores. -Sistema de control. 2-Los sensores de contacto. 3- Los sensores magnéticos. 5- Los sensores de temperatura. 6- Los sensores infrarrojos. 7- Circuitos de.
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1- Los sensores.
-Sistema de control.
2-Los sensores de contacto.
3- Los sensores magnéticos.
5- Los sensores de temperatura.
6- Los sensores infrarrojos.
7- Circuitos de sensores infrarrojos.
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-Definición de sensor.
Los sensores son dispositivos que se encargan de detectar las condiciones del entorno:
temperatura, humedad, luz, movimiento, caudal, ect. Una persona percibe las características de
su entorno a través de los sentidos, y una máquina o un robot los percibe a través de los sensores.
-Funcionamiento de los sensores.
Los sensores están en contacto con la magnitud que tienen que detectar y los cambios en la
magnitud producen variaciones muy pequeñas en el sensor. Estos cambios pueden ser el
desplazamiento de un eje o el cambio de resistencia de un componente, que en la mayoría de los
casos es necesario transformar en señales eléctricas y amplificarlas para poder realizar una acción
de control.
Una vez obtenida la señal eléctrica, esta se introduce en un circuito electrónico o en un sistema de
control, el cual utilizará la señal del sensor para realizar alguna acción de control.
En la industria del automóvil
utilizan varios tipos de
sensores. Uno de ellos es el
sensor hall que se utiliza de
forma frecuente para en
sensores de posición cigüeñal ,
en el cierre del cinturón de
seguridad o en sistemas de
cierres de puertas.
Transmisión con un sensor
Hall.
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Variable del
sensor.
Magnitud que
detecta.
Final de carrera.
Posición de una lengüeta.
Presión de contacto.
Interruptor Reed.
Movimiento de un contacto.
Campo magnético.
LDR.
Resistencia.
Intensidad lumínica.
PTC.
Resistencia.
Temperatura.
NTC.
Resistencia.
Temperatura.
Humedad.
Resistencia.
Humedad.
Infrarrojos.
Radiación infrarroja.
Luz infrarroja.
Sensor.
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Sistemas de control:
Una vez detectada la magnitud, los sistemas de control son los encargados de tomar esa señal
para realizar una acción. Los sistemas de control se clasifican fundamentalmente en dos
tipos: sistemas sin realimentación y sistemas con realimentación.
Un sistema de control sin realimentación no considera las variaciones del entorno mediante
sensores, al no contrastar los efectos de salida con los de entrada, estos también reciben el
nombre de sistemas de lazo abierto.
Este es el caso de un semáforo controlado por un temporizados, en el que , por ejemplo, la luz
roja del semáforo permanecerá encendida durante un minuto y la verde durante otro minuto.
Esta secuencia se repite indefinidamente y es independiente de la cantidad de coches o
peatones que circulen en cada momento.
Sistemas
de
Control.
Acción
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Un sistema de control con realimentación tiene en cuenta las variaciones del entorno mediante sensores, y
contrasta los datos de salida con los de entrada. Por ello se les denominan lazo cerrado.
En el ejemplo que hemos puesto antes, el semáforo puede tener unos sensores para detectar la cantidad de
tráfico que hay en cada momento. Las señal de estos sensores se introduce en el sistema de control para que
actúe sobre el tiempo en que el semáforo tiene encendida cada luz. De esta forma, si el tráfico es muy
intenso, el sistema de control actuaría sobre las luces para que la señal verde del semáforo estuviera
encendida más tiempo y la roja menos
Realimentación
Sensor
Sistema
de
control.
Acción.
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Los sensores de contacto se utilizan para detectar el final del recorrido de determinados componentes mecánicos
móviles, como pueden ser
puertas, barreras o ascensores, o para determinar la posición límite de elementos móviles de la máquinas.
Los más comunes son llamados interruptores de final de carrera. Consta de una lengüeta metálica y tres de
contacto internos, que salen al
Exterior a través de tres terminales de conexión llamados común (COM), normalmente cerrado (NC) y
normalmente abierto (NA).
Funcionamiento del interruptor de final de carrera.
Los finales de carrera se disponen en los circuitos de tal manera que los mecanismos móviles, cuya posición
se quiere controlar, presionen la lengüeta cuando llegan s sus posiciones límites.
-Cuando la lengüeta metálica no está presionada, los contactos COM y NC estas conectados entre sí y el Na está
desconectado.
-Cuando se presiona la lengüeta metálica, se conectan los contactos COM y NA, y el contacto NC se desconecta.
-Al dejar presionar la lengüeta , los contactos retornan a su posición original, es decir, COM y NC conectados y Na
desconectado.
Los finales de carrera se pueden construir en el taller con un trozo de latón. Dependiendo de la función que haga
el final de carrera, podemos construir un final de carrera con un solo contacto, normalmente cerrado o
normalmente abierto, o con los dos, igual que están construidos los finales de carrera comerciales.
Símbolo
de
interruptor
final de
carrera
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Las barreras automáticas son movidas por motores controlados por un circuito capaz de invertir el
sentido de giro de un motor, con objeto de que la barrera se puede abrir y cerrar. Cuando la barrera está
totalmente abierta o cerrada, es necesario que el motor no siga funcionando. La parada del motor
consigue utilizando dos finales de carrera, uno que detecta que la barrera está abierta parando el motor
cuando la barrera está vertical, y otro que detecta que la barrera se encuentra cerrada parando el motor
cuando está horizontal.
Apertura y cierre de una barrera.
Para abrir o cerrar una barrera automática se dispone del siguiente montaje eléctrico, en el que el
conmutador se utiliza para invertir el sentido de giro del motor. En los siguientes circuitos se indica la
posición del conmutador y el sentido correspondiente de giro del motor.
Al cerrar el circuito, el motor gira hasta que la barrera presiona la lengüeta del final de carrera a y detiene
el motor.
Cuando se cambia la posición del conmutador doble, el motor girará en sentido contrario hasta que la
barrera presione la lengüeta del final de carrera y detenga de nuevo el motor.
Los finales A y C detienen el motor cuando la barrera ha cerrado C o ha abierto A totalmente, para
cualquiera de los dos casos.
Intermitencia con dos bombillas.
Mediante el siguiente circuito se va a diseñar un semáforo con dos luces. La intermitencia de las
bombillas verde y roja se controla mediante el movimiento periódico de una leva. Las dos bombillas están
conectadas a un final de carrera, de tal manera que cuando la leva presiona sobre el final de carrera, se
cambia la bombilla que está encendida, como se indica en el dibujo.
Al pulsar el interruptor /, gira el motor que se encarga de mover la leva y se enciende la bombilla 1.
Cuando la leva pulsa el final de carrera, se apaga la luz 1 y se enciende la luz 2. Al dejar de pulsar la leva el
final de carrera, se apaga la bombilla 2 y se enciende la 1. Ese ciclo se repite continuamente mientras que
esté cerrado el interruptor /.
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Los sensores magnéticos detectan una variación en el campo magnético en
respuesta a la variación de alguna magnitud física. Están basados en el
efecto Hall, por lo que se conocen como sensores de efecto Hall. Se
caracterizan principalmente por ser dispositivos de estado sólido, no tener
partes móviles, compatibilidad con otros circuitos analógicas y digitales,
margen de temperatura amplio, buena repetibilidad y frecuencia de
funcionamiento relativamente alta (100 kHz).
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Definición
Reed switch (interruptor de lengüeta)
es un interruptor eléctrico activado por
un campo magnético. Cuando los
contactos están normalmente abiertos
se cierran en la presencia de un campo
magnético; cuando están normalmente
cerrados se abren en presencia de un
campo magnético. Fue inventado por
W. B. Elwood en 1936 cuando trabajaba
para Laboratorios Bell.
Utilidades
El reed switch consiste en un par de
contactos ferrosos encerrados al vacío
dentro un tubo de vidrio. Cada contacto
está sellado en los extremos opuestos del
tubo de vidrio. El tubo de vidrio puede
tener unos 10 mm de largo por 3 mm de
diámetro. Al acercarse a un campo
magnético, los contactos se unen
cerrando un circuito eléctrico. La rigidez
de los contactos hará que se separen al
desaparecer el campo magnético. Para
asegurar la durabilidad, la punta de los
contactos tiene un baño de un metal
precioso. El campo magnético puede
estar generado por un imán permanente
o por una bobina.
Slide 12
La detección de humedad es importante
en un sistema si éste debe
desenvolverse en entornos que no se
conocen de antemano. Una humedad
excesiva puede afectar a los circuitos, y
también la mecánica de un robot. Por
esta razón se deben tener en cuenta
una variedad de sensores de humedad
disponibles, entre ellos los capacitivos y
resistivos, más simples, y algunos
integrados con diferentes niveles de
complejidad y prestaciones.
Para el uso en robótica, por suerte, se
puede contar con módulos pequeños,
versátiles y de costo accesible, como
el SHT11 de Sensirion.
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Estos se caracterizan por detectar las variaciones en la temperatura,
se construyen de materiales cuya resistencia varía en función de la
temperatura.
El sensor de temperatura de
aire conocido por IAT
Se utilizan en sist. de control de temperatura de
sist. de calefacción y aire acondicionado, equipos
electrónicos, sist. de alarmas de protección contra
incendios, etc.
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Termistor NTC corresponde al coeficiente de temperatura negativo, su
valor de la resistencia aumenta la temperatura y disminuye la
resistencia, puede hacerse viceversa.
Termistor PTC corresponde al coeficiente de temperatura positivo, su valor
de la resistencia aumenta la temperatura y la resistencia.
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Sensores de Luz
Construidos de selenio, sulfuro de cadmio o sulfuro de plomo cuya
resistencia varía en función de la cantidad de luz que recibe el nombre
de LDR( resistencia dependiente de la luz )
La resistencia LDR tiene 2 terminales y una zona fotosensible. Su
resistencia varia inversamente proporcional al nivel de luz, baja la
resistencia y viceversa. Cuando esta en condiciones de baja luminosidad
su resistencia es alta y viceversa.
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Un sensor de rayos infrarrojos es un aparato que se utiliza para
la detección de una zona del espectro electromagnético(no
visible para el ojo humano).
Los sensores funcionan por parejas : un diodo emisor de luz
infrarroja y un fototransistor sensible a la luz infrarroja, ambos
están dentro de otro componente llamado optoacoplador.
Un optoacoplador se
basa en la utilización
de un haz de radiación
luminosa para pasar
señales de un circuito a
otro
sin
conexión
eléctrica.
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CNY70: Sistema que
funciona en que
cuando la radiación
infrarroja incide sobre
una superficie, esta se
refleja con mayor o
menor intensidad
dependiendo del
color de la superficie.
TSC2000:
funciona de tal
manera que el
rayo infrarrojo
deja de llegar al
receptor cuando
se introduce
algún elemento
opaco entre el
emisor y receptor
Slide 18
Los detectores de infrarrojos se utilizan en multitud de
aplicaciones como:
Control
remoto
Domótica
Robótica
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Detector de infrarrojos con emisor
y receptor independientes
Fotodiodo
es
un
semiconductor
construido con una
unión PN, sensible a la
incidencia de la luz
visible o infrarroja.
Para
que
su
funcionamiento
sea
correcto se polariza
inversamente, con lo
que se producirá una
cierta circulación de
corriente cuando sea
excitado por la luz.
Fototransistor: a un transistor
sensible
a
la
luz,
normalmente
a
los
infrarrojos.
La luz incide sobre la región
de base, generando carga en
ella. Esta carga de base lleva
el transistor al estado de
conducción.
El fototransistor es más
sensible que el fotodiodo por
el efecto de ganancia propio
del transistor.
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Slide 21
Ahora observamos como se realiza la construcción de un circuito impreso
Dibujar: el esquema del
circuito electrónico.
Dibujar: el circuito impreso
en papel milimetrado
Reunir: todos los
componentes del circuito.
Probar: el circuito en una
tabla.
Slide 22
Ahora observamos como se realiza la construcción de un circuito impreso
Obtener la imagen inversa del
circuito escaneando e
invirtiéndola
Taladrar la placa del circuito impreso
con una boca fina.
Colocar la imagen inversa en la
parte metálica y marcar los
terminales de los componentes.
Dibujar el negativo del circuito
sobre la parte metálica de la
placa
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Ahora observamos como se realiza la construcción de un circuito impreso
Introducir la placa en
acido clorhídrico y
perborato sódico.
Circuito
Terminado
Limpiar con alcohol
las marcas de
rotulador.
Soldar: correctamente los
terminales de los
componentes.
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1- Los sensores.
-Sistema de control.
2-Los sensores de contacto.
3- Los sensores magnéticos.
5- Los sensores de temperatura.
6- Los sensores infrarrojos.
7- Circuitos de sensores infrarrojos.
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-Definición de sensor.
Los sensores son dispositivos que se encargan de detectar las condiciones del entorno:
temperatura, humedad, luz, movimiento, caudal, ect. Una persona percibe las características de
su entorno a través de los sentidos, y una máquina o un robot los percibe a través de los sensores.
-Funcionamiento de los sensores.
Los sensores están en contacto con la magnitud que tienen que detectar y los cambios en la
magnitud producen variaciones muy pequeñas en el sensor. Estos cambios pueden ser el
desplazamiento de un eje o el cambio de resistencia de un componente, que en la mayoría de los
casos es necesario transformar en señales eléctricas y amplificarlas para poder realizar una acción
de control.
Una vez obtenida la señal eléctrica, esta se introduce en un circuito electrónico o en un sistema de
control, el cual utilizará la señal del sensor para realizar alguna acción de control.
En la industria del automóvil
utilizan varios tipos de
sensores. Uno de ellos es el
sensor hall que se utiliza de
forma frecuente para en
sensores de posición cigüeñal ,
en el cierre del cinturón de
seguridad o en sistemas de
cierres de puertas.
Transmisión con un sensor
Hall.
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Variable del
sensor.
Magnitud que
detecta.
Final de carrera.
Posición de una lengüeta.
Presión de contacto.
Interruptor Reed.
Movimiento de un contacto.
Campo magnético.
LDR.
Resistencia.
Intensidad lumínica.
PTC.
Resistencia.
Temperatura.
NTC.
Resistencia.
Temperatura.
Humedad.
Resistencia.
Humedad.
Infrarrojos.
Radiación infrarroja.
Luz infrarroja.
Sensor.
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Sistemas de control:
Una vez detectada la magnitud, los sistemas de control son los encargados de tomar esa señal
para realizar una acción. Los sistemas de control se clasifican fundamentalmente en dos
tipos: sistemas sin realimentación y sistemas con realimentación.
Un sistema de control sin realimentación no considera las variaciones del entorno mediante
sensores, al no contrastar los efectos de salida con los de entrada, estos también reciben el
nombre de sistemas de lazo abierto.
Este es el caso de un semáforo controlado por un temporizados, en el que , por ejemplo, la luz
roja del semáforo permanecerá encendida durante un minuto y la verde durante otro minuto.
Esta secuencia se repite indefinidamente y es independiente de la cantidad de coches o
peatones que circulen en cada momento.
Sistemas
de
Control.
Acción
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Un sistema de control con realimentación tiene en cuenta las variaciones del entorno mediante sensores, y
contrasta los datos de salida con los de entrada. Por ello se les denominan lazo cerrado.
En el ejemplo que hemos puesto antes, el semáforo puede tener unos sensores para detectar la cantidad de
tráfico que hay en cada momento. Las señal de estos sensores se introduce en el sistema de control para que
actúe sobre el tiempo en que el semáforo tiene encendida cada luz. De esta forma, si el tráfico es muy
intenso, el sistema de control actuaría sobre las luces para que la señal verde del semáforo estuviera
encendida más tiempo y la roja menos
Realimentación
Sensor
Sistema
de
control.
Acción.
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Los sensores de contacto se utilizan para detectar el final del recorrido de determinados componentes mecánicos
móviles, como pueden ser
puertas, barreras o ascensores, o para determinar la posición límite de elementos móviles de la máquinas.
Los más comunes son llamados interruptores de final de carrera. Consta de una lengüeta metálica y tres de
contacto internos, que salen al
Exterior a través de tres terminales de conexión llamados común (COM), normalmente cerrado (NC) y
normalmente abierto (NA).
Funcionamiento del interruptor de final de carrera.
Los finales de carrera se disponen en los circuitos de tal manera que los mecanismos móviles, cuya posición
se quiere controlar, presionen la lengüeta cuando llegan s sus posiciones límites.
-Cuando la lengüeta metálica no está presionada, los contactos COM y NC estas conectados entre sí y el Na está
desconectado.
-Cuando se presiona la lengüeta metálica, se conectan los contactos COM y NA, y el contacto NC se desconecta.
-Al dejar presionar la lengüeta , los contactos retornan a su posición original, es decir, COM y NC conectados y Na
desconectado.
Los finales de carrera se pueden construir en el taller con un trozo de latón. Dependiendo de la función que haga
el final de carrera, podemos construir un final de carrera con un solo contacto, normalmente cerrado o
normalmente abierto, o con los dos, igual que están construidos los finales de carrera comerciales.
Símbolo
de
interruptor
final de
carrera
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Las barreras automáticas son movidas por motores controlados por un circuito capaz de invertir el
sentido de giro de un motor, con objeto de que la barrera se puede abrir y cerrar. Cuando la barrera está
totalmente abierta o cerrada, es necesario que el motor no siga funcionando. La parada del motor
consigue utilizando dos finales de carrera, uno que detecta que la barrera está abierta parando el motor
cuando la barrera está vertical, y otro que detecta que la barrera se encuentra cerrada parando el motor
cuando está horizontal.
Apertura y cierre de una barrera.
Para abrir o cerrar una barrera automática se dispone del siguiente montaje eléctrico, en el que el
conmutador se utiliza para invertir el sentido de giro del motor. En los siguientes circuitos se indica la
posición del conmutador y el sentido correspondiente de giro del motor.
Al cerrar el circuito, el motor gira hasta que la barrera presiona la lengüeta del final de carrera a y detiene
el motor.
Cuando se cambia la posición del conmutador doble, el motor girará en sentido contrario hasta que la
barrera presione la lengüeta del final de carrera y detenga de nuevo el motor.
Los finales A y C detienen el motor cuando la barrera ha cerrado C o ha abierto A totalmente, para
cualquiera de los dos casos.
Intermitencia con dos bombillas.
Mediante el siguiente circuito se va a diseñar un semáforo con dos luces. La intermitencia de las
bombillas verde y roja se controla mediante el movimiento periódico de una leva. Las dos bombillas están
conectadas a un final de carrera, de tal manera que cuando la leva presiona sobre el final de carrera, se
cambia la bombilla que está encendida, como se indica en el dibujo.
Al pulsar el interruptor /, gira el motor que se encarga de mover la leva y se enciende la bombilla 1.
Cuando la leva pulsa el final de carrera, se apaga la luz 1 y se enciende la luz 2. Al dejar de pulsar la leva el
final de carrera, se apaga la bombilla 2 y se enciende la 1. Ese ciclo se repite continuamente mientras que
esté cerrado el interruptor /.
Slide 9
Los sensores magnéticos detectan una variación en el campo magnético en
respuesta a la variación de alguna magnitud física. Están basados en el
efecto Hall, por lo que se conocen como sensores de efecto Hall. Se
caracterizan principalmente por ser dispositivos de estado sólido, no tener
partes móviles, compatibilidad con otros circuitos analógicas y digitales,
margen de temperatura amplio, buena repetibilidad y frecuencia de
funcionamiento relativamente alta (100 kHz).
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Definición
Reed switch (interruptor de lengüeta)
es un interruptor eléctrico activado por
un campo magnético. Cuando los
contactos están normalmente abiertos
se cierran en la presencia de un campo
magnético; cuando están normalmente
cerrados se abren en presencia de un
campo magnético. Fue inventado por
W. B. Elwood en 1936 cuando trabajaba
para Laboratorios Bell.
Utilidades
El reed switch consiste en un par de
contactos ferrosos encerrados al vacío
dentro un tubo de vidrio. Cada contacto
está sellado en los extremos opuestos del
tubo de vidrio. El tubo de vidrio puede
tener unos 10 mm de largo por 3 mm de
diámetro. Al acercarse a un campo
magnético, los contactos se unen
cerrando un circuito eléctrico. La rigidez
de los contactos hará que se separen al
desaparecer el campo magnético. Para
asegurar la durabilidad, la punta de los
contactos tiene un baño de un metal
precioso. El campo magnético puede
estar generado por un imán permanente
o por una bobina.
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La detección de humedad es importante
en un sistema si éste debe
desenvolverse en entornos que no se
conocen de antemano. Una humedad
excesiva puede afectar a los circuitos, y
también la mecánica de un robot. Por
esta razón se deben tener en cuenta
una variedad de sensores de humedad
disponibles, entre ellos los capacitivos y
resistivos, más simples, y algunos
integrados con diferentes niveles de
complejidad y prestaciones.
Para el uso en robótica, por suerte, se
puede contar con módulos pequeños,
versátiles y de costo accesible, como
el SHT11 de Sensirion.
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Estos se caracterizan por detectar las variaciones en la temperatura,
se construyen de materiales cuya resistencia varía en función de la
temperatura.
El sensor de temperatura de
aire conocido por IAT
Se utilizan en sist. de control de temperatura de
sist. de calefacción y aire acondicionado, equipos
electrónicos, sist. de alarmas de protección contra
incendios, etc.
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Termistor NTC corresponde al coeficiente de temperatura negativo, su
valor de la resistencia aumenta la temperatura y disminuye la
resistencia, puede hacerse viceversa.
Termistor PTC corresponde al coeficiente de temperatura positivo, su valor
de la resistencia aumenta la temperatura y la resistencia.
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Sensores de Luz
Construidos de selenio, sulfuro de cadmio o sulfuro de plomo cuya
resistencia varía en función de la cantidad de luz que recibe el nombre
de LDR( resistencia dependiente de la luz )
La resistencia LDR tiene 2 terminales y una zona fotosensible. Su
resistencia varia inversamente proporcional al nivel de luz, baja la
resistencia y viceversa. Cuando esta en condiciones de baja luminosidad
su resistencia es alta y viceversa.
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Un sensor de rayos infrarrojos es un aparato que se utiliza para
la detección de una zona del espectro electromagnético(no
visible para el ojo humano).
Los sensores funcionan por parejas : un diodo emisor de luz
infrarroja y un fototransistor sensible a la luz infrarroja, ambos
están dentro de otro componente llamado optoacoplador.
Un optoacoplador se
basa en la utilización
de un haz de radiación
luminosa para pasar
señales de un circuito a
otro
sin
conexión
eléctrica.
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CNY70: Sistema que
funciona en que
cuando la radiación
infrarroja incide sobre
una superficie, esta se
refleja con mayor o
menor intensidad
dependiendo del
color de la superficie.
TSC2000:
funciona de tal
manera que el
rayo infrarrojo
deja de llegar al
receptor cuando
se introduce
algún elemento
opaco entre el
emisor y receptor
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Los detectores de infrarrojos se utilizan en multitud de
aplicaciones como:
Control
remoto
Domótica
Robótica
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Detector de infrarrojos con emisor
y receptor independientes
Fotodiodo
es
un
semiconductor
construido con una
unión PN, sensible a la
incidencia de la luz
visible o infrarroja.
Para
que
su
funcionamiento
sea
correcto se polariza
inversamente, con lo
que se producirá una
cierta circulación de
corriente cuando sea
excitado por la luz.
Fototransistor: a un transistor
sensible
a
la
luz,
normalmente
a
los
infrarrojos.
La luz incide sobre la región
de base, generando carga en
ella. Esta carga de base lleva
el transistor al estado de
conducción.
El fototransistor es más
sensible que el fotodiodo por
el efecto de ganancia propio
del transistor.
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Ahora observamos como se realiza la construcción de un circuito impreso
Dibujar: el esquema del
circuito electrónico.
Dibujar: el circuito impreso
en papel milimetrado
Reunir: todos los
componentes del circuito.
Probar: el circuito en una
tabla.
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Ahora observamos como se realiza la construcción de un circuito impreso
Obtener la imagen inversa del
circuito escaneando e
invirtiéndola
Taladrar la placa del circuito impreso
con una boca fina.
Colocar la imagen inversa en la
parte metálica y marcar los
terminales de los componentes.
Dibujar el negativo del circuito
sobre la parte metálica de la
placa
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Ahora observamos como se realiza la construcción de un circuito impreso
Introducir la placa en
acido clorhídrico y
perborato sódico.
Circuito
Terminado
Limpiar con alcohol
las marcas de
rotulador.
Soldar: correctamente los
terminales de los
componentes.
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