Mecatrónica Módulo 5 - 8 Componentes mecatrónicos, Sistemas y funciones de la mecatrónica, Mantenimiento y diagnóstico

Ejercicios Solución (Concepto)

Proyecto ampliado de transferencia del concepto europeo para la calificación agregada de la Mecatrónica las fuerzas especializadas en la producción industrial globalizada Proyecto EU Nr. 2005-146319 „MINOS“, Plazo: 2005 hasta 2007 Proyecto EU Nr. DE/08/LLP-LdV/TOI/147110 „MINOS**“, Plazo: 2008 hasta 2010 El presente proyecto ha sido financiado con el apoyo de la Comisión Europea. Esta publicación (comunicación) es responsabilidad exclusiva de su autor. La Comisión no es responsable del uso que pueda hacerse da la información aquí difundida.

www.minos-mechatronic.eu

Colaboradores en la elaboración y aprobación del concepto conjunto de eseñanza:                     

Technische Universität Chemnitz, Institut für Werkzeugmaschinen und Produktionsprozesse, Deutschland – Projektleitung Corvinus Universität Budapest, Institut für Informationstechnologien, Ungarn Universität Stockholm, Institut für Soziologie, Schweden Technische Universität Wroclaw, Institut für Produktionstechnik und Automatisierung, Polen Henschke Consulting Dresden, Deutschland Christian Stöhr Unternehmensberatung, Deutschland Neugebauer und Partner OHG Dresden, Deutschland Korff Isomatic sp.z.o.o. Wroclaw, Polen Euroregionale Industrie- und Handelskammer Jelenia Gora, Polen Dunaferr Metallwerke Dunajvaros, Ungarn Knorr-Bremse Kft. Kecskemet, Ungarn Nationales Institut für berufliche Bildung Budapest, Ungarn IMH, Spanien VUT Brno, Tschechische Republik CICmargune, Spanien University of Naples, Italien Unis, Tschechische Republik Blumenbecker, Tschechische Republik Tower Automotive, Italien Bildungs-Werkstatt gGmbH, Deutschland VEMAS, Deutschland

Concepto conjunto de enseñanza: Libro de texto, libro de ejercicios y libro de soluciones Módulo 1-8: Fundamentos / Competencia intercultural y administración de proyectos / Técnica de fluidos / Accionamiento y mandos eléctricos / Componentes mecatrónicos / Sistemas y funciones de la mecatrónica / La puesta en marcha, seguridad y teleservicio / Mantenimiento y diagnóstico Módulo 9-12: Prototipado Rápido/ Robótica/ Migración Europea/ Interfaces

Todos los módulos están disponibles en los siguientes idiomas: Alemán, Inglés, español, italiano, polaco, checo, húngaro Más Información Dr.-Ing. Andreas Hirsch Technische Universität Chemnitz Reichenhainer Straße 70, 09107 Chemnitz, Deutschland Tel: + 49(0)371 531-23500 Fax: + 49(0)371 531-23509 Email: [email protected] Internet: www.tu-chemnitz.de/mb/WerkzMasch oder www.minos-mechatronic.eu

Mecatrónica Módulo 5: Componentes mecatrónicos Ejercicios (Concepto) Wojciech Kwaśny Andrzej Błażejewski Universidad Técnica de Wroclaw, Polonia



Proyecto ampliado de transferencia del concepto europeo para la calificación agregada de la Mecatrónica las fuerzas especializadas en la producción industrial globalizada Proyecto EU Nr. 2005-146319 „MINOS“, Plazo: 2005 hasta 2007 Proyecto EU Nr. DE/08/LLP-LdV/TOI/147110 „MINOS**“, Plazo: 2008 hasta 2010 El presente proyecto ha sido financiado con el apoyo de la Comisión Europea. Esta publicación (comunicación) es responsabilidad exclusiva de su autor. La Comisión no es responsable del uso que pueda hacerse da la información aquí difundida.

www.minos-mechatronic.eu



Componentes mecatrónicos - Ejercicios

Minos

Índice 1 Sensores inductivos

1.1 Fundamentos teóricos 1.2 Fundamentos básicos 1.3 Sensores especiales 1.4 Suministro de corriente y principios de conexión de sensores 1.5 Mecanismos de protección y seguridad de sensores

4 5 8 11 13

2 Sensores capacitivos

2.1 Principios básicos 2.2 Fundamentos teóricos 2.3 Funcionamiento de los sensores capacitivos 2.4 Tipos de sensores capacitivos 2.5 Compensación de interferencias

14 15 16 17 18

3 Sensores de ultrasonido

3.1 Fundamentos teóricos 3.2 Funcionamiento 3.3 Fallos en el funcionamiento de sensores 3.4 Sensores de ultrasonido especiales

19 21 24 25

4 Sensores optoelectrónicos

4.1 Elementos fotoeléctricos 4.1.1 Fundamentos físicos 4.1.2 Fotoemisores y fotodetectores 4.2 Tipos de sensores 4.3 Procesamiento de señales 4.4 Tipos de sensores optoelectrónicos especiales 4.5 Conexión de los sensores optoelectrónicos

26 26 27 29 31 33 35

5 Sensores de campo magnético

5.1 Fundamentos teóricos 5.1.1 Campo magnético 5.1.2 Contactos Reed 5.1.3 Propiedades magnéticas utilizadas en sensores 5.2 Tipos de sensores magnéticos 5.3 Sensores magnéticos especiales 5.4 Montaje y aplicaciones



36 36 37 38 40 42 43

3

Componentes mecatrónicos - Ejercicios

Minos

1

Sensores inductivos

1.1

Fundamentos teóricos



Ejercicio 1

¿Cuál es la fuente del campo magnetico variable en los sensores inductivos ? …………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………

¿Cómo varía la energía almacenada en los circuitos eléctricos de resonancia LC ?

…………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………

¿Cómo se generan oscilaciones en un circuito LC? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………

¿Cómo pueden mantenerse constantes las oscilaciones en un circuito de resonancia? …………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………

4



Componentes mecatrónicos - Ejercicios

Minos

¿Bajo que condiciones tiene lugar la resonancia de la tensión o de la intensidad de corriente en un circuito? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ¿Qué condiciones deben cumplirse para generar oscilaciones en un circuito de resonancia? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………

1.2

Fundamentos básicos Ejercicio 2

¿ Cuál es la parte activa del sensor inductivo? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………

¿Cómo determina un sensor inductivo la distancia entre el objeto detectado y la bobina?

…………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………

¿Por qué presentan histéresis los sensores inductivos? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………



5

Minos

Componentes mecatrónicos - Ejercicios

¿Qué es la histéresis? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ¿Cuál es la frecuencia máxima de trabajo de los sensores inductivos? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………

¿Qué magnitud presenta la zona de trabajo de los sensores inductivos y que tipo de carcasas presentan estos? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ¿Qué es la zona nominal de trabajo del sensor? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ¿Para qué objeto se da el valor de la zona nominal de trabajo en los catálogos? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ¿Qué es la zona de acción real del sensor? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ¿Qué es la zona de trabajo del sensor? …………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………

6



Componentes mecatrónicos - Ejercicios

Minos

¿De qué depende la zona nominal de trabajo de un sensor inductivo? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ¿Por qué se emplean coeficientes de corrección para los sensores inductivos? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ¿Cómo influye la construcción de un sensor en su sensibilidad? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ¿Qué debe tenerse en cuenta al instalar cercanos entre sí sensores cubiertos ? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ¿Qué debe tenerse en cuenta al instalar cercanos entre sí sensores no cubiertos ? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………



7

Componentes mecatrónicos - Ejercicios

Minos

¿Qué significado tiene la frecuencia máxima de conmutación de la señal de salida?

…………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ¿Qué frecuencia máxima de conmutación debe esperarse si se utilizan otros objetos diferentes de la lámina estándar …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………

1.3

Sensores especiales Ejercicio 3

¿ Cómo opera un sensor inductivo de anillo? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ¿Existen límites respecto al tamaño de los objetos detectados por un sensor inductivo de anillo? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ¿Debe cumplir alguna condición especial la trayectoria recorrida por un objeto a ser detectado por un sensor de anillo? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………

8



Componentes mecatrónicos - Ejercicios

Minos

¿Cuáles pueden ser las consecuencias negativas de campos magnéticos de elevada intensidad sobre sensores inductivos? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ¿De qué manera se protegen los sensores instalados cerca de instalaciones de soldado? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ¿Qué sensores son insensibles a la influencia del campo magnético externo? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… Menciona algunos ejemplos de sensores que trabajan bajo condiciones adversas …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ¿Qué propiedades deben tener los sensores que trabajan bajo una presión elevada? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………



9

Minos

Componentes mecatrónicos - Ejercicios

¿Cómo se pueden reconocer movimientos de traslación por medio de un sensor de anillo biestable? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ¿Cómo funcionan los sensores inductivos NAMUR? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ¿Cuál es la propiedad típica de los sensores NAMUR? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ¿Qué condiciones deben cumplirse cuando los sensores NAMUR trabajan en zonas con peligro de explosión? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ¿Qué diferencia hay entre los sensores estándar y los sensores inductivos análogos? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ¿De qué elementos consta un sensor inductivo analógico? …………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………

10



1.4

Componentes mecatrónicos - Ejercicios

Minos

Suministro de corriente y principios de conexión de sensores Ejercicio 4

¿Qué valor máximo pueden presentar las oscilaciones de tensión en sensores de corriente continua? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ¿Cómo pueden evitarse las oscilaciones ocasionales de tensión? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ¿Qué configuraciones pueden presentar las salidas de los sensores de corriente continua? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ¿Pueden ser conectados los sensores de corriente alterna AC directamente a la corriente? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ¿Puede fluir la corriente en el circuito de un sensor AC cuando este no está en funcionamiento? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………



11

Minos

Componentes mecatrónicos - Ejercicios

¿Por qué se conectan los sensores en grupos? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………

¿Qué funciones lógicas pueden establecerse a partir de sensores conectados en serie? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………

¿De qué depende el número máximo de sensores conectados en serie? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ¿Qué funciones lógicas pueden establecerse a partir de sensores conectados en paralelo? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ¿De qué depende el número máximo de sensores conectados en paralelo? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ¿Se pueden conectar los sensores en paralelo con dos conductores? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………

12



1.5

Componentes mecatrónicos - Ejercicios

Minos

Mecanismos de protección y seguridad de sensores Ejercicio 5

¿Contra qué deben protegerse las salidas de los sensores DC? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ¿Es peligroso un cortocircuito para sensores DC? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ¿Cuándo debe conectarse la carcasa del sensor a tierra? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ¿Cómo puede evitarse la presencia de corriente en el circuito cuando el sensor no está funcionando? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………



13

Componentes mecatrónicos - Ejercicios

Minos

2

Sensores capacitivos

2.1

Principios básicos



Ejercicio 1

¿Qué objetos pueden ser detectados por los sensores capacitivos? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………

¿Qué materiales pueden ser detectados por los sensores capacitivos? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ¿Cómo está diseñado un sensor análogo capacitivo? …………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………

¿Cuál es el elemento activo de un sensor capacitivo? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ¿De qué magnitud es la zona de acción del sensor capacitivo? …………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………

14



2.2

Componentes mecatrónicos - Ejercicios

Minos

F undamentos teóricos Ejercicio 2

¿Es la capacidad de un condensador proporcional a la distancia entre los electrodos?

…………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ¿Cómo se consigue un condensador abierto? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ¿Cuál es el papel del electrodo intermedio? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ¿Qué diferencia hay entre la presencia de un objeto metálico y un aislante en el campo electrostático de un condensador abierto? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………



15

Componentes mecatrónicos - Ejercicios

Minos

2.3

Funcionamiento de los sensores capacitivos Ejercicio 3

¿Para qué objetos (conductores o no conductores) es mayor la zona de trabajo del sensor capacitivo? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ¿Cuándo es mayor la zona de trabajo del sensor capacitivo? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ¿Cuál es la función del potenciómetro en un sensor capacitivo? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ¿Para qué objeto se da el valor en los catálogos de la zona nominal de trabajo de sensores capacitivos? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ¿ De qué magnitud es la zona de trabajo segura de un sensor capacitivo? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ¿De qué depende la estructura de la capacidad de un sensor? …………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………

16



2.4

Componentes mecatrónicos - Ejercicios

Minos

Tipos de sensores capacitivos Ejercicio 4

¿Qué formas pueden tener los sensores capacitivos? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ¿Qué tipos de sensores cilíndricos hay? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ¿De qué depende la distancia entre un objeto orgánico y el sensor a partir de la cual la señal de salida cambia? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ¿Cómo puede determinarse la zona de acción real de un sensor capacitivo? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………



17

Componentes mecatrónicos - Ejercicios

Minos

2.5

Compensación de interferencias Ejercicio 5

¿Cómo responde un sensor capacitivo en presencia de contaminación? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ¿Cómo se puede disminuir la influencia de la contaminación modificando la construcción del sensor? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………

18



Componentes mecatrónicos - Ejercicios

3

Sensores de ultrasonido

3.1

Fundamentos teóricos



Ejercicio 1

Minos

¿Cómo se propaga una onda sonora en el aire? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ¿Qué es la longitud de onda? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ¿Cómo puede determinarse la distancia entre el objeto y el sensor? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ¿Qué es el efecto piezoeléctrico …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ¿Qué ocurre con las propiedades piezoeléctricas a elevadas temperaturas? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………



19

Minos

Componentes mecatrónicos - Ejercicios

¿Cómo se genera una onda de ultrasonido? ..………………………………………………………………………………... …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ¿Qué rango de frecuencias se emplea en los sensores de ultrasonido? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ¿En qué zona es mayor la energía de la onda sonora? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ¿Cómo puede determinarse el diámetro del cono de detección? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ¿De qué depende el ángulo y la forma de la radiación sonora? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………

20



3.2

Componentes mecatrónicos - Ejercicios

Minos

Funcionamiento Ejercicio 2

¿Cuáles son los modos de operación de sensores de ultrasonido típicos? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ¿Qué fases pueden distinguirse durante la operación de un sensor de ultrasonido? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ¿Cuándo se utilizan los sensores de ultrasonido? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ¿Son los sensores de ultrasonido insensibles a la influencia del sonido exterior? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ¿De qué partes está compuesto un sensor de ultrasonido? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………



21

Minos

Componentes mecatrónicos - Ejercicios

¿Qué tipo de objetos son mejor detectados por sensores de ultrasonido? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ¿Cómo funciona un sensor de ultrasonido con un transformador piezoeléctrico? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ¿Cómo puede eliminarse el fondo? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ¿Cómo puede configurarse el rango mínimo de operación en los sensores de ultrasonido? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ¿ Por qué existe la zona muerta? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………

22



Componentes mecatrónicos - Ejercicios

Minos

¿Cuántos grados puede formar el cono de detección de los sensores de ultrasonido? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ¿Qué objeto se emplea para determinar la zona de acción de los sensores de ultrasonido? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ¿Cómo funcionan los sensores unidireccionales? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ¿Qué clase de onda sonora es generada por los sensores unidireccionales? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ¿Cuándo se utilizan los sensores unidireccionales? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ¿Qué sensores (unidireccionales o de difusión) presentan la mayor frecuencia de cambio de la señal de salida? …………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………



23

Componentes mecatrónicos - Ejercicios

Minos

3.3

Fallos en el funcionamiento de sensores Ejercicio 3

¿Qué factores físicos pueden interferir en la correcta operación de sensores de ultrasonido? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ¿Qué efecto tiene el aumento de temperatura en los sensores de ultrasonido? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ¿Qué factores de instalación pueden interferir en la correcta operación de sensores de ultrasonido? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ¿Cuándo existe una influencia mútua entre sensores de ultrasonido? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ¿Cómo se puede evitar la interferencia mútua de los sensores de ultrasonido? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………

24



3.4

Componentes mecatrónicos - Ejercicios

Minos

Sensores de ultrasonido especiales Ejercicio 4

¿Cómo funcionan los sensores de reflexión? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ¿Cuándo se utilizan los sensores de reflexión? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ¿Cómo funcionan los sensores de carcasa con transformador doble? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ¿Cómo se miden distancias con un sensor de ultrasonido? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………



25

Componentes mecatrónicos - Ejercicios

Minos

4

Sensores optoelectrónicos

4.1

Elementos fotoeléctricos

4.1.1

Fundamentos físicos



Ejercicio 1

¿Qué partes de la radiación electromagnética se emplean en los sensores optoelectrónicos?

…………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ¿Qué es la refracción de la luz? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ¿Qué tipos reflexión existen? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………

26



4.1.2



Componentes mecatrónicos - Ejercicios

Minos

Fotoemisores y fotodetectores

Ejercicio 2

¿Qué fotoemisores pueden ser utilizados en sensores optoelectrónicos? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ¿En qué se basa el funcionamiento de los diodos luminosos? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ¿De qué depende la intensidad de los diodos luminosos? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ¿De qué depende el color de la luz generada por los diodos luminosos? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ¿Qué ventajas e inconvenientes presenta el empleo de luz visible e infrarroja en sensores? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ¿Por qué se coloca una lente en el extremo de la carcasa de un LED? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………



27

Minos

Componentes mecatrónicos - Ejercicios

¿Qué diferencia hay entre los diodos luminosos y los diodos láser? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ¿Qué ventajas presentan los diodos láser? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ¿Qué función desempeñan los fotodetectores en los sensores optoelectrónicos? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ¿Qué son el tiempo de subida y el tiempo de descenso? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ¿Qué diferencia hay entre un fotodiodo típico y un diodo PIN? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ¿Cómo puede determinar un detector de posición PSD la posición de la intensidad luminosa máxima? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………

28



Componentes mecatrónicos - Ejercicios

Minos

¿Por qué se sustituyen los detectores de posición PSD por detectores CCD en sensores optoelectrónicos de detección? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………….. ¿Qué diferencia existe entre el diseño de un fototransistor y el de un transistor? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………

4.2

Tipos de sensores Ejercicio 3 ¿Cómo funcionan los sensores unidireccionales? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ¿Qué propiedades presentan los sensores unidireccionales? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ¿Qué objetos pueden ser detectados por los sensores unidireccionales? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………



29

Minos

Componentes mecatrónicos - Ejercicios

¿Cómo funcionan los sensores retroreflectivos? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ¿Cómo funciona un espejo de triple reflexión? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ¿De qué depende el rayo efectivo de luz en los sensores unidireccionales? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ¿Cómo funcionan los sensores de difusión? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ¿Qué propiedades presentan los sensores de difusión? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ¿Cómo se determina el alcance máximo de un sensor de difusión? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………

30



4.3

Componentes mecatrónicos - Ejercicios

Minos

Procesamiento de señales Ejercicio 4

¿Qué puede interferir en el buen funcionamiento de los sensores optoelectrónicos? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ¿Qué sensores son especialmente sensibles a las interferencias ópticas? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ¿Qué ventajas presenta la luz modulada? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ¿En qué consiste la polarización de la luz? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ¿Cómo funcionan los filtros de polarización? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………



31

Minos

Componentes mecatrónicos - Ejercicios

¿Es dañada la polarización cuando tiene lugar una reflexión? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ¿Por qué se emplea la luz polarizada en sensores optoelectrónicos? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ¿Qué es el margen de operación? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ¿Qué magnitud debe presentar el margen de operación? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ¿Qué es el tiempo de respuesta de un sensor optoelectrónico? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………

32



4.4

Componentes mecatrónicos - Ejercicios

Minos

Tipos de sensores optoelectrónicos especiales Ejercicio 5

¿Cúal es la diferencia entre los sensores de reflexión con y sin polarización? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ¿Cómo puede eliminarse la influencia de fondo? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………



33

Minos

Componentes mecatrónicos - Ejercicios

¿Cómo se puede eliminar la influencia del fondo en sensores de manera electrónica? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ¿En qué consiste la autocolimación? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ¿Qué ventajas presenta la autocolimación? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ¿Qué estructura presenta la fibra óptica? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… Explica el efecto que presenta la reflexión total en la fibra óptica …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………

34



Componentes mecatrónicos - Ejercicios

Minos

4.5 Conexión de los sensores optoelectrónicos

Ejercicio 6

¿Qué modos de operación pueden presentar los sensores optoelectrónicos? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ¿De qué depende el tamaño y la forma de la zona de conmutación de la señal de salida? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………



35

Componentes mecatrónicos - Ejercicios

Minos

5 Sensores de campo magnético 5.1 Fundamentos teóricos 5.1.1 Campo magnético

Ejercicio 1

¿Cúal puede ser la fuente de un campo magnético y cómo están orientadas sus líneas? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ¿Cúales son las magnitudes físicas que caracterizan un campo magnético? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………

¿Cómo se diferencian las sustancias en función de sus propiedades magnéticas? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………

¿Qué son los dominios magnéticos? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………

¿Qué materiales ferromagnéticos son denominados „duros“ y „blandos“? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………

36



Componentes mecatrónicos - Ejercicios

Minos

5.1.2 Contactos Reed

Ejercicio 2

¿Cómo está constituido un contacto Reed? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………

¿Por qué se emplean medidas de seguridad adicionales para un contacto Reed? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ¿Qué valor presenta la frecuencia máxima de conmutación de los contactos Reed? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ¿Cuántas veces puede cambiar la señal de salida de un contacto Reed? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………



37

Componentes mecatrónicos - Ejercicios

Minos

5.1.3

Propiedades magnéticas utilizadas en sensores Ejercicio 3

¿Qué es el efecto Hall? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………

¿Cómo puede aumentarse el valor de la tensión Hall? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ¿Por qué modifica un campo magnético la magnetoresistencia de un semiconductor? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ¿Qué ocurre cuando la corriente fluye a través de electrodos de oro o de aluminio? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………

¿Qué es el efecto Wiegand? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………

38



Componentes mecatrónicos - Ejercicios

Minos

¿Qué propiedades presenta un „conductor de impulsos“? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………

¿Cómo reaccionan las zonas de un „conductor de impulsos“ ante el cambio de dirección del campo magnético externo? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………

¿Cúando aparece un impulso eléctrico en la bobina de un „conductor de impulsos“? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………



39

Componentes mecatrónicos - Ejercicios

Minos

5.2

Tipos de sensores magnéticos Ejercicio 4

¿Qué ventajas presentan los sensores de campo magnético? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………

¿Qué objetos pueden ser detectados por los sensores magnéticos? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………

¿A qué objetos responde un campo magnético? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………

¿Puede un objeto que se encuentra en una tubería de plástico ser detectado por sensores magnéticos? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………

¿Cómo funciona un sensor de campo magnético con contacto Reed? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………

40



Componentes mecatrónicos - Ejercicios

Minos

¿Qué estado presentan los contactos de un contacto Reed cuando este no se encuentra en un campo magnético? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………

¿De qué depende el alcance máximo de un sensor magnético? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………

¿Qué formas puede presentar la carcasa de sensores magnéticos con contacto Reed y que determinan estas? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………

¿Cuántos conductores presentan los sensores con un contacto Reed? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………

¿Cómo funcionan los sensores Hall? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………

¿Reaccionan los sensores Hall solamente ante una polarización determinada del campo magnético? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………



41

Componentes mecatrónicos - Ejercicios

Minos

5.3

Sensores magnéticos especiales Ejercicio 5

¿Cómo funcionan los sensores Wiegand? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………

¿Cómo son detectados los imanes móviles por un sensor Wiegand? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………

¿Cómo son detectados los „conductores de impulsos“ móviles por un sensor Wiegand? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………

¿Qué tipo de corriente de alimentación requieren los sensores Wiegand? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ¿Qué partes comprende el sensor magnético más simple? …………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………

¿Qué clase de objetos pueden ser detectados por un sensor con imán? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………

¿Necesita un sensor con imán una fuente de corriente de alimentación? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… 42



5.4

Componentes mecatrónicos - Ejercicios

Minos

Montaje y aplicaciones Ejercicio 6

¿Qué condiciones deben cumplirse para la instalación de un sensor magnético en un elemento compuesto por un material ferromagnético? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………

¿Qué sucede si aparece un objeto compuesto por material no ferromagnético entre el sensor y el imán? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………

¿Cuándo se utilizan los sensores de campo magnético? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………



43

Mecatrónica Módulo 6: Sistemas y funciones de la mecatrónica Ejercicios (Concepto) Jerzy Jędrzejewski Wojciech Kwaśny Zbigniew Rodziewicz Andrzej Błażejewski Universidad Técnica de Wroclaw, Polonia

Proyecto ampliado de transferencia del concepto europeo para la calificación agregada de la Mecatrónica las fuerzas especializadas en la producción industrial globalizada Proyecto EU Nr. 2005-146319 „MINOS“, Plazo: 2005 hasta 2007 Proyecto EU Nr. DE/08/LLP-LdV/TOI/147110 „MINOS**“, Plazo: 2008 hasta 2010 El presente proyecto ha sido financiado con el apoyo de la Comisión Europea. Esta publicación (comunicación) es responsabilidad exclusiva de su autor. La Comisión no es responsable del uso que pueda hacerse da la información aquí difundida.

www.minos-mechatronic.eu



Sistemas y funciones de la mecatrónica

1

Sensores inductivos

1.1

Construcción básica



Tarea 1

Minos

¿Qué constituye la parte activa de un sensor inductivo? ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ¿Cómo evalúa un sensor inductivo la distancia del objeto detectado hasta la espiral? ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ¿Qué es histéresis? ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ¿Por qué es recomendado que el sensor inductivo tenga una cierta cantidad de histéresis? ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ¿Qué son las frecuencias de operación de un sensor inductivo? ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. .................................................................................................................



3

Minos

Sistemas y funciones de la mecatrónica

¿Cuál es el rango de operación de los sensores inductivos y cuáles son sus carcasas? ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ¿Cómo se define el ritmo del ámbito de operación del sensor? ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ¿Para qué objeto se da el ámbito de operación de un sensor en el catálogo? ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ¿Cuál es el actual rango de operación del sensor? ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ¿Cuál el rango de trabajo de un sensor? ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ¿Qué factores influencian el rango operacional de un sensor inductivo? ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ¿Cuál es la conducta de los factores correccionales si se miden con un sensor inductivo? ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. .................................................................................................................

4



Sistemas y funciones de la mecatrónica

Minos

¿Qué influencia tiene el diseño de un sensor su sensibilidad? ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ¿Qué requisitos deben de cumplir al instalarse sensores blindados cerca los unos de los otros? ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ¿Qué requerimientos se necesitan cuando se instalan sensores sin blindaje cerca los unos de los otros? ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ¿Cuál es el significado de la frecuencia máxima de cambio de la salida del sensor? ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ¿Qué máximos de la frecuencia de cambio son esperados usando diferentes objetos en la placa estándar? ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. .................................................................................................................



5

Sistemas y funciones de la mecatrónica

Minos

1.2

Tipos especiales de sensores inductivos Tarea 2

¿Cuál es la regla de operación de un sensor de anillo inductivo? ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ¿Hay limitaciones en respecto al tamaño de los objetos detectados por un sensor de anillo inductivo? ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ¿Hay limitaciones en respecto a la forma de trayectoria en el que el objeto detectado viaje dentro del sensor de anillo inductivo? ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ¿Cuáles pueden ser los impactos negativos de un fuerte campo magnético en un sensor inductivo? ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. .................................................................................................................. ¿Cómo es posible proteger el sensor inductivo contra impactos negativos de fuertes campos magnéticos? ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. Especifique los tipos de sensores ejemplares diseñados para operar en condiciones difíciles. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. .................................................................................................................

6



Sistemas y funciones de la mecatrónica

Minos

................................................................................................................. ................................................................................................................. ¿Qué rasgo debe tener un sensor inductivo para operar bajo condiciones de alta presión? ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ¿Cuál es el principio de operación de los sensores inductivos NAMUR? ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ¿Cuál es el rasgo principal de un sensor inductivo NAMUR? ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. .................................................................................................................. ................................................................................................................. ¿Para qué condiciones son los sensores inductivos NAMUR los más convenientes? ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ¿Cuáles son las diferencias entre salidas analógicas y sensores de dos estados? ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ¿Cómo se diseñan los sensores inductivos analógicos? ................................................................................................................. ................................................................................................................. .................................................................................................................



7

Sistemas y funciones de la mecatrónica

Minos

1.3

Suministro y conexiones de sensores Tarea 3

¿Cuáles son las fluctuaciones permisibles del suministro de voltaje DC para un sensor inductivo? ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ¿Cuáles son las posibles configuraciones de fabricación de un sensor de suministro DC? ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ¿Cuál es la diferencia entre la ejecución NO y NC de sensores? ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ¿Qué factor determina el número de serie máximo de un sensor conectado? ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ¿Está permitido que los sensores de suministración AC estén directamente alimentados por los principales? ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ¿Cuál es el propósito de la agrupación de sensores? ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. .................................................................................................................

8



1.4

Sistemas y funciones de la mecatrónica

Minos

Seguridad y protección Tarea 4

¿Contra qué efectos no deseados están protegidas las salidas de los sensores DC? ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ¿Son los cortocircuitos en la salida de los sensores de suministro DC peligrosos para la operación? ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ¿Cuándo se requiere una base del escudo del sensor? ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ¿Qué precauciones deberían ser tomadas en contra de la presencia de la corriente de escape en los circuitos eléctricos de un sensor? ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. .................................................................................................................



9

Sistemas y funciones de la mecatrónica

Minos

2

Sensores capacitivos

2.1

Principios de operación de un sensor capacitivo



Tarea 1

¿Por qué tipo de materiales pueden los objetos ser detectados por sensores capacitivos? ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. .................................................................................................................

¿Cuáles son los principales elementos de un sensor capacitivo? ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ¿Qué elementos constituyen el componente activo de un sensor capacitivo? ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ¿Cuál de los es más fácil de ser detectado por un sensor capacitivo y por qué: un conductor o no-conductor? ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ¿Tiene la base del objeto detectado algún significado a la operación del sensor? ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. 10



2.2

Sistemas y funciones de la mecatrónica

Minos

Tipos de sensores capacitivos Tarea 2

¿Cuáles son las típicas variedades de sensores capacitivos? ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ¿Qué son los tipos de sensores capacitivos cilíndricos? ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ¿Cómo se evalúa la distancia de operación real de un sensor? ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ¿De qué depende la distancia detectada por materiales orgánicos? ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ............................................................. ¿Qué tan distanciados deben estar los sensores capacitivos para ser instalados? ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. .................................................................................................................



11

Sistemas y funciones de la mecatrónica

Minos

2.3

Compensación de eventos de interferencia Tarea 3

¿Hay alguna diferencia en la distancia de cambio cuando se detecta un objeto hecho de cobre o acero? ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ¿Qué material es más fácil de detectar: el agua o el aceite? ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ¿Cuál es la influencia de contaminación en operaciones de sensores? ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ¿Es posible limitar la influencia de la contaminación diseñando sensores capacitivos? ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ¿Cómo se elimina la influencia de áreas magnéticas externas? ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. .................................................................................................................

12



Sistemas y funciones de la mecatrónica

3

Sensores ultrasónicos

3.1

Principios de operación de un sensor ultrasónico



Tarea 1

Minos

¿Cuál es la regla de operación de un sensor ultrasónico? ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ¿Qué fases deben ser isoladas en la operación de un sensor ultrasónico? ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ¿Es posible que el mismo transductor opere como el emisor y el receptor? ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ¿Cuáles son los principales componentes de un sensor ultrasónico? ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ¿Son los sensores ultrasónicos resistentes a las interferencias sonoras externas? ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. .................................................................................................................



13

Sistemas y funciones de la mecatrónica

Minos

3.2

Mediciones con sensores ultrasónicos Tarea 2

¿Cuál es el área de aplicación principal de los sensores ultrasónicos? ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ¿Cómo influencian las propiedades de los objetos detectados la sensibilidad de los sensores ultrasónicos? ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ¿Cuál es el círculo de trabajo de un sensor ultrasónico con un sensor piezoeléctrico? ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ¿Cuál es un método posible para eliminar el origen de la influencia? ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ¿Cuál es la razón de la presencia de la zona muerta? ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ¿Hay alguna posibilidad de fijar el límite de un rango débil en un sensor ultrasónico? ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. .................................................................................................................

14



Sistemas y funciones de la mecatrónica

Minos

................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ¿Qué ángulos de conicidad de rayos ultrasónicos se ofrecen en los sensores? ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ¿Qué se considera un objeto estándar cuando se determina el rango de un sensor ultrasónico? ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ¿Cuál es el principio de operación de un sensor de paso? ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ¿Cómo se generan las ondas sonoras de un sensor de paso? ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ¿Cuál es la principal área de aplicación de un sensor ultrasónico? ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ¿Qué sensores ofrecen una frecuencia de cambio más alta: los de paso o los difusivos? ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. .................................................................................................................



15

Sistemas y funciones de la mecatrónica

Minos

3.3

Eventos de interferencia en la operación de sensores de ultrasonido Tarea 3

¿Qué factores físicos pueden interferir en la operación de sensores ultrasónicos? ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. .................................................................................................................. ¿Qué influencia tiene la temperatura en la operación de sensores ultrasónicos? ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ¿Qué factores de instalación pueden interferir con la operación de un sensor ultrasónico? ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ¿Pueden los sensores ultrasónicos interferirse mutualmente? ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ¿Cómo es posible evitar una interferencia mutua de los sensores ultrasónicos si están instalados muy próximos entre ellos? ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. .................................................................................................................

16



3.4

Sistemas y funciones de la mecatrónica

Minos

Tipos especiales de sensores ultrasónicos Tarea 4

¿Cuál es el principio de operación de un sensor de ultrasonido reflexivo? ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ¿Qué sensores pueden detectar la interrupción completa de un rayo de ultrasonido? ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ¿Cómo operan los sensores de ultrasonido con dos transductores en una carcasa? ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ¿Es necesario un diseño a medida del sensor ultrasónico para la medición de la distancia? ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. .................................................................................................................



17

Sistemas y funciones de la mecatrónica

Minos

4

Sensores fotoeléctricos

4.1.

Tipos básicos de sensores



Tarea 1

¿Cuál es la regla de operación de un sensor de paso de haz? ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ¿Qué propiedades ofrecen los sensores de paso de haz? ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ¿Qué objetos pueden ser detectados por los sensores de paso de haz? ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ¿Cuál es la regla de operación de un sensor retro-reflexivo? ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. Explique el diseño de los reflectores y bandas reflectoras ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ¿Qué influencia tiene el efectivo flujo de la luz en un sensor reflexivo? ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. .................................................................................................................

18



Sistemas y funciones de la mecatrónica

Minos

¿Cuál es la regla de operación de un sensor difusivo? ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ¿Cuáles son las propiedades de un sensor difusivo? ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ¿Cómo se determina la distancia máxima de detección de un sensor difusivo? ................................................................................................................. ................................................................................................................. .................................................................................................................

4.2

Procesamiento de señal Tarea 2

¿Cuáles pueden ser las fuentes de interferencia en la ininterrumpida operación de sensores fotoeléctricos? ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. . ¿Qué tipo de sensor es más susceptible a interferencias ópticas? ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ¿Qué ventajas resultan de la operación de sensores con luz modulada? ................................................................................................................. ................................................................................................................. .................................................................................................................



19

Minos

Sistemas y funciones de la mecatrónica

................................................................................................................. ................................................................................................................. .................................................................................................................. Explique la polarización de la luz ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ¿Con qué propósito se usa la luz polarizada en sensores foto-ópticos? ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ¿Cómo se lleva a cabo la polarización de la luz? ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ¿Cómo se refleja la luz polarizada desde la superficie de objetos? ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ¿Cómo se entiende la noción del “margen de actuación” de un sensor fotoeléctrico? ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ¿Cuál debería ser un exceso de luz para asegurar una operación del sensor fotoeléctrico ininterrumpida? ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. 20



Sistemas y funciones de la mecatrónica

Minos

Defina el tiempo de respuesta de un sensor fotoeléctrico. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. .................................................................................................................

4.3

Tipos especiales de sensores fotoeléctricos Tarea 3

¿Cuáles son las diferencias entre un sensor reflexivo con polarización y un sensor reflexivo típico? ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ¿Cuáles son las posibilidades de supresión del fondo y del primer plano? ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ¿En qué modo operan los sensores con eliminación electrónica de interferencia? ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ¿Qué receptores de luz se usan en los sensores de triangulación? ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. .................................................................................................................



21

Minos

Sistemas y funciones de la mecatrónica

Explique el proceso de auto colimación ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ¿Qué características adicionales tienen los sensores reflexivos con auto colimación? ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. Explique el diseño de los cables de fibra óptica. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. Explique el efecto de la reflexión completa en un cable de fibra óptica. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ¿Cuáles son las diferencias entre un cable de fibra óptica de vidrio o uno de plástico? ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ¿Cuál es el principio de operación de una fibra de vidrio? ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. 22



4.4.

Sistemas y funciones de la mecatrónica

Minos

Tecnología de conexión Tarea 4

¿Qué modos de operación son característicos para los sensores fotoeléctricos? ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ¿Qué factores influencian la forma y el tamaño de la zona de cambio de la salida del sensor? ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. .................................................................................................................



23

Sistemas y funciones de la mecatrónica

Minos

5

Sensores magnéticos

5.1

Fenómeno magnético empleado en sensores



Tarea 1

¿Cuáles son los materiales magnéticos duros y blandos? ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ¿Cuál es el principio subyacente del efecto Hall? ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ¿Por qué cambia el área magnética la magneto resistencia de los semiconductores? ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ¿Cuál es la función de los electrodos cubiertos con cinta magneto resistente? ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ¿Cuáles son las principales características de los “conductores de impulso”? ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. Explique la idea del Efecto Wiegand ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. .................................................................................................................

24



5.2

Sistemas y funciones de la mecatrónica

Minos

Tipos fundamentales de sensores magnéticos Tarea 2

¿Qué elementos responden a los cambios en el área magnética? ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ¿Qué ventajas tienen los sensores magnéticos? ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ¿Pueden los sensores magnéticos detectar objetos que están detrás de una pared de plástico? ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ¿Cuáles son los principales componentes de los sensores magnéticos? ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ¿Cuál es el principio de operación de un sensor magnético con un sensor de caña? ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. .................................................................................................................



25

Minos

Sistemas y funciones de la mecatrónica

¿Cuál es el estado de salida de un sensor de caña cuando no está sujeto a un área magnética? ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ¿Tienen los sensores con sensores de caña sólo una superficie activa? ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ¿Qué factores influencian el rango máximo de operación de un sensor de caña de contacto? ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ¿Cuántas pistas hay en la salida del sensor de contacto de caña magnético? ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ¿Cuál es el principio de operación de un sensor magnético de Efecto Hall? ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. .................................................................................................................

26



5.3

Sistemas y funciones de la mecatrónica

Minos

Tipos especiales de sensores magnéticos Tarea 3

¿Cuál es la regla de operación de los sensores Wiegand? ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ¿Cómo es posible hacer cambios en la dirección del campo magnético en los sensores Wiegand? ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ¿Cómo se hace la detección de imanes magnéticos con sensores Wiegand? ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ¿Cómo se lleva a cabo la detección de la translación de un “conductor de impulso”? ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ¿Necesitan los sensores Wiegand suministro de voltaje? ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ¿Qué elemento en los sensores con imán reaccionan al campo magnético? ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. .................................................................................................................



27

Sistemas y funciones de la mecatrónica

Minos

¿Qué situaciones pueden detectar los sensores con imán? ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ¿Requieren los sensores magnéticos con imán suministro de voltaje? ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ¿Qué factores influencian el valor del voltaje de salida en los sensores magnéticos con imán? ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. .................................................................................................................

5.4

Condiciones de instalación y aplicaciones Tarea 4

¿Influencia el tipo de material en el que un sensor magnético ha sido instalado en su operación? ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ¿Puede la introducción de un elemento delgado entre el sensor y el imán transigir la operación del sensor? ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ¿Cuáles son las principales aplicaciones de los sensores magnéticos? .................................................................................................................. .................................................................................................................. .................................................................................................................. .................................................................................................................. .................................................................................................................. .................................................................................................................. ..................................................................................................................

28



6

Sistemas y funciones de la mecatrónica

Minos

Funciones de los sensores en sistemas Tarea 1

¿Cuáles son las principales tareas desempeñadas por sensores en sistemas mecatrónicos modernos? ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ¿Qué parámetros de operación de los sistemas mecatrónicos son revisados por medio de los sensores? .................................................................................................................. .................................................................................................................. .................................................................................................................. .................................................................................................................. .................................................................................................................. .................................................................................................................. .................................................................................................................. .................................................................................................................. .................................................................................................................. .................................................................................................................. ................................................................................................................ ¿Qué funciones de sistemas mecatrónicos requieren la participación de sensores? .................................................................................................................. .................................................................................................................. .................................................................................................................. .................................................................................................................. .................................................................................................................. .................................................................................................................. .................................................................................................................. .................................................................................................................. .................................................................................................................. ................................................................................................................. ¿A qué se reduce el papel de los sensores en el diagnóstico de sistemas mecatrónicos? .................................................................................................................. .................................................................................................................. .................................................................................................................. .................................................................................................................. .................................................................................................................. .................................................................................................................. .................................................................................................................. .................................................................................................................. .................................................................................................................. ..................................................................................................................



29

Sistemas y funciones de la mecatrónica

Minos

Tarea 2

¿Qué información pueden suministrar los sensores para el diagnóstico de maquinado? ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ¿Cuál es el papel de la señal de medición recibida por los sensores en la supervisión de las operaciones de sistemas mecatrónicos? ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ¿Qué se evalúa por medio de los sensores en el diagnóstico de mantenimiento de los sistemas mecatrónicos? ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. ................................................................................................................. .................................................................................................................

30

Mecatrónica Módulo 8: Mantenimiento y diagnóstico Ejercicios (Concepto) Jerzy Jędrzejewski Universidad Técnica de Wroclaw, Polonia 

Proyecto ampliado de transferencia del concepto europeo para la calificación agregada de la Mecatrónica las fuerzas especializadas en la producción industrial globalizada Proyecto EU Nr. 2005-146319 „MINOS“, Plazo: 2005 hasta 2007 Proyecto EU Nr. DE/08/LLP-LdV/TOI/147110 „MINOS**“, Plazo: 2008 hasta 2010 El presente proyecto ha sido financiado con el apoyo de la Comisión Europea. Esta publicación (comunicación) es responsabilidad exclusiva de su autor. La Comisión no es responsable del uso que pueda hacerse da la información aquí difundida.

www.minos-mechatronic.eu

Remote diagnostics and servicing of mechatronic systems - Exercises Minos

1

Aims and tasks of remote diagnostics and servicing Problem 1 What are the reasons for taking diagnostic measures? ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… What is the task of remote diagnostics? ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… What is the task of a remote servicing system? ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………….. What are the advantages of remote connection of sensors to communication networks? ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………

3

Remote diagnostics and servicing of mechatronic systems - Exercises Minos

2

Idea, components and operation of diagnostic system Problem 2 What are the input data for object diagnostics? ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… What are the criteria for designing diagnostics? ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… What do typical units for diagnosing mechatronic objects consist of? ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………

4

Remote diagnostics and servicing of mechatronic systems - Exercises Minos

3

Idea, components and operation of service diagnosing system Problem 3 What is the purpose of and what does service diagnostics consists in? ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… Describe the course of degradation of an operating parameter of a machine and the classification of the latter’s technical condition. ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………….. What are the main trends in the development of service diagnostics? ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………

5

Mecatrónica Módulo 5: Componentes mecatrónicos Solución (Concepto) Wojciech Kwaśny Andrzej Błażejewski Universidad Técnica de Wroclaw, Polonia

Proyecto ampliado de transferencia del concepto europeo para la calificación agregada de la Mecatrónica las fuerzas especializadas en la producción industrial globalizada Proyecto EU Nr. 2005-146319 „MINOS“, Plazo: 2005 hasta 2007 Proyecto EU Nr. DE/08/LLP-LdV/TOI/147110 „MINOS**“, Plazo: 2008 hasta 2010 El presente proyecto ha sido financiado con el apoyo de la Comisión Europea. Esta publicación (comunicación) es responsabilidad exclusiva de su autor. La Comisión no es responsable del uso que pueda hacerse da la información aquí difundida.

www.minos-mechatronic.eu



Componentes mecatrónicos - Soluciones

Minos

Índice 1 Sensores inductivos

1.1 Fundamentos teóricos 1.2 Fundamentos básicos 1.3 Sensores especiales 1.4 Suministro de corriente y principios de conexión de sensores 1.5 Mecanismos de protección y seguridad de sensores

4 5 8 11 13

2 Sensores capacitivos

2.1 Principios básicos 2.2 Fundamentos teóricos 2.3 Funcionamiento de los sensores capacitivos 2.4 Tipos de sensores capacitivos 2.5 Compensación de interferencias

14 15 16 17 18

3 Sensores de ultrasonido

3.1 Fundamentos teóricos 3.2 Funcionamiento 3.3 Fallos en el funcionamiento de sensores 3.4 Sensores de ultrasonido especiales

19 21 24 25

4 Sensores optoelectrónicos

4.1 Elementos fotoeléctricos 4.1.1 Fundamentos físicos 4.1.2 Fotoemisores y fotodetectores 4.2 Tipos de sensores 4.3 Procesamiento de señales 4.4 Tipos de sensores optoelectrónicos especiales 4.5 Conexión de los sensores optoelectrónicos

26 26 27 29 31 33 35

5 Sensores de campo magnético

5.1 Fundamentos teóricos 5.1.1 Campo magnético 5.1.2 Contactos Reed 5.1.3 Propiedades magnéticas utilizadas en sensores 5.2 Tipos de sensores magnéticos 5.3 Sensores magnéticos especiales 5.4 Montaje y aplicaciones



36 36 37 38 40 42 43 3

Componentes mecatrónicos - Soluciones

Minos

1

Sensores inductivos

1.1 Fundamentos teóricos

Ejercicio 1

¿Cuál es la fuente del campo magnético variable en los sensores inductivos? La fuente del campo magnético variable en los sensores inductivos es una bobina de inducción. Cuando la corriente fluye a través de la bobina y cambia su dirección, la polaridad del campo magnético en la bobina será invertida. ¿Cómo varía la energía almacenada en los circuitos eléctricos LC de resonancia? La energía total almacenada en un circuito de resonancia se divide en la energía del campo magnético de la bobina de inducción EL y la energía EC del campo eléctrico procedente del condensador cargado. La energía total permanece siempre constante: E = EL + EC = constante. Al principio el circuito LC, compuesto por la bobina L y el condensador C, está abierto y la energía total está almacenada en los electrodos del condensador cargado. Cuando se cierra el circuito, el condensador comienza a cargarse y la corriente I fluye en el circuito. La intensidad de corriente varía desde cero hasta Imax. La energía total del condensador se almacena así en la bobina. ¿Cómo se generan oscilaciones en un circuito LC? Aunque el condensador ya esté cargado, la corriente circula en el circuito en la misma dirección. La corriente, cuya fuente es la autoinducción en la bobina, carga el condensador y de esta manera se recarga el condensador. Cuando la carga del condensador alcanza su valor máximo desaparece la corriente en el circuito. El estado final es similar al inicial, con la diferencia de que la polaridad del condensador en la etapa final es inversa respecto a la que presentaba en el estado inicial y la corriente fluye en sentido contrario. En el circuito LC tienen lugar por tanto oscilaciones del campo eléctrico del condensador y oscilaciones del campo magnético de la bobina. ¿Cómo pueden mantenerse constantes las oscilaciones en un circuito de resonancia? Las oscilaciones de un circuito de resonancia se pueden mantener constantes cuando este es alimentado por una fuente externa de tensión sinusoidal.

4



Componentes mecatrónicos - Soluciones

Minos

¿Bajo que condiciones tiene lugar la resonancia de la tensión o de la intensidad de corriente en un circuito? La amplitud de las oscilaciones es máxima cuando la frecuencia de la fuente externa y la frecuencia propia del circuito LC son iguales. Bajo estas condiciones tiene lugar la resonancia de la tensión o de la intensidad de corriente en un circuito. ¿Qué condiciones deben cumplirse para generar oscilaciones en un circuito de resonancia? Para generar oscilaciones deben cumplirse dos condiciones: la condición de fases y de amplitudes. La condición de fases implica que la fase de la tensión de entrada es igual a la fase de la tensión de salida. La condición de amplitudes implica que el amplificador debe compensar la amortiguación del circuito de resonancia.

1.2 Fundamentos básicos

Ejercicio 2

¿Cuál es la parte activa del sensor inductivo? La parte activa del sensor inductivo está compuesta por una bobina que envuelve el núcleo de ferrita. Esta genera una campo magnético variable. El núcleo amplifica el campo magnético bajo circuito magnético abierto y lo dirige a la zona de medida del sensor. ¿Cómo determina un sensor inductivo la distancia entre el objeto detectado y la bobina? El circuito electrónico de resonancia determina la distancia entre el objeto detectado y la bobina en base al grado de amortiguamiento, y genera así la señal de salida. La señal presenta principalmente dos estados: el objeto se encuentra en el campo del sensor o no. A veces la señal es analógica. En estos casos la señal es inversamente proporcional a la distancia entre el objeto y el sensor. ¿ Por qué presentan histéresis los sensores inductivos? El circuito electrónico del sensor contiene también un comparador con histéresis y un sistema de salida. Gracias a la histéresis se pueden evitar las interferencias de la señal de salida al cambiar su estado, en el caso de que el objeto metálico no sea estable o la tensión y temperatura presenten oscilaciones.



5

Minos

Componentes mecatrónicos - Soluciones

¿Qué es la histéresis? La histéresis es la diferencia entre la distancia a partir de la cual el sensor reacciona al aproximarse un objeto metálico y la distancia a la que reacciona al alejarse el objeto. La señal de salida cambia entonces de OFF (apagado) a ON (encendido). El valor de la histéresis depende del tipo y tamaño del sensor y es menor que el 20% del rango de medida. ¿Cuál es la frecuencia máxima de trabajo de los sensores inductivos? Los generadores LC que generan un campo magnético variable en los sensores inductivos son de elevada frecuencia (HF) y presentan valores entre 100 kHz-1MHz. Cuanto mayor sea el diámetro de la bobina, mayor será la toma de corriente eléctrica y menor la frecuencia máxima. ¿Qué magnitud presenta la zona de trabajo de los sensores inductivos y que tipo de carcasas presentan estos? La zona de trabajo de los sensores inductivos típicos es menor de 60 mm. La carcasa del sensor es cilíndrica o cuadrada. El material de la carcasa puede ser metal o plástico, lo cual facilita el montaje del sensor. ¿ Qué es la zona nominal de acción del sensor? Es la distancia entre el objeto y el sensor a partir de la cual la señal de salida cambia. Se denomina zona nominal de acción Sn. Este valor es dado en los catálogos. ¿Para qué objeto se da el valor de la zona nominal de trabajo en los catálogos? Según la norma EN 60947-5-2 la zona nominal de trabajo se proporciona para una lámina cuadrada de acero (ST37) de igual anchura que el diámetro del sensor y espesor de 1 mm. ¿Qué es la zona de acción real del sensor? La zona de trabajo real del sensor es determinada durante el proceso de fabricación del sensor y puede diferir ligeramente de la zona de acción nominal Sn. Para la tensión y la temperatura nominales se cumple que 0.9Sn ≤ Sr ≤ 1.1Sn. ¿Qué es la zona de trabajo del sensor? La zona de trabajo del sensor viene definida como Sa ≤ 0.8Sn , donde se incluye la distancia entre el objeto y el sensor a la que se puede trabajar sin problemas derivados de los cambios de tensión y temperatura. La zona de trabajo del sensor es independiente de la zona de acción real proporcionada por el fabricante.

6



Componentes mecatrónicos - Soluciones

Minos

¿De qué depende la zona nominal de acción de un sensor inductivo? La zona nominal de acción Sn depende del diámetro de la bobina D y de las propiedades del núcleo. Cuanto más pequeño sea el sensor, menor será la zona nominal de acción. Existen también configuraciones especiales con una zona nominal de trabajo mayor. ¿Por qué se emplean coeficientes de corrección para los sensores inductivos? Aquellos materiales que presentan una resistencia eléctrica menor que el acero St37 como el oro, cobre o aluminio amortiguan las oscilaciones del circuito de resonancia en menor grado. Estas diferencias se pueden compensar con la limitación de la zona nominal de trabajo. Si el metal detectado es latón se debe multiplicar la zona nominal de trabajo del sensor Sn correspondiente al acero St37 por un coeficiente de corrección de 0,5. ¿Cómo influye la construcción de un sensor en su sensibilidad? Existen dos construcciones básicas de sensores cilíndricos: - cubierto: la bobina del circuito de resonancia está insertada en una funda que determina el límite del sensor. - no cubierto: la bobina se encuentra dentro de una caja protectora de plástico. Los sensores con una bobina no cubierta son más sensibles ante la presencia de objetos metálicos cercanos. ¿Qué debe tenerse en cuenta al instalar sensores cubiertos cercanos entre ellos? Un sensor cilíndrico cubierto es sensible sólamente a los objetos metálicos que se encuentren frente a él. Por ello estos sensores pueden instalarse en elementos metálicos. La zona libre queda determinada por la distancia equivalente a 3Sn . Para evitar la interferencia mutua entre sensores, la distancia mínima entre estos debe ser mayor de 2xD. ¿Qué debe tenerse en cuenta al instalar sensores no cubiertos cercanos entre ellos? Un sensor cilíndrico no cubierto es sensible a los objetos metálicos situados a su alrededor desde tres lados. Por ello el sensor debe sobresalir algo, de tal manera que la zona libre pueda detectar los lados del sensor. Para evitar la interferencia mutua entre sensores, la distancia mínima entre estos debe ser mayor de 3xD.



7

Componentes mecatrónicos - Soluciones

Minos

¿ Qué significado tiene la frecuencia máxima de conmutación de la señal de salida? En la especificación técnica de cada sensor se describe la máxima frecuencia de cambio de la señal de salida. Esta especifica el número de cambios en la salida durante un segundo cuando objetos metálicos de acero St37 aparecen y desaparecen de forma cíclica en la zona de trabajo del sensor. Para determinar esta frecuencia se aplican las regulaciones técnicas dadas en la norma EN 50 010/IEC 60947-5-2 ¿Qué frecuencia máxima de conmutación debe esperarse si se utilizan otros objetos diferentes de la lámina estándar? El resultado de una medida depende siempre del tamaño del objeto, de la velocidad y de la distancia entre el objeto y el sensor. Al usar un objeto menor que la lámina estándar o una distancia menor entre láminas, se reduce la frecuencia máxima de la velocidad de salida.

1.3 Sensores especiales

Ejercicio 3

¿ Cómo opera un sensor inductivo de anillo? La forma de actuación de un sensor de anillo se basa en un oscilador de alta frecuencia que crea un campo electromagnético en la apertura del sensor. Se utiliza un núcleo toroidal con un factor de calidad mayor que el de la ferrita. La presencia del objeto metálico produce una disminución en la amplitud de oscilación. El comparador reconoce estos cambios y cuando el valor límite es superado, cambia la señal de salida. ¿Existen límites respecto al tamaño de los objetos detectados por un sensor inductivo de anillo? El sensor funciona cuando el campo magnético está suficientemente amortiguado. Si los objetos son muy pequeños el amortiguamiento puede ser también muy pequeño. Por ello existe una longitud mínima o un diámetro mínimo de objeto para cada tamaño de sensor. ¿Debe cumplir alguna condición especial la trayectoria recorrida por un objeto a ser detectado por un sensor de anillo? Los objetos atraídos no deben seguir la misma trayectoria. Gracias a la zona de acción del anillo los objetos pueden ser detectados independientemente de su orientación, por ejemplo objetos que caen a través de un tubo de plástico.

8



Componentes mecatrónicos - Soluciones

Minos

¿Cuáles pueden ser las consecuencias negativas de campos magnéticos de elevada intensidad sobre sensores inductivos? Cuando un sensor inductivo se encuentra en la zona de soldadura puede ocurrir que la señal de salida sea modificada incontroladamente debido a la influencia del campo magnético sobre la intensidad de saturación. Además se induce una tensión adicional en la bobina que deteriora el trabajo del oscilador y puede producir un cambio del estado de la señal de salida. Durante el proceso de soldado se producen también numerosas chispas que pueden dañar la carcasa del sensor. ¿De qué manera se protegen los sensores instalados cerca de instalaciones de soldado? Los sensores que deben ser instalados cerca de equipos de soldado se fabrican de plomo y están recubiertos por una capa protectora de teflón. Su lado frontal se haya reforzado con materiales termoplásticos resistentes a altas temperaturas. ¿Qué sensores son insensibles a la influencia del campo magnético externo? Los sensores sin núcleo son especialmente insensibles a la influencia del campo magnético externo, ya que el núcleo concentra el magnetismo externo en los sensores normales. Puesto que no hay núcleo la bobina se envuelve en un rollo de plástico. Menciona algunos ejemplos de sensores que trabajan bajo condiciones adversas Los fabricantes de sensores ofrecen entre otros los siguientes tipos de sensores: – sensores resistente a altas temperaturas ( hasta 200°C). – sensores resistentes a compuestos químicos – sensores resistentes a aceites – sensores resistentes a la humedad – sensores en miniatura con una cabeza de entre 3 y 5 mm ¿Qué propiedades deben tener los sensores que trabajan bajo una presión elevada? Los sensores que operan bajo elevada presión deben disponer de una carcasa resistente y hermética para proteger los elementos internos electrónicos. La superficie frontal del sensor se protege con una superficie cerámica resistente al desgaste. Dicha construcción supone un desplazamiento de la bobina y por ello la zona de acción será más pequeña. El oscilador se debe modificar para evitar este efecto.



9

Minos

Componentes mecatrónicos - Soluciones

¿Cómo se pueden reconocer movimientos de traslación por medio de un sensor de anillo biestable? El sensor presenta dos bobinas que se encuentran al lado una de otra y que presentan diferente suministro de corriente. La intensidad de corriente puede ser por tanto distinta en cada bobina. Si el objeto viene del lado izquierdo se amortiguará primero el circuito eléctrico de la primera bobina y a continuación el de la segunda. Si el objeto viene del lado derecho los circuitos eléctricos serán amortiguados en sentido contrario. El módulo de medida reconoce la dirección de movimiento del objeto según la intensidad de corriente en las bobinas. ¿Cómo funcionan los sensores inductivos NAMUR? Los sensores inductivos NAMUR presentan dos conductores y trabajan con un amplificador externo. La resistencia de los sensores NAMUR varía en función de la presencia de objetos metálicos. Una resistencia pequeña se produce cuando no hay ningún metal presente, y asimismo una resistencia grande implica la presencia de un metal. Los sensores NAMUR presentan un oscilador con bobina amortiguada y un demodulador. Cuando la distancia entre el objeto y el sensor cambia se modifica la corriente absorbida, lo que es conmutado por el amplificador en una señal biestable. ¿Cuál es la propiedad típica de los sensores NAMUR? Una propiedad de los sensores NAMUR es el rango de salida que comprende 1,2 hasta 2,1 mA (norma EN 60947-5-6). Los sensores NAMUR con el mismo suministro de corriente tienen la misma característica de corriente y una histéresis de cambio exacta de 0,2 mA. ¿Qué condiciones deben cumplirse cuando los sensores NAMUR trabajan en zonas con peligro de explosión? Si los sensores NAMUR trabajan en una zona de peligro de explosión el amplificador no puede emitir ninguna chispa o este debe de situarse fuera de la zona de peligro de explosión. ¿Qué diferencia hay entre los sensores estándar y los sensores inductivos análogos? Los sensores estándar solo detectan si un objeto metálico está presente o no. Los sensores inductivos analógicos registran la posición del objeto en la zona de trabajo del sensor. Cuando el objeto se mueve de 0 a Sn la señal de salida cambia de 0 a 20 mA. ¿De qué elementos consta un sensor inductivo analógico? Un sensor inductivo analógico consta de una cabeza con la bobina, un generador, un sistema de linealización y un sistema de salida.

10



1.4

Componentes mecatrónicos - Soluciones

Minos

Suministro de corriente y principios de conexión de sensores Ejercicio 4

¿Qué valor máximo pueden presentar las oscilaciones de tensión en sensores de corriente continua? Los sensores de corriente continua trabajan con una generador cuya tensión de salida oscila. Si las oscilaciones de amplitud son demasiado grandes no es posible predecir el comportamiento del sensor. El sensor funciona correctamente si las oscilaciones de la tensión son menores que el 10% de la tensión media.

¿Cómo pueden evitarse las oscilaciones ocasionales de tensión? Una oscilación momentánea de tensión Uss no debe superar el 10% de la tensión media. Para evitar esto se debe instalar un generador estabilizado o un condensador mayor. ¿Qué configuraciones pueden presentar las salidas de los sensores de corriente continua? Las salidas de los sensores de corriente continua pueden tener una configuración NPN o PNP. En la configuración NPN la resistencia RL se conecta a la salida del sensor y al polo positivo del generador de corriente. En la configuración PNP la resistencia se conecta a la salida del sensor y al polo negativo. ¿Pueden ser conectados los sensores de corriente alterna AC directamente a la corriente? Los sensores de corriente alterna no pueden conectarse directamente a un generador de corriente alterna. Si se conecta un sensor de corriente alterna a un generador de corriente alterna los circuitos electrónicos internos del sensor podrían resultar dañados. Los sensores de corriente alterna se conectan en serie con una resistencia RL. ¿Puede fluir la corriente en el circuito de un sensor AC cuando este no está en funcionamiento? Al estar estos sensores conectados en serie con la resistencia, la corriente fluye en el circuito aún estando el sensor apagado. Se produce una cierta pérdida de voltaje.



11

Minos

Componentes mecatrónicos - Soluciones

¿Por qué se conectan los sensores en grupos? La conexión en serie o en paralelo de sensores posibilita la realización de diferentes configuraciones del equipo que pueden ser conectadas como una resistencia. Así se puden obtener las funciones lógicas AND( y), OR(o) o NOR (No-OR). ¿Qué funciones lógicas pueden establecerse a partir de sensores conectados en serie? A partir de sensores conectados en serie pueden establecerse las funciones lógicas AND y OR. La función lógica AND garantiza que la señal de salida de un grupo de sensores aparezca cuando el estado de salida de todos los sensores es ON (encendido). La función OR garantiza que la resistencia RL no tenga alimentación de corriente cuando la señal de salida de todos los sensores sea OFF (apagado). ¿De qué depende el número máximo de sensores conectados en serie? El número máximo de sensores conectados en serie depende de la tensión de la fuente de alimentación, de la caída de tensión a la salida de los sensores y de la resistencia conectada. La tensión de la fuente de alimentación menos la caída de tensión a la salida de los sensores debe ser mayor que la tensión de trabajo mínima para la resistencia conectada. ¿Qué funciones lógicas pueden establecerse a partir de sensores conectados en paralelo? A partir de sensores en paralelo se puede establecer la función OR. Esta garantiza que la señal de salida de un grupo de sensores aparezca cuando la señal de salida de al menos uno de los sensores sea ON (encendida). ¿De qué depende el número máximo de sensores conectados en paralelo? El número de sensores conectados en paralelo con tres conductores e igual suministro eléctrico no está limitado de manera estricta. Se pueden conectar hasta 10 sensores en paralelo independientemente de la función de salida. ¿Se pueden conectar los sensores en paralelo con dos conductores? Al conectar sensores con dos líneas en paralelo, se suman las corrientes que fluyen en el circuito, aún cuando los sensores estén apagados (debido a la conexión común con la resistencia). Este efecto puede traer problemas en su funcionamiento. Por ellos los sensores con dos conductores no deben conectarse en paralelo. El número máximo de sensores que se pueden conectar depende de la suma de estas corrientes y de la resistencia.

12



1.5

Componentes mecatrónicos - Soluciones

Minos

Mecanismos de protección y seguridad de sensores Ejercicio 5

¿ Contra qué deben protegerse las salidas de los sensores de corriente continua? Los dispositivos de protección eléctricos protegen los circuitos internos de los sensores de los siguientes fallos: – conexión de la fuente de alimentación en sentido inverso – cortocircuito en la salida – impulsos cortos de la línea de alimentación – intensidad de corriente demasiado elevada ¿Es peligroso un cortocircuito para sensores DC? Un cortocircuito no causa daños en sensores con una intensidad constante, incluso si estos se presentan de forma repetida y por un tiempo prolongado. En este caso son solo los diodos del sensor los que no funcionan. Después del cortocircuito el sensor funcionará de manera normal. ¿Cuándo debe conectarse la carcasa del sensor a tierra? En el caso de que la tensión del circuito pueda ocasionar daños a las personas los sensores con carcasa metálicas deben de ser provistos de una toma de tierra adicional. ¿Cómo puede evitarse la presencia de corriente en el circuito cuando el sensor no está funcionando? Al estar los sensores conectados en serie con la resistencia, la corriente fluye en el circuito aún estando el sensor apagado. Esto puede bien dañar el sensor o producir una señal de salida OFF permanente. Para evitar estas situaciones se conecta una resistencia adicional en paralelo Rp.



13

Componentes mecatrónicos - Soluciones

Minos

2

Sensores capacitivos

2.1

Principios básicos



Ejercicio 1

¿Qué objetos pueden ser detectados por los sensores capacitivos? Los sensores capacitivos pueden detectar tanto objetos metálicos como objetos no conductores de la corriente (por ejemplo plásticos). Un sensor capacitivo puede detectar un objeto situado tras una capa de material no conductor. Por este motivo los sensores capacitivos se pueden emplear para detectar un líquido o granulado en el interior de un contenedor. Los sensores capacitivos generan una señal proporcional a la distancia entre el objeto y el sensor. ¿Qué materiales pueden ser detectados por los sensores capacitivos? 1. Acero 2. Cobre 3. Goma 4. Ebonita 5. Agua 6. Cereales 7. Oxígeno Todos a excepción del oxígeno, que es un gas. ¿Cómo está diseñado un sensor capacitivo? Un sensor capacitivo está compuesto de una cabeza con electrodos, un potenciómetro, un oscilador, un detector y un sistema de salida ¿Ejercicio 2 Cuál es la parte activa del sensor capacitivo? Los componentes activos del sensor capacitivo son dos electrodos metálicos que forman un condensador abierto. La capacidad del sensor varía cuando un objeto se aproxima al sensor. La señal de salida depende de la capacidad total, que es la suma de la capacidad básica del sensor y la variación en la capacidad producida por el objeto detectado. ¿De qué magnitud es la zona de acción del sensor capacitivo? La distancia de operación de un sensor capacitivo comprende 30 mm (60 mm para construcciones especiales).

14



2.2

Componentes mecatrónicos - Soluciones

Minos

Fundamentos teóricos Ejercicio 2

¿Es la capacidad de un condensador proporcional a la distancia entre los electrodos? La capacidad de un condensador es inversamente proporcional a la distancia entre los electrodos. Esta es también proporcional a la superficie de los electrodos y a la constante dieléctrica del material entre los electrodos. ¿Cómo se consigue un condensador abierto? Un condensador básico presenta dos electrodos situados uno enfrente del otro. Si los dos electrodos se encuentran en el mismo plano se obtiene un condensador abierto. ¿Cuál es el papel del electrodo intermedio? Introduciendo un electrodo C cero entre los electrodos A y B, cuyo espesor se aproxima a cero, se obtienen dos condensadores conectados en línea. En un condensador abierto el electrodo intermedio reparte el campo eléctrico entre dos campos de dirección contraria. ¿Qué diferencia hay entre la presencia de un objeto metálico y un aislante en el campo electrostático de un condensador abierto? Un objeto metálico que aparece en el campo electrostático del condensador abierto representará la función del electrodo intermedio C. La capacidad del sistema es mayor que la capacidad del condensador sin el electrodo intermedio. Los objetos no conductores (aislantes) que aparecen en el campo electrostático del condensador abierto aumentan su capacidad de manera proporcional a la constante dieléctrica del aislante. La capacidad del condensador aumentará debido a que la constante dieléctrica de medios líquidos o sólidos es siempre mayor que la constante dieléctrica del aire (εvzduch = 1).



15

Componentes mecatrónicos - Soluciones

Minos

2.3 Funcionamiento de los sensores capacitivos

Ejercicio 3

¿Para qué objetos (conductores o no conductores) es mayor la zona de trabajo del sensor capacitivo? Los objetos no conductores tales como plásticos, papel o cristal aumentan la capacidad propia del sensor debido a que sus constantes dieléctricas son mayores que la constante dieléctrica del aire. El aumento de capacidad depende de la constante dieléctrica del objeto, pero esta presenta un valor pequeño. Por este motivo la zona de acción del sensor es también pequeña. Los objetos conductores sin toma de tierra forman dos condensadores adicionales (entre el objeto y el electrodo interno y entre el objeto y el electrodo externo) que se sitúan en serie. En este caso la zona de acción del sensor es mayor. ¿Cuándo es mayor la zona de trabajo del sensor capacitivo? Cuando el objeto a detectar es un conductor con toma de tierra la capacidad propia del sensor se conecta en paralelo con la capacidad adicional ( entre el objeto y el electrodo). En este caso la zona de acción del sensor es mayor que en cualquier otro caso. ¿Cuál es la función del potenciómetro en un sensor capacitivo? Entre el oscilador y el electrodo se encuentra un potenciómetro para determinar el punto de activación del oscilador. ¿Para qué objeto se da el valor de la zona nominal de acción en los catálogos? La zona nominal de acción Sn de un sensor capacitivo se calcula para una lámina cuadrada de acero FE360 con toma de tierra. Su anchura debe ser igual al diámetro del sensor o tres veces Sn (cuando esta sea mayor que el diámetro) y su grosor debe ser 1 mm. ¿De qué magnitud es la zona de acción segura de un sensor capacitivo? 0 ≤ Sa ≤ 0,72Sn ¿De qué depende la estructura de la capacidad de un sensor? La estructura de la capacidad del sensor depende siempre del tipo de objeto a detectar y de su toma de tierra.

16



2.4

Componentes mecatrónicos - Soluciones

Minos

Tipos de sensores magnéticos Ejercicio 4

¿Qué formas pueden tener los sensores capacitivos? Los sensores capacitivos tienen normalmente la forma de un cilindro o de un paralelepípedo. Su zona activa se encuentra en el extremo del sensor. Hay diseños especiales como los sensores elásticos que pueden ser adheridos tanto a una superficie lisa como curva. ¿Qué tipos de sensores cilíndricos hay? Existen dos tipos de sensores cilíndricos: los sensores del primer tipo presentan una pantalla y una zona de acción en el extremo del sensor. Su extremo debe ser instalado en la superficie de un metal o plástico. Los sensores del segundo tipo tienen una pantalla y una zona de acción alrededor del mismo sensor. Estos sensores se utilizan cuando estos tienen contacto con el medio a detectar (líquido o granulado). Presentan una zona de acción 50% mayor debido a que su campo eléctrico es mayor. ¿De qué depende la distancia entre un objeto orgánico y el sensor a partir de la cual la señal de salida cambia? La distancia entre un objeto orgánico (por ejemplo madera) y el sensor en el cual se modifica la señal de salida depende considerablemente del contenido en agua del objeto, ya que la constante dieléctrica del agua es muy elevada (εagua=80). ¿Cómo puede determinarse la zona de acción real de un sensor capacitivo? En los catálogos se proporciona la zona nominal de acción para un objeto metálico normalizado. Para determinar el valor de la zona real de acción el valor de la zona nominal debe multiplicarse por el coeficiente de corrección del material del objeto a detectar .



17

Componentes mecatrónicos - Soluciones

Minos

2.5

Compensación de interferencias Ejercicio 5

¿Cómo responde un sensor capacitivo en presencia de contaminación? El sensor puede responder de manera errónea si la suciedad o el polvo se acumulan en sus superficies activas. La contaminación aumenta la capacidad entre el electrodo del sensor y la pantalla ¿Cómo se puede disminuir la influencia de la contaminación modificando la construcción del sensor? Un electrodo adicional de compensación conectado a la salida del sensor se utiliza para mantener constante la zona de acción. La contaminación aumenta la capacidad entre el electrodo del sensor y la pantalla. La capacidad entre el electrodo del sensor y el electrodo de compensación genera al mismo tiempo un acoplamiento de compensación. Cuando un objeto de poco espesor (como por ejemplo una hoja de papel) entra en contacto con el sensor la señal del electrodo principal puede ser neutralizada por la perturbación y el estado de salida no se verá modificado.

18



3 3.1

Componentes mecatrónicos - Soluciones

Minos

Sensores de ultrasonido Fundamentos teóricos Ejercicio 1

¿Cómo se propaga una onda sonora en el aire? Las ondas sonoras se pueden propagar en diferentes medios (gases, líquidos, sólidos) debido a la reacción mútua que se produce entre las partículas del medio dado. En el aire las ondas de ultrasonido son longitudinales y se propagan cuando las moléculas del aire chocan con las moléculas de su alrededor suscitando las vibraciones. Por ello la onda sonora se propaga sin desplazar a las moléculas excitadas. ¿Qué es la longitud de onda? La longitud de una onda sonora λ es la distancia que recorre la onda en un período. La frecuencia de vibración f es el número de períodos por segundo. Su unidad de medida es el hercio. ¿Cómo puede determinarse la distancia entre el objeto y el sensor? Cuando se conoce la velocidad de propagación de la onda en el aire y el período de tiempo entre la emisión de la señal y la recepción del eco reflectado se puede determinar la distancia entre el objeto y el sensor a partir de la fórmula: S= V٠t / 2 V – velocidad de propagación de la onda en el aire (343 m/s a una temperatura de 20 ºC) t – período de tiempo entre la emisión y la recepción de la onda en [s], S – distancia entre el objeto y el sensor en [m]. ¿Qué es el efecto piezoeléctrico? El efecto piezoeléctrico implica la generación de cargas eléctricas como consecuencia de tensiones mecánicas. Algunos cristales (sulfato de litio, cuarzo) presentan propiedades piezoeléctricas debido a que su red cristalina es helicoidal. Este efecto es reversible, es decir, un transformador puede ser deformado a causa de la tensión. ¿Qué ocurre con las propiedades piezoeléctricas a elevadas temperaturas? Las propiedades piezoeléctricas desaparecen a elevadas temperaturas. La temperatura máxima de trabajo del transformador de cuarzo es menor de 200 °C y para transformadores de cerámica menor de 100 °C.



19

Minos

Componentes mecatrónicos - Soluciones

¿Cómo se genera una onda de ultrasonido? Las vibraciones producidas por las oscilaciones de la tensión son transferidas a las moléculas del material o del medio ( por ejemplo aire) generándose una onda sonora. De manera inversa, cuando las vibraciones de las moléculas de un medio son transferidas a un transformador, este es deformado, creándose cargas eléctricas. Un transformador piezoeléctrico puede ser utilizado como generador y receptor de las ondas sonoras. ¿Qué rango de frecuencias se emplea en los sensores de ultrasonido? La frecuencia de los sensores de ultrasonido presenta normalmente un valor entre 23 - 400 kHz ¿En qué zona es mayor la energía de la onda sonora? El área de propagación de una onda de ultrasonido se encuentra en gran parte dispersa. La zona de mayor energía sonora es la zona cercana al eje del sensor. Sólo la zona delimitada por el cono de detección de ángulo  es útil durante el proceso de medida. ¿Cómo puede determinarse el diámetro del cono de detección? Si se conoce la distancia entre el objeto y el sensor se puede determinar el diámetro D del cono de detección en las proximidades del objeto mediante la fórmula: D = 2٠X٠tan (α/2) donde: X – distancia entre el objeto y el sensor α – ángulo de la esfera del cono de detección ¿De qué depende el ángulo y la forma de la radiación sonora? El ángulo α puede ajustarse si se requiere y este presenta un valor de hasta unas cuantas decenas de grados. Tanto el ángulo como la forma del haz de sonido dependen del tamaño, forma y frecuencia de la superficie vibratoria del transformador.

20



3.2

Componentes mecatrónicos - Soluciones

Minos

Funcionamiento Ejercicio 2

¿Cuáles son los modos de operación de sensores de ultrasonido típicos? Los sensores de ultrasonido típicos presentan dos modos de operación: el de difusión (sensor difuso) y el unidireccional (through beam). El primer modo de difusión es el que se utiliza más comúnmente. El sensor recibe de un objeto la onda de sonido reflejada como eco. Dependiendo del tipo de salida utilizada la distancia determinada a partir de la medida del tiempo empleado será transformada en una corriente o tensión analógica o en un estado de salida ON/OFF. Cuando el objeto se encuentra fuera de la zona de trabajo del sensor, el sistema de salida vuelve a su estado anterior. ¿Qué fases pueden distinguirse durante la operación de un sensor de ultrasonido? En la medida de ultrasonido se presentan dos fases: – emisión de la onda de ultrasonido del transformador en dirección al objeto, – emisión de la onda de ultrasonido (del eco) por el objeto detectado hacia el transformador ¿Cuándo se utilizan los sensores de ultrasonido? Los sensores de ultrasonido se emplean tanto para detectar objetos independientemente del color o material como para controlar el nivel de un líquido transparente o de color. Se utilizan en ambientes donde la presencia de polvo hace que no se puedan emplear sensores ópticos. ¿Son los sensores de ultrasonido insensibles a la influencia del sonido exterior? El transformador produce una onda sonora cuya frecuencia es notablemente mayor que 20 kHz, es decir que la onda no puede ser percibida por el oído humano. Gracias a la elevada frecuencia de trabajo del transformador los sensores de ultrasonido no son sensibles al ruido externo. ¿De qué partes está compuesto un sensor de ultrasonido? Un sensor de ultrasonido se haya integrado por un generador de elevada tensión, un transformador piezoeléctrico en la cabeza del sensor, un sistema de procesamiento de la señal y un sistema de salida .



21

Minos

Componentes mecatrónicos - Soluciones

¿Qué tipo de objetos son mejor detectados por sensores de ultrasonido? Cuanto mayor sea el espesor del objeto a detectar, mejor será la sensibilidad del sensor, ya que una gran parte de la onda de sonido es reflejada. Por esto objetos que presentan un elevado coeficiente de reflexión acústica (sólidos, líquidos, granulados) pueden detectarse más fácilmente por los sensores de ultrasonido. ¿Cómo funciona un sensor de ultrasonido con un transformador piezoeléctrico? El transformador genera impulsos cíclicos acústicos. Su frecuencia es del orden de unas cuantas decenas de hercios. El período de tiempo entre la emisión del impulso y la recepción del eco reflejado es proporcional a la distancia real entre el objeto y el sensor. Si tan sólo hay un transformador que emite y recibe, la duración del impulso Ti debe ser notablemente menor que el tiempo necesario para el regreso del eco Te. El sensor espera a que el eco retorne a él para emitir la siguiente onda. Si se mide el tiempo Te se puede determinar la distancia entre el objeto y el sensor. La aparición del eco en los sensores de detección significa que un objeto se encuentra en la zona de trabajo del sensor. Y es entonces cuando cambia la señal de salida. ¿Cómo puede eliminarse el fondo? El rango máximo de operación de un sensor puede ser limitado por un potenciómetro adecuado y los objetos que sobrepasen este límite no serán detectados. Esta función se denomina eliminación del fondo (blanking out). ¿Cómo puede configurarse el rango mínimo de operación en los sensores de ultrasonido? El rango mínimo de operación solo puede ser configurado en algunos sensores. De esta manera se puede determinar exactamente la zona bloqueada (en la que el objeto no puede ser detectado) y la zona activa (en la que el objeto puede ser detectado). ¿ Por qué existe la zona muerta? La zona muerta es causada debido a la existencia de dos funciones en un transformador (generación y recepción de la onda sonora). El transformador puede recibir el eco de la onda solo en el caso de que el impulso ya haya sido emitido. El tamaño de la zona muerta depende del rango de operación del sensor y del tamaño de este. Cuanto menor sea el rango de operación, menor será la zona muerta.

22



Componentes mecatrónicos - Soluciones

Minos

¿Cuántos grados puede formar el cono de detección de los sensores de ultrasonido? Dependiendo de su aplicación se fabrican sensores cuyo ángulo de detección varía de tres a algunas decenas de grados. El ángulo debe ser correctamente seleccionado para que el objeto que se desea detectar se encuentre dentro de la zona detectada. Otros campos de detección carecen de interés. ¿Qué objeto se emplea para determinar la zona de acción de los sensores de ultrasonido? Para determinar la zona de trabajo del sensor Sn se emplea una lámina de metal cuadrada de 1 mm de espesor que refleja las ondas de ultrasonido. La lámina debe fijarse perpendicular al eje de la onda de ultrasonido. Su tamaño depende del rango de operación del sensor: - Anchura de la lámina = 10 mm para un rango de trabajo < 300 mm - Anchura de la lámina= 100 mm para un rango de trabajo >800 mm. El uso de otros objetos no garantiza la zona de trabajo del sensor Sn dada en los catálogos. ¿Cómo funcionan los sensores unidireccionales? En los sensores unidoreccionales el transformador genera una onda sonora en la dirección del receptor que se encuentra en una carcasa separada. La señal de salida cambia cuando un objeto interrumpe la onda sonora . ¿Qué clase de onda sonora es generada por los sensores unidireccionales? Al contrario que los sensores de difusión y reflexión el transformador genera en este tipo de sensores una onda sonora continua. No existe tampoco ninguna zona muerta. ¿Cuándo se utilizan los sensores unidireccionales? Estos sensores se utilizan sobre todo para detectar objetos porosos que dispersan o absorben las ondas sonoras, u objetos de formas complicadas que no pueden ser detectados por sensores de difusión. ¿Qué sensores (unidireccionales o de difusión) presentan la mayor frecuencia de cambio de la señal de salida? La frecuencia de cambio de la señal de salida en los sensores unidireccional es mayor que la de los sensores de difusión y puede llegar hasta los 200 Hz.



23

Componentes mecatrónicos - Soluciones

Minos

3.3 Fallos en el funcionamiento de sensores

Ejercicio 3

¿Qué factores físicos pueden interferir en la correcta operación de sensores de ultrasonido? Los siguientes factores pueden provocar fallos en el funcionamiento del sensor:aumento de temperatura en la zona de acción del sensor, cambios en la presión atmosférica, corrientes de aire y aislantes del sonido. ¿Qué efecto tiene el aumento de temperatura en los sensores de ultrasonido? Incrementos de la temperatura en la zona de trabajo del sensor pueden modificar la velocidad del sonido y la duración del impulso causando una disminución de la exactitud de medida. Un aumento en la temperatura o en la humedad provoca que la distancia medida entre el objeto y el sensor sea menor que su valor real. Las superficies calientes de un objeto reflejan peor las ondas sonoras que los objetos fríos. Si la temperatura es mayor de 20 K, la zona de trabajo del sensor aumenta en un 3,5-8%. ¿Qué factores de instalación pueden interferir en la correcta operación de sensores de ultrasonido? Los sensores de ultrasonido detectan especialmente los objetos con una superficie dura que se encuentran perpedicular al eje del sensor. Las desviaciones de esta norma producen fallos en el funcionamiento del sensor: – el ángulo entre la superficie frontal del objeto y el eje del sensor es diferente de 90° - la forma del objeto provoca que la dirección de la onda reflejada sea completamente diferente de la onda generada - líquidos con ondas -interferencia mútua entre sensores ¿Cuándo existe una influencia mútua entre dos sensores de ultrasonido? Si dos sensores de ultrasonido se instalan próximos entre si, una de las ondas sonoras generada por un sensor puede alcanzar el otro sensor y cambiar su señal de salida. ¿Cómo se puede evitar la interferencia mútua de los sensores de ultrasonido? Cuando las salidas de varios sensores son sincronizadas mediante una conexión efectiva, estos pueden situarse uno al lado del otro sin que haya influencia mutua entre ellos. Los sensores sincronizados envían las señales a la vez y funcionan como un sensor con un cono de emisión mayor que detecta el mismo objeto.

24



3.4

Componentes mecatrónicos - Soluciones

Minos

Sensores de ultrasonido especiales Ejercicio 4

¿Cómo funcionan los sensores de reflexión? Los sensores reflexivos (sensores retroreflectivos) miden la diferencia entre el tiempo de retorno de la onda sonora reflejada por el objeto y el tiempo de retorno de la onda reflejada por el reflector. Una superficie cualquiera dura y lisa puede ser empleada como reflector. Cuando la onda sonora reflejada por el objeto regresa antes que la onda reflejada por el reflector, la señal de salida cambia. ¿Cuándo se utilizan los sensores de reflexión? Los sensores de reflexión detectan también la interrupción de ondas sonoras a través de objetos que absorben o dispersan las ondas sonoras . En este caso la señal de salida se cambia a OFF. Estos sensores se utilizan cuando un objeto está formado por un material aislante acústico (algodón,goma,etc) o cuando el ángulo entre la superficie frontal del objeto y el eje del sensor es distinto de 90°. ¿Cómo funcionan los sensores de carcasa con transformador doble? Los sensores con dos transformadores en una carcasa pueden funcionar con un reflector tanto como sensores de difusión como sensores de reflexión. Uno de los transformadores es el emisor y el otro actúa de receptor de la onda sonora. Estos sensores detectan incluso pequeños objetos cercanos, ya que el receptor puede trabajar al mismo tiempo con el emisor. Sin embargo en primer lugar deben sincronizarse los dos transformadores . ¿Cómo se miden distancias con un sensor de ultrasonido? La mayoría de sensores de ultrasonidos presentan tanto salidas binarias como analógicas. Para medir una distancia se utilizan la salida de tensión o de corriente. La distancia medida es proporcional a la tensión o a la intensidad de corriente



25

Componentes mecatrónicos - Soluciones

Minos

4

Sensores optoelectrónicos

4.1

Elementos fotoeléctricos

4.1.1

Fundamentos físicos Ejercicio 1

¿Qué partes de la radiación electromagnética se emplean en los sensores optoelectrónicos? La luz roja visible o infrarroja son las más utilizadas en los sensores optoelectrónicos. La luz visible es la parte de la radiación electromagnética que es captada por los ojos humanos. Su longitud de onda comprende entre 380-770 nm. La longitud de onda de la luz infrarroja es mayor que la de la luz visible. ¿Qué es la refracción de la luz? Refracción – la luz puede ser interrumpida o reflejada cuando pasa de un medio a otro de diferente densidad. ¿Qué tipos reflexión existen? La reflexión de la luz depende en gran medida de las propiedades de reflexión de una superficie (rugosidad, estructura, color, brillo). Se pueden distinguir tres tipos de reflexión : 1. reflexión direccional- el ángulo de incidencia de la luz es igual al ángulo de reflexión (por ejemplo en el caso de un metal pulido o de un espejo) 2. retroreflexión- una parte de la luz tiene una reflexión en una dirección y otra parte es dispersada (por ejemplo en el caso de una superficie pintada) 3. reflexión difusa- la luz es reflejada en todas las direcciones (por ejemplo en el caso de una superficie rugosa).

26



Componentes mecatrónicos - Soluciones

Minos

4.1.2 Fotoemisores y fotodetectores

Ejercicio 2

¿Qué fotoemisores pueden ser utilizados en sensores optoelectrónicos? Los fotoemisores se dividen en: - diodos luminosos (LED) que emiten una luz visible de longitud de onda menor de 780 nm, - diodos luminosos que emiten radiación infrarroja (λ>780 nm) - diodos láser (LD) que o bien emiten luz visible o luz infrarroja. ¿En qué se basa el funcionamiento de los diodos luminosos? El funcionamiento de los diodos luminosos se basa en la electroluminiscencia. Esta se produce cuando un material emite una radiación electromagnética al aplicar una corriente eléctrica externa. ¿De qué depende la intensidad de los diodos luminosos? La intensidad luminosa depende de la intensidad de la corriente. La relación entre ambas intensidades es aproximadamente linear. ¿De qué depende el color de la luz generada por los diodos luminosos? El color de la luz producida depende de la longitud de onda predominante y de la composición del material semiconductor. Los colores que se utilizan más frecuentemente son el rojo, el azul o el blanco. ¿Qué ventajas e inconvenientes presenta el empleo de luz visible e infrarroja en sensores? La luz visible hace más fácil la instalación del sensor. Los sensores que emiten radiación infrarroja consumen menor potencia y presentan buena exactitud y una zona grande de acción ¿Por qué se coloca una lente en el extremo de la carcasa de un LED? En el extremo de la carcasa se encuentra una lente convergente de plástico que forma la radiación luminosa y garantiza un ángulo óptimo de radiación.



27

Minos

Componentes mecatrónicos - Soluciones

¿Qué diferencia hay entre los diodos luminosos y los diodos láser? Hasta un valor determinado de la intensidad corriente, un diodo láser funciona como un diodo luminoso LED típico. Cuando se supera este valor de intensidad de corriente se fuerza una emisión de fotones que dota a la luz de unas propiedades especiales (alta densidad de potencia, coherencia y un campo espectral limitado). ¿Qué ventajas presentan los diodos láser? Los sensores con emisores láser se utilizan cuando un objeto pequeño debe ser detectado o localizado. Debido a que la luz láser es casi una radiación paralela, el emisor puede ser ajustado cuando el objeto se sitúa lejano a la luz ¿Qué función desempeñan los fotodetectores en los sensores optoelectrónicos? Los fotodetectores fabricados a partir de semiconductores (normalmente fotodiodos o fototransistores) convierten la energía luminosa generada por el emisor en energía eléctrica. ¿Qué son el tiempo de subida y el tiempo de descenso? El tiempo de subida es el período de tiempo durante el que la intensidad de la corriente fotoeléctrica cambia de 0,1 a 0,9 del valor máximo. El tiempo de descenso es el período de tiempo durante el que la intensidad de la corriente fotoeléctrica cambia de 0,9 a 0,1 del valor máximo ¿Qué diferencia hay entre un fotodiodo típico y un diodo PIN? El absorbedor de un fotodiodo típico es mucho más fino que la profundidad de penetración alcanzada por los fotones. Por ello el grado de eficiencia de un diodo es pequeño y la corriente de fotones generada está limitada. En un diodo PIN la intensidad de corriente es mayor debido a que la zona donde se encuentra el campo eléctrico es mayor. El tiempo de aumento del impulso de un diodo PIN es menor y su eficiencia es mayor que la de un fotodiodo corriente. ¿Cómo puede determinar un detector de posición PSD la posición de la intensidad luminosa máxima? Un detector de posición (Position sensitive detector-PSD) es básicamente un diodo PIN con una superficie extremadamente fotosensible. Debido al fenómeno interno fotoeléctrico aparecen cargas eléctricas en ambos lados del elemento que hacen que las corrientes lA e lB comiencen a circular. Cuando el elemento es iluminado de manera asimétrica, los valores de la corriente cambian. Midiendo la relación entre las corrientes circulantes por el PSD se puede determinar la posición x de la intensidad luminosa máxima.

28



Componentes mecatrónicos - Soluciones

Minos

¿Por qué se sustituyen los detectores de posición PSD por detectores CCD en sensores optoelectrónicos de detección? Los detectores CCD no son sensibles a las perturbaciones producidas por las reflexiones secundarias de luz, ya que estos sólo reaccionan a la intensidad luminosa (y no a la cantidad de luz como los detectores PSD). Una matriz CCD típica digital es una estructura homogénea lineal que consta de células sensibles a la luz (pixeln). Su salida consiste en tensiones discretas que representan la intensidad de iluminación de cada pixel . ¿Qué diferencia existe entre el diseño de un fototransistor y el de un transistor? La estructura de un fototransistor es similar a la de un transistor amplificador,solo que en este caso la carcasa posibilita la iluminación del semiconductor base. Los fototransistores presentan una sensibilidad mayor que un fotodiodo, ya que en este caso la corriente de fotones es amplificada. Debido a esto los fototransistores se utilizan como fotodetectores a pesar de que presentan una frecuencia límite mucho más pequeña que los fotodiodos.

4.2

Tipos de sensores Ejrecicio 3

¿Cómo funcionan los sensores unidireccionales? En los sensores unidireccionales (through beam) el rayo de luz es enviado directamente del emisor al receptor. El emisor y el receptor se encuentran en un mismo eje pero presentan carcasas individuales. Estos sensores detectan los objetos que se encuentran entre el emisor y el receptor y que interrumpen el haz luminoso. ¿Qué propiedades presentan los sensores unidireccionales? No son sensibles a condiciones ambientales adversas como la contaminación, el vapor o la niebla. Su zona de acción es mucho mayor en comparación con otros tipos de sensores . ¿Qué objetos pueden ser detectados por los sensores unidireccionales? Los sensores unidireccionales detectan objetos de cualquier material. Las superficies del objeto pueden estar a su vez también pintadas, ser transparentes, rugosas o lisas. Un objeto es detectado cuando esté eclipsa en al menos un 50% la radiación emitida.



29

Minos

Componentes mecatrónicos - Soluciones

¿Cómo funcionan los sensores retroreflectivos? En los sensores retroreflectivos el emisor y receptor se encuentran en la misma carcasa. La luz es reflejada por un reflector en la dirección del receptor. Los sensores retroreflectivos requieren formas especiales de reflectores o cintas reflectoras. La presencia de un objeto provoca la difusión de la luz emitida y la señal de salida se ve así modificada. ¿Cómo funciona un espejo de triple reflexión? El principio de reflexión bidimensional (retroreflectivo) es válido también para un sistema de tres espejos colocados perpendicularmente unos de otros. El rayo de luz emitido es reflejado por las tres superficies, siendo la radiación reflejada paralela al rayo. Un espejo de triple reflexión se emplea como reflector para sensores de reflexión. ¿De qué depende el rayo efectivo de luz en los sensores unidireccionales? El rayo efectivo de luz depende del diámetro de las lentes del emisor y receptor y de la superficie del reflector ¿Cómo funcionan los sensores de difusión? Los filtros de luz (sensores de difusión) presentan tan sólo una carcasa dentro de la cual se encuentran el emisor y el receptor. La luz emitida por el emisor es reflejada por un objeto, volviendo esta de nuevo al receptor, produciéndose un cambio en la señal de salida. ¿Qué propiedades presentan los sensores de difusión? Los sensores de difusión tienen una distancia de operación bastante pequeña de aproximadamente 100-200 mm. Los objetos situados más allá de esta distancia no son detectados y las perturbaciones producidas por estos objetos son automáticamente amortiguadas. La distancia de operación depende del coeficiente de reflexión de la luz que presenta el objeto a detectar. Dicho coeficiente viene determinado por el color y tipo de la superficie del objeto. Una superficie lisa puede reflejar la luz, incluso cuando esta se encuentre lejos del sensor. Esto dificulta la detección del objeto correcto. Una superficie oscura o mate absorbe parte de la luz de tal manera que la luz restante no es suficiente para detectar el objeto. ¿Cómo se determina el alcance máximo de un sensor de difusión? Para determinar el alcance máximo de un sensor de difusión se emplea una superficie calibrada (una hoja de papel blanca o papel Kodak) que refleja el 90% del rayo de luz.

30



4.3

Componentes mecatrónicos - Soluciones

Minos

Procesamiento de señales Ejercicio 4

¿Qué puede interferir en el buen funcionamiento de los sensores optoelectrónicos? Los sensores optoelectrónicos son sensibles a las perturbaciones originadas por las interferencias ópticas causadas por las fuentes externas de luz (naturales y artificiales). Los rayos de luz procedentes de estas fuentes que alcancen un sensor optoelectrónico pueden influir en la corriente emitida por el emisor y generar señales de salida falsas. Para evitar falsas reacciones los sensores son dotados de sistemas que evitan este tipo de perturbaciones y que regulan la sensibilidad del sensor. La contaminación del ambiente (aceite o polvo en las superficies de objetos detectados o lentes del sensor) puede ocasionar problemas adicionales. ¿Qué sensores son especialmente sensibles a las interferencias ópticas? Los sensores de difusión son especialmente sensibles a las perturbaciones producidas por una interferencia óptica, sobre todo si esta proviene de una luz natural con intensidad constante, de una luz artificial con espectro similar al de la luz natural, así como de una luz intermitente. ¿Qué ventajas presenta la luz modulada? Cuando los sensores optoelectrónicos utilizan luz modulada, la luz del emisor es conectada solo durante un instante. La luz modulada presenta las siguientes ventajas: - los sensores son apenas sensibles a la luz del ambiente, - la distancia de operación máxima del sensor aumenta - la cantidad de calor generada disminuye - la vida útil del LED es mayor ¿En qué consiste la polarización de la luz? La polarización consiste en la ordenación total o parcial de las oscilaciones de la onda luminosa. Cuando una onda luminosa no está polarizada las vibraciones del campo eléctrico y magnético ocurren en todas las direcciones. Si la luz está polarizada dichas vibraciones se producen en una sola dirección ¿Cómo funcionan los filtros de polarización? Tanto la luz natural como la luz emitida por los LEDs no está polarizada. Si la luz pasa a través de un fitro de polarización, permanece solo la parte de la luz que presenta la dirección del filtro. Si un rayo de luz que ha pasado a través de un filtro de polarización horizontal, pasa a través de un filtro de polarización vertical, este desaparece.



31

Minos

Componentes mecatrónicos - Soluciones

¿Es dañada la polarización cuando tiene lugar una reflexión? La reflexión difusa destruye la polarización. Cuando la luz polarizada es reflejada por un espejo no se destruye la polarización. ¿Por qué se emplea la luz polarizada en sensores optoelectrónicos? Cuando se elige e instala el filtro adecuado, se pueden eliminar las perturbaciones generadas por las superficies reflectantes. Además, de esta forma se pueden detectar también objetos transparentes. ¿Qué es el margen de operación? Debido a la influencia del medio (por ejemplo lentes sucias, modificación del coeficiente de reflexión, envejecimiento del emisor) la iluminación del elemento optoeléctrico y el nivel de su señal de salida pueden verse disminuidos. El nivel de la señal puede ser demasiado pequeño para cambiar la señal de salida, produciendo que el sensor no funcione correctamente. Para evitar tales situaciones debe disponerse de una reserva de nivel de la señal determinada por el margen de operación. Margen de operación= cantidad de luz actual/ cantidad mínima de luz que produce un cambio en la señal de salida ¿Qué magnitud debe presentar el margen de operación? La cantidad real de luz debe superar el nivel mínimo necesario para cambiar la señal de salida (margen de operación>1) para garantizar una reserva. Si el aire no está contaminado y la probabilidad de contaminación de las lentes es pequeña, el margen mínimo de operación debe ser mayor de 1,5. Cuando el ambiente está muy contaminado y la operación de limpieza de lentes está limitada, el margen mínimo de operación debe ser incluso mayor de 50. ¿Qué es el tiempo de respuesta de un sensor optoelectrónico? El tiempo de respuesta es el período de tiempo que transcurre entre la aparición del rayo de luz del sensor y el cambio de la señal de salida. Cuando el tiempo de respuesta es conocido se puede determinar la velocidad máxima de un objeto o la distancia máxima entre objetos para poder ser detectados.

32



4.4

Componentes mecatrónicos - Soluciones

Minos

Tipos de sensores optoelectrónicos especiales Ejercicio 5

¿Cúal es la diferencia entre los sensores de reflexión con y sin polarización? En los sensores retroreflectivos que utilizan luz polarizada, la luz generada por el emisor se dirige a un reflector de espejo de triple reflexión después de pasar a través de una lente colectora y un filtro horizontal de polarización. El espejo de triple reflexión gira la luz polarizada 90°. Una parte de la luz reflejada pasa a través de un filtro de polarización vertical alcanzando al receptor. Debido a esto tan sólo la luz reflejada por el detector puede ser reconocida. ¿Cómo puede eliminarse la influencia de fondo? En muchos de los tipos de sensores de difusión se pueden configurar las distancias máxima y mínima de trabajo. Para ello se modifica el ángulo del receptor o el ángulo de un espejo instalado adicionalmente. La supresión electrónica de la influencia de fondo es aún más efectiva que el método mecánico ya que el sensor reconoce el fondo presente y puede así ignorarlo. Este método es aplicado en el caso de sensores de difusión con dos receptores de luz o en sensores de triangulación con una cámara CCD o un PSD. ¿Cómo se puede eliminar la influencia del fondo en sensores de manera electrónica? Para eliminar la influencia de fondo de manera electrónica se puede proceder de las tres maneras siguientes: - no detección del objeto que se encuentra fuera de la distancia de trabajo - no detección del objeto que se encuentra dentro de la distancia de trabajo - detección del objeto que se encuentra en un determinado campo (campo de trabajo) ¿En qué consiste la autocolimación? La autocolimación implica la conversión automática de un rayo de luz divergente en un rayo paralelo. Aún cuando el diámetro del rayo sea pequeño, bastará para iluminar al receptor. ¿Qué ventajas presenta la autocolimación? Gracias a la autocolimación se pueden detectar objetos transparentes y objetos que se encuentran en la zona muerta.



33

Minos

Componentes mecatrónicos - Soluciones

¿Qué estructura presenta la fibra óptica? Una varilla de cristal o plástico con extremos planos(núcleo), que está recubierta por una capa de otro cristal o plástico de menor índice de refracción . Explica el efecto que presenta la reflexión total en la fibra óptica El modo de funcionamiento de una fibra óptica se basa en la reflexión total de la luz interna en el límite situado entre dos sustancias con diferentes índices de refracción. Tras la reflexión el 100% de la energía luminosa permanece en la fibra óptica. El rayo de luz es reflejado por el extremo cuando este se encuentre en un medio con un coeficiente de refracción mayor. ¿Por qué no puede presentar la fibra óptica una longitud muy grande? La contaminación y las pequeñas impurezas materiales del núcleo disminuyen la intensidad de la luz y disminuyen la longitud de la fibra óptica hasta la que puede transmitirse la luz de manera efectiva. ¿Qué diferencia existe entre la fibra óptica de vidrio y de plástico? Las fibras ópticas de vidrio pueden resistir temperaturas más elevadas (hasta 250°C) que las fibras ópticas de plástico (hasta 70°C). Si embargo las fibras ópticas de plástico son más resistentes, baratas y fáciles de recortar. Las fibras ópticas de vidrio transmiten tanto la luz visible como la radiación infrarroja. Las fibras ópticas de plástico se utilizan solamente para transmitir luz visible, ya que estas presentan una eficacia menor cuando transmiten radiación infrarroja. ¿Cómo funcionan los sensores optoelectrónicos con fibra óptica? Los sensores optoelectrónicos con fibra óptica funcionan de la misma manera que otros sensores optoelectrónicos. Solamente existe la diferencia de que en este caso la luz emitida y recibida es transmitida por una fibra óptica. La cabeza de la fibra óptica es muy pequeña (algunos mm) y por ello el sensor puede ser colocado fácilmente en lugares de difícil acceso. Los circuitos electrónicos se encuentran en un amplificador separado.

34



4.5

Componentes mecatrónicos - Soluciones

Minos

Conexión de los sensores optoelectrónicos Ejercicio 6

¿Qué modos de operación pueden presentar los sensores optoelectrónicos? Los sensores optoelectrónicos presentan dos modos de operación: - modo oscuro (DO, dark operate) - modo claro(LO, light operate) En el modo oscuro la salida del sensor está activa (ON) cuando la luz emitida no alcanza al receptor. En el modo claro la salida del sensor está activa (ON) cuando la luz emitida alcanza al receptor. ¿De qué depende el tamaño y la forma de la zona de conmutación de la señal de salida? Todos los sensores optoelectrónicos presentan una zona característica de conmutación de la señal de salida. Su dimensión y forma dependen del diámetro de la radiación de luz emitida y de la distancia entre el objeto detectado y el sensor (para sensores unidireccionales entre el emisor y el receptor). Cuando el objeto detectado (el receptor en el caso de los sensores unidireccionales) se encuentre en dicha zona, la señal de salida cambia.



35

Componentes mecatrónicos - Soluciones

Minos

5

Sensores de campo magnético

5.1

Fundamentos teóricos

5.1.1 Campo magnético

Ejercicio 1

¿Cúal puede ser la fuente de un campo magnético y cómo están orientadas sus líneas? La fuente de un campo magnético puede ser un imán permanente, una bobina o un conductor con corriente. Las líneas de un campo magnético están cerradas y se dirigen siempre del polo norte N al polo sur S. ¿Cúales son las magnitudes físicas que caracterizan un campo magnético? Existen tres magnitudes características de un campo magnético: – la intensidad H ( A/m), – la inducción B (Tesla, T), – la permeabilidad relativa µr ¿Cómo se diferencian las sustancias en función de sus propiedades magnéticas? Toda materia presenta propiedades magnéticas, pero un campo magnético influye de diferente manera en cada cuerpo. Los cuerpos materiales se clasifican en función de su permebilidad relativa µr en los siguientes grupos: diamagnéticos (µr 1, por ejemplo aluminio, platino, cinc), y ferromagnéticos( el grupo más importante, con µr>>1. La permeabilidad de aceros puros presenta un valor de unos varios miles). ¿Qué son los dominios magnéticos? Un campo magnético tiene una fuerte influencia en los materiales ferromagnéticos. Su propiedad característica son pequeños campos igualmente inmantados- dominios magnéticos. Cuando estos campos son ordenados por un campo magnético externo, el material ferromagnético funciona como un imán. ¿Qué materiales ferromagnéticos son denominados „duros“ y „blandos“? Si la histéresis es elevada, el material ferromagnético es difícil de imantar. Estos materiales (Fe-Co, Ni-Co, ferritas duras) son denominados “duros” y se emplean como imanes permanentes. Si la histéresis es pequeña el material ferromagnético puede ser imantado y desimantado fácilmente. Dichos materiales ( aceros, Fe-Si, Fe-Al, ferritas blandas, aleaciones amorfas) se denominan blandas y se utilizan como núcleos magnéticos.

36



Componentes mecatrónicos - Soluciones

Minos

5.1.2 Contactos Reed

Ejercicio 2

¿Cómo está constituido un contacto Reed? Un contacto Reed consta de un pequeño filamento de vidrio cerrado herméticamente, en el que se encuentran dos láminas delgadas de un material ferromagnético al vacío o en presencia de un gas inerte. Dependiendo de su configuración y de sus condiciones de trabajo los contactos se recubrirán con una capa de metal noble (rutenio, rodio, oro) para proporcionar una mayor estabilidad. ¿Por qué se emplean medidas de seguridad adicionales para un contacto Reed? Al desplazar un imán o un contacto Reed, su estado puede ser controlado (las láminas se cierran o están separadas). Cuando se cambia el estado, se puede producir una descarga de corriente entre las láminas que dañe el contacto Reed o empeore su calidad. Para evitar que ocurra esto se instalan normalmente mecanismos de protección. ¿Qué valor presenta la frecuencia máxima de conmutación de los contactos Reed? La frecuencia máxima de conmutación de los contactos Reed depende de su construcción y de las propiedades del material y presenta un valor entre 200-250 Hz. ¿Cuántas veces puede cambiar la señal de salida de un contacto Reed? Si un imán se mueve paralelo al eje del contacto Reed las láminas se cerrarán en tres puntos. Si el eje del imán es perpendicular al eje del contacto Reed, las láminas serán cerradas solo en dos puntos. Si un imán se mueve en dirección perpendicular al eje del sensor Reed, las láminas solo se cerrarán cuando el imán se encuentre en uno de los tres puntos.



37

Componentes mecatrónicos - Soluciones

Minos

5.1.3 Propiedades magnéticas utilizadas en sensores

Ejercicio 3

¿Qué es el efecto Hall? El efecto Hall consiste en la creación de un campo eléctrico adicional en una lámina conductora o semiconductora a través de la cual fluye corriente eléctrica, que se encuentra en un campo magnético externo. Las cargas eléctricas se acumulan bajo la influencia del campo magnético externo en uno de los lados de la lámina, creándose una diferencia de potencial (conocida como tensión Hall VH). ¿Cómo puede aumentarse el valor de la tensión Hall? Para aplicaciones prácticas del efecto Hall debe emplearse un valor de tensión VH tan alto como sea posible. Este valor puede alcanzarse cuando se emplean láminas muy delgadas (0,1 mm) de un material con elevada movilidad de electrones. Solamente los semiconductores (InSb, InGaAs, Si, GaAs) presentan estas propiedades. La posibilidad de aumentar la tensión por medio del aumento de la corriente que fluye a través de la lámina está limitada, ya que la potencia permitida en la lámina no debe ser sobrepasada. Esta potencia permitida depende en gran manera de la construcción y forma de la lámina. ¿Por qué modifica un campo magnético la magnetoresistencia de un semiconductor? La magnetoresistencia de un semiconductor aumenta ante la presencia de un campo magnético externo H, debido a que la dirección de la corriente I a través del semiconductor varía en un ángulo α y las cargas eléctricas deben recorrer una trayectoria mayor. Cuanto mayor sea la intensidad del campo magnético, mayor será el ángulo α. ¿Qué ocurre cuando la corriente fluye a través de electrodos de oro o de aluminio? Cuando la corriente fluye a través de electrodos de oro o de aluminio se modifica su dirección. En este caso las cargas eléctricas deben recorrer una distancia aún mayor y la resistencia aumentará. ¿Qué es el efecto Wiegand? El efecto Wiegand consiste en la generación de un impulso eléctrico al cambiar la dirección del campo magnético en una bobina que envuelve un conductor ferromagnético con propiedades magnéticas especiales (“conductor de impulsos”).

38



Componentes mecatrónicos - Soluciones

Minos

¿Qué propiedades presenta un „conductor de impulsos“? El „conductor de impulsos“ es una aleación de cobalto , acero y vanadio. Presenta dos zonas magnéticas diferentes: un núcleo y una envoltura. El núcleo está formado por una material ferromagnético blando (histéresis reducida) y la envoltura de un material ferromagnético duro (histéresis mayor). Su diámetro comprende aproximádamente 0.3mm. ¿Cómo reaccionan las zonas de un „conductor de impulsos“ ante el cambio de dirección del campo magnético externo? Cada zona reacciona de manera diferente ante los cambios de dirección del campo magnético. La dirección de imantación del núcleo magnético blando varía más rápido que la de la envoltura magnética dura. ¿Cúando aparece un impulso eléctrico en la bobina de un „conductor de impulsos“? Cuando el campo magnético genera un cambio en la dirección de imantación del núcleo sin cambiar la dirección de imantación de la envoltura, se produce un pequeño impulso eléctrico (10 – 20 µs) en la bobina. La amplitud del impulso es casi independiente de la velocidad de cambio de dirección del campo magnético.



39

Componentes mecatrónicos - Soluciones

Minos

5.2 Tipos de sensores magnéticos

Ejercicio 4

¿Qué ventajas presentan los sensores de campo magnético? Los sensores magnéticos se emplean a menudo en la industria de la automatización ya que estos tienen una zona de acción muy amplia y sus carcasas herméticas de reducido tamaño pueden tener diferentes formas. Las formas básicas de los sensores magnéticos no requieren de un suministro de corriente, pudiendo ser conectados directamente a una unidad de control. Estos también pueden controlar de manera independiente la operación de máquinas. Una ventaja adicional de los sensores magnéticos es el amplio rango de tensiones y corrientes de conexión (más de 1000 V y algunos A). ¿Qué objetos pueden ser detectados por los sensores magnéticos? Los sensores magnéticos responden a un campo magnético que se genera normalmente por imanes permanentes adheridos y fluye desde y hacia los objetos a detectar . Los objetos pueden ser de diferentes materiales, aunque se prefieren los objetos no ferromagnéticos que aseguran una zona de acción mayor. ¿A qué objetos responde un campo magnético? Un elemento situado en el campo magnético que reacciona ante este puede ser un contacto eléctrico hermético (contacto reed), un elemento semiconductor (sensor Hall), una resistencia magnética o un material con propiedades magnéticas especiales. ¿Puede un objeto que se encuentra en una tubería de plástico ser detectado por sensores magnéticos? Si. Los campos magnéticos atraviesan la mayoría de los materiales no magnéticos incluso cuando un diamagnético se encuentra entre el objeto y el sensor (por ejemplo una tubería de plástico o un recipiente de plástico). ¿Cómo funciona un sensor de campo magnético con contacto Reed? La operación de este tipo de sensores se basa en la función de un contacto reed, que reacciona ante los imanes que se aproximan a él. Cuando las láminas del contacto reed se encuentran en un campo magnético generado por un imán, sus campos magnéticos propios serán inducidos. Si la fuerza de atracción experimentada por las láminas es mayor que su fuerza elástica, el estado del contacto reed cambia y el circuito se cierra conectando una resistencia

40



Componentes mecatrónicos - Soluciones

Minos

¿Qué estado presentan los contactos de un contacto Reed cuando este no se encuentra en un campo magnético? Cuando el contacto reed no se encuentra en ningún campo magnético, sus contactos (independientemente de su tipo) pueden permanecer cerrados (señal NC) o separados(señal NO). ¿De qué depende el alcance máximo de un sensor magnético? La intensidad del campo magnético depende de las características del material y de las dimensiones del imán. Esta determina el alcance máximo del sensor Smax . ¿Qué formas puede presentar la carcasa de sensores magnéticos con contacto Reed y que determinan estas? La carcasa de sensores de campo magnético con un contacto reed pueden presentar diferentes formas (cilíndrica, cúbica o muy compleja), lo que depende de las condiciones de instalación. La forma de un sensor determina donde puede moverse un imán. Para algunos sensores el imán debe moverse sólo enfrente de la superficie frontal del sensor. En el caso de otros sensores el imán puede moverse también respecto a otras superficies laterales. ¿Cuántos conductores presentan los sensores con un contacto Reed? Los sensores con un contacto reed presentan tres conductores o solamente dos cuando estos no cuentan con un diodo señalizador luminoso. ¿Cómo funcionan los sensores Hall? Los sensores Hall necesitan un suministro de corriente continua. Cuando un imán se encuentra fuera de la zona de acción del sensor, la corriente fluye sin dificultad alguna a través de la lámina semiconductora, siendo nula la diferencia de potencial entre los extremos de las láminas. Cuando un imán se encuentra en la zona de acción del sensor, su campo eléctrico genera la tensión de Hall en los extremos de las láminas. Esta tensión controla la salida del transistor del sensor. ¿Reaccionan los sensores Hall solamente ante una polarización determinada del campo magnético? Los sensores Hall pueden ser omnipolar (reaccionan ante cualquier polarización del campo magnético), unipolar (reaccionan ante una polarización determinada del campo magnético) o bipolar (son activados por un polo y desactivados por el otro).



41

Componentes mecatrónicos - Soluciones

Minos

5.3 Sensores magnéticos especiales

Ejercicio 5

¿Cómo funcionan los sensores Wiegand? El funcionamiento de los sensores Wiegand se basa en el registro de los cambios en la dirección de imantación (polarización) del núcleo de un conductor de impulsos. Cuando la dirección del campo magnético cambia la polarización del núcleo puede también variar. ¿Cómo son detectados los imanes móviles por un sensor Wiegand? El conductor de impulsos es expuesto primero a un campo magnético con polarización N/S y a continuación es expuesto al campo de un imán de polaridad inversa S/N. Debido a este cambio del campo magnético, se genera un impulso eléctrico en la bobina que rodea el conductor de impulsos. El impulso pasa a ser directamente o tras cierto procesamiento la señal de salida. ¿Cómo son detectados los „conductores de impulsos“ móviles por un sensor Wiegand? En este caso el conductor de impulsos es desplazado primero por un campo magnético con polarización N/S y a continuación por el campo de un imán de polaridad inversa S/N para modificar la dirección de imantación del núcleo. En este proceso los imanes y la bobina se encuentran en el sensor, siendo el conductor de impulsos el elemento móvil. ¿Qué tipo de corriente de alimentación requieren los sensores Wiegand? Los sensores Wiegand no requieren corriente de alimentación. ¿Qué partes comprende el sensor magnético más simple? El sensor magnético más simple está compuesto por una bobina enrollada en torno a un imán permanente. ¿Qué clase de objetos pueden ser detectados por un sensor con imán? Estos sensores no detectan objetos fijos debido a que la tensión de salida depende de la velocidad del objeto. Cuanto más lento se mueve un objeto, menor es la tensión de salida. Cuando el objeto no se mueve, la tensión es de 0 V. ¿Necesita un sensor con imán una fuente de corriente de alimentación? Estos sensores no requieren de una corriente de alimentación. Un objeto ferromagnético que se mueve en la zona próxima al sensor, cambia el campo magnético que fluye a través de la bobina y genera una tensión.

42



Componentes mecatrónicos - Soluciones

Minos

5.4 Montaje y aplicaciones

Ejercicio 6

¿Qué condiciones deben cumplirse para la instalación de un sensor magnético en un elemento compuesto por un material ferromagnético? En el caso de que un sensor magnético deba ser instalado en un elemento compuesto por un material ferromagnético, la distancia entre la superficie frontales y la superficie del elemento debe ser tan grande como sea posible. Además una capa adicional aislante de un dieléctrico debe ser colocada entre el sensor y el elemento. ¿Qué sucede si aparece un objeto compuesto por material no ferromagnético entre el sensor y el imán? Cuando un objeto no ferromagnético aparece entre el sensor y el imán, la función del sensor no se verá perturbada. Cuando un objeto ferromagnético aparece entre el sensor y el imán, la función del sensor se verá perturbada y la señal de salida puede ser modificada de manera involuntaria. ¿Cuándo se utilizan los sensores de campo magnético? Los sensores magnéticos se utilizan para: - detectar objetos que se encuentran en una tubería o recipiente de plástico - detectar objetos que se encuentran en un medio agresivo y están protegidos por capas protectoras - detectar objetos bajo elevadas temperaturas (un elemento ferromagnético puede ser situado próximo al objeto) - detectar objetos sometidos a movimientos de rotación o traslación



43

Mecatrónica Módulo 6: Sistemas y funciones de la mecatrónica Solución (Concepto) Jerzy Jędrzejewski Wojciech Kwaśny Zbigniew Rodziewicz Andrzej Błażejewski Universidad Técnica de Wroclaw, Polonia

Proyecto ampliado de transferencia del concepto europeo para la calificación agregada de la Mecatrónica las fuerzas especializadas en la producción industrial globalizada Proyecto EU Nr. 2005-146319 „MINOS“, Plazo: 2005 hasta 2007 Proyecto EU Nr. DE/08/LLP-LdV/TOI/147110 „MINOS**“, Plazo: 2008 hasta 2010 El presente proyecto ha sido financiado con el apoyo de la Comisión Europea. Esta publicación (comunicación) es responsabilidad exclusiva de su autor. La Comisión no es responsable del uso que pueda hacerse da la información aquí difundida.

www.minos-mechatronic.eu



Sistemas y funciones de la mecatrónica

1

Sensores inductivos

1.1

Construcción básica



Tarea 1

Minos

¿Qué constituye la parte activa de un sensor inductivo? La parte activa de un sensor inductivo es una espiral bobinada en el núcleo de la copa ferrita y genera un campo magnético variable. El propósito del núcleo de la taza con un circuito magnético abierto es ampliar el campo magnético de la bobina e indicar hacia la zona de medición del sensor. ¿Cómo evalúa un sensor inductivo la distancia del objeto detectado hasta la espiral? El circuito eléctrico del sensor determina la distancia desde un objeto hasta el sensor basado sobre la amplitud del índice de humedad y genera una señal de salida. Es casi una señal de dos estados: el objeto dentro del tramo del sensor o fuera del tramo del sensor. La señal puede ser analógica. En ese caso, la proporción es inversa a la de la distancia del objeto al sensor. ¿Qué es histéresis? La histéresis es una diferencia en la distancia a la cual un sensor responde cuando un objeto metálico se aproxima y recrea su rostro. El estado del sensor cambia, entonces, del APAGADO al ENCENDIDO o viceversa. El valor de la histéresis depende sobre el tipo y el tamaño del sensor y es normalmente más pequeño que el 20% de la medición del ámbito. ¿Por qué es recomendado que el sensor inductivo tenga una cierta cantidad de histéresis? A parte de la sección de detección, el sistema electrónico del sensor está compuesto de un comparador con histéresis y un sistema de salida. Como resultado de histéresis, los eventos de interferencia que podían aparecer en la salida del sensor son eludidos. Es más probable que la interferencia aparezca en el momento de encendido, en los casos de posición inestable o vibración del objeto detectado, fluctuaciones del suministro de voltaje y/o temperatura ambiente. ¿Qué son las frecuencias de operación de un sensor inductivo? Los generadores LC que generan un campo magnético variable en sensores inductivos son generadores AF (alta frecuencia) con el típico ámbito de 100 KHz a 1 MHz. Con el incremento del diámetro de la bobina, la frecuencia máxima del sensor disminuye. ¿Cómo de grande es el rango de operación de los sensores inductivos y cuáles son sus carcasas? El rango del típico sensor inductivo no excede de 60mm. Estos sensores son proporcionados con diferentes tipos de cajas, cilíndricas (metálicas)



3

Minos

Sistemas y funciones de la mecatrónica

y prismáticas (plástico). Esto hace posible la instalación óptima de un sensor en su lugar de operación. ¿Cómo se define el ritmo del ámbito de operación del sensor? La zona de operación Sn de un sensor es definida como la distancia desde su caja hasta un objeto en el que el circuito de salida es sujeto a encender. Este valor está dado en el catálogo de datos. ¿Para qué objeto es dado el ámbito de operación de un sensor en el catálogo? El rango de operación de un sensor es determinado de acuerdo al estándar EN 60947-5-2 de la lámina de acero (St37) de un mm de grosor y con lados iguales al diámetro del sensor. ¿Cuál es el actual rango de operación del sensor? La actual zona de operación Sr es determinada en el curso de la fabricación de un sensor y puede ser diferenciarse de Sn. Normalmente se queda en el rango 0,9Sn ≤ Sr ≤1,1 Sn. ¿Cuál el rango de trabajo de un sensor? El rango de trabajo define una segura distancia desde un objeto metálico hasta el sensor asegurando una irrespectiva operación impecable del ámbito de operación actual asegurado por el fabricante. El ámbito recomendado para trabajar es Sa ≤ 0,8 Sn. ¿Qué factores influencian el rango operacional de un sensor inductivo? El rango operacional de un sensor inductivo depende del diámetro de caja, más específicamente, sobre las propiedades del diámetro de la bobina y del núcleo ferromagnético. Los sensores con cajas pequeñas tienen un rango operacional más pequeño que aquellos con cajas grandes. También hay ejecuciones especiales de sensores con un elevado rango operacional. ¿Cuál es la conducta de los factores correccionales si se miden con un sensor inductivo? Materiales como el oro, el cobre o el aluminio, los cuales ofrecen una mayor conductividad de electricidad que el acero St37 aíslan la oscilación de un circuito de resonancia a menos grados. Disminuyendo la distancia entre el objeto y el sensor estas diferencias serán compensadas. Esto causará una cierta reducción de la zona, en la cual es posible detectar el objeto. Por consiguiente, si el metal detectado es latón, el ámbito operacional Sn determinado para un objeto hecho de acero St37 deberá ser modificado multiplicándolo usando un coeficiente correccional para latón igual a 0,5 x Sn.

4



Sistemas y funciones de la mecatrónica

Minos

¿Qué influencia tiene el diseño de un sensor su sensibilidad? Hay dos formas básicas de sensores con carcasas cilíndricas: - Protegidos: la bobina está insertada en una carátula y - No protegidos: la bobina sobresale de la carátula y está situada en una tapa de plástico. El sensor no protegido muestra mayor sensibilidad para otros objetos metálicos en su alrededor que los protegidos. ¿Qué requerimientos deben ser encontrados al instalar sensores protegidos cerca los unos de los otros? Un sensor de cilindro protegido no es sensible a los objetos metálicos de parada alrededor. Por consiguiente, estos sensores deben ser instalados completamente con elementos metálicos. La zona libre de la carcasa del sensor está colocada a una distancia de 3Sn. Para evitar una interferencia mutua de dos sensores situados cerca el uno del otro, la distancia mínima entre ellos deberá ser mayor que dos diámetros de un sensor. ¿Qué requerimientos se necesitan cuando se instalan sensores no protegidos cerca los unos de los otros? Un sensor de cilindro no protegido es sensible a elementos metálicos rodeándolo por tres lados. El sensor, debe, por lo tanto, sobresalir de tal manera que la zona libre incluya también la superficie. Para evitar interferencias en este caso, la distancia entre los sensores debe ser mayor a 3xD. ¿Cuál es el significado de la frecuencia máxima de cambio de la salida del sensor? La frecuencia máxima de cambio dada en las especificaciones técnicas de cada sensor provee información en la frecuencia máxima de cambio del sensor cada segundo. Está determinado cuando un objeto hecho de acero St37 entre de forma cíclica y sale de la zona de operación del sensor. Cuando se determina esta frecuencia, son válidos los requerimientos dados en el estándar EN 50 010/IEC 60947-5-2. ¿Qué máximos de la frecuencia de cambio deben ser esperados usando diferentes objetos a la placa estándar? El resultado de la medición dependerá siempre sobre el tamaño del objeto que humedece la bobina, la distancia desde la carátula y la velocidad del objeto. Usando un objeto más pequeño que la placa estándar para un sensor ya dado o usando un espacio más pequeño entre las protrusiones, una reducción en la frecuencia máxima de cambio de la salida puede ser esperada.



5

Sistemas y funciones de la mecatrónica

Minos

1.2

Tipos especiales de sensores inductivos Tarea 2

¿Cuál es la regla de operación de un sensor de anillo inductivo? La regla de operación subyacente de un sensor de anillo inductivo está basada en un oscilador de alta frecuencia que genera un área magnética dentro del agujero del sensor. El núcleo de polvo toroidal con un valor de factor de calidad mayor que aquel de núcleos de ferrita es usado en estos sensores. La presencia de un objeto metálico activa el sensor causando una reducción en la amplitud de oscilaciones. Esto es reconocido por un comparador y después de que un valor umbral haya sido excedido, el estado de salida es conmutado. ¿Hay limitaciones con respecto al tamaño de los objetos detectados por un sensor de anillo inductivo? Para provocar un sensor, se necesita un determinado nivel de humedad en el área magnética. Si los elementos son demasiado pequeños, el nivel de humedad quizás sea insuficiente. Por consiguiente, para cada tamaño de sensor hay una longitud mínima o diámetro de los objetos detectados que garantizan la operación adecuada del sensor. ¿Hay limitaciones con respecto a la forma de trayectoria en el que el objeto detectado viaje dentro del sensor de anillo inductivo? Una ventaja del sensor de anillo es que los objetos detectados no necesitan moverse en la misma trayectoria. La superficie del sensor con forma de anillo hace posible detectar objetos independientemente de su orientación espacial, por ejemplo esos sujetos de la fuerza de gravedad en un tubo de plástico. ¿Cuáles pueden ser los impactos negativos de una fuerte área magnética en un sensor inductivo? La instalación de un sensor inductivo en una zona de fuertes áreas magnéticas (por ejemplo en las inmediaciones de material de soldadura) es asociada con un peligro de un incontrolable cambio del estado de salida. Esto puede pasar debido a una saturación en el núcleo o debido a la inducción de un voltaje adicional en la bobina. Este voltaje adicional interfiere con la operación de la oscilación y puede causar cambios accidentales de la salida del sensor. ¿Cómo es posible proteger el sensor inductivo contra impactos negativos de fuertes campos magnéticos? Los sensores resistentes a fuertes campos magnéticos deberían ser proporcionados con diseños especiales de circuitos electrónicos y un núcleo con pequeña permeabilidad magnética que se satura en el fluido magnético varias veces más densamente, es el caso del típico núcleo ferrito. La mayor resistencia a la acción de campos magnéticos exteriores tiene sensores en general sin núcleo. En estas soluciones de diseño, las bobinas están giradas alrededor de canillas no magnéticas hechas de plástico.

6



Sistemas y funciones de la mecatrónica

Minos

Especificar tipos de sensores ejemplares diseñados para operar en condiciones difíciles. Estos serían sensores resistentes a alta presión, temperatura, entorno químicamente agresivo, aceite, humedad y sensores en miniatura para operar en sitios de difícil acceso. ¿Qué rasgo debe tener un sensor inductivo para operar bajo condiciones de alta presión? Los sensores que operan bajo condiciones de alta presión deben estar provistos de una robusta y ajustada carcasa para prevenir cualquier tipo de daño en los componentes electrónicos internos. El núcleo y la bobina de un sensor deben ser protegidos con un disco duro por ejemplo un disco de cerámica resistente. También se necesitan algunas modificaciones en el sistema de oscilación no fuera que el rango de operación del sensor sea demasiado pequeño o el disco demasiado gordo. ¿Cuál es el principio de operación de los sensores inductivos NAMUR? Los sensores inductivos NAMUR son dos sensores de plomo, cuyas resistencias internas cambian como resultado de la detección de un objeto metálico. La pequeña resistencia del sensor corresponde a la situación de “objetos no metálicos” y alta resistencia a “objetos metálicos detectados”. ¿Cuál es el rasgo principal de un sensor inductivo NAMUR? El rasgo principal de los sensores inductivos NAMUR es un rango de valores estrictamente definido en la corriente de salida permitida. De acuerdo con el estándar EN 60947-5-6, este rango es de 1.2 mA hasta 2.1 mA. Todos los sensores inductivos NAMUR alimentados por un amplificador DC tienen las mismas características de corriente y ofrecen un cambio de histéresis estrictamente definido igual a 0.2 mA. ¿Para qué condiciones son los sensores inductivos NAMUR los más convenientes? Los sensores inductivos NAMUR conjuntamente con un amplificador de cambio a prueba de chispa puede operar en instalaciones a prueba de explosiones o en zonas con riesgo de explosión (zona I o II) Estos sensores pueden operar también con amplificadores de relés (sin cumplir con las regulaciones seguras) pero en ese caso el amplificador debe estar fuera de la zona con peligro de explosión. ¿Cuáles son las diferencias entre salidas analógicas y sensores de dos estados? Los sensores de dos estados identifican sólo el estado de detección o la no-detección de un objeto. A un cambio de posición del objeto desde una distancia de Sn a cero le corresponde un cambio en la señal de salida de 0 a 20 mA.



7

Sistemas y funciones de la mecatrónica

Minos

¿Cómo se diseñan los sensores inductivos analógicos? Los sensores inductivos analógicos consisten en una cabeza con bobina, un generador, un sistema de linealización y un sistema de salida en un rango de 0 a 20 mA.

1.3

Suministro y conexiones de sensores Tarea 3

¿Cuáles son las fluctuaciones permisibles del suministro de voltaje DC para un sensor inductivo? Los sensores de suministro DC cooperan mayormente con adaptadores, cuyo voltaje de salida está fluctuando. Grandes fluctuaciones de la amplitud de los valores momentáneos del voltaje pueden causar imprevisibles comportamientos del sensor inductivo. Para asegurar operaciones impecables, las fluctuaciones de voltaje suministrado deben ser mantenidas dentro de un rango de 10% del valor de media en el voltaje administrado. ¿Cuáles son las posibles configuraciones de fabricación de un sensor de suministro DC? Las salidas de sensores suministrados con corriente DC son hechos en diseño NPN o PNP. Esto significa que para una configuración NPN la carga Rl está conectada entre la salida del sensor y el plus del suministro de voltaje, y para una configuración PNP, entre la salida y el menos del suministro de voltaje. ¿Cuál es la diferencia entre la ejecución NO y NC de sensores? Los sensores de suministro DC en configuraciones PNNP y NPN fabricados con función de salida NO (del inglés normally open) cambia en la corriente de carga adjunta a la salida del sensor. Los sensores NC (del inglés normally closed) apagan la corriente. ¿Qué factor determina el número de serie máximo de un sensor conectado? El número de serie máximo de sensores conectados depende del voltaje suministrado, la caída del voltaje en la salida y los parámetros de la carga adjunta. El suministro de voltaje del sistema, reducido por una cantidad total de la caída de voltaje en la salida del sensor tiene que ser siempre mayor que el voltaje de operación mínimo con la carga conectada. ¿Está permitido que los sensores de suministración AC estén directamente alimentados por los principales? Los sensores de suministración AC no tienen por qué estar directamente conectados a un adaptador de suministro de electricidad. Esta conexión puede resultar en daños en el circuito interno del sensor. El suministro de estos sensores es sólo posible después de que la carga haya sido adjuntada al sensor.

8



Sistemas y funciones de la mecatrónica

Minos

¿Cuál es el propósito de la agrupación de sensores? Las series de conexión paralelas de pocos sensores abren la posibilidad de realizar diferentes estrategias de operación del equipamiento que puede que esté conectado en el circuito de carga externo. Mediante una hábil conexión de los sensores, funciones lógicas tales como CONJUNCIÓN, DISYUNCIÓN y/o NEGACIÓN CONJUNTA pueden ser obtenidas.

1.4

Seguridad y protección Tarea 4

¿Contra qué efectos no deseados están protegidas las salidas de los sensores DC? En la mayoría de sensores de suministración DC las salidas están protegidas contra las siguientes desventajas o acciones: - Conexiones reversas en el suministro de voltaje - Sobrecarga en la salida como resultado al apagar - Impulsos cortos y no-cíclicos de la línea de suministro - Excesiva corriente en la salida o cortocircuitos ¿Son los cortocircuitos en la salida de los sensores de suministro DC peligrosos para la operación? Los cortocircuitos en un circuito eléctrico con sensores de corrientes constantes no causan daños al sensor incluso si son repetidas y prolongadas. Durante un cortocircuito, los diodos en el sensor no están disponibles. Después de la extracción del cortocircuito, el sensor funcionará adecuadamente. ¿Cuándo se requiere una base del escudo del sensor? Si los sensores de carcasas metálicas suministran un voltaje peligroso para la vida humana, entonces, necesitan una base adicional. ¿Qué precauciones deberían ser tomadas en contra de la presencia de la corriente de escape en los circuitos eléctricos de un sensor? Cuando un sensor de acceso estado en estado de apagado, la corriente de escape aparece en el circuito. Esto puede contribuir a una operación errónea del sensor, por ejemplo un permanente estado de apagado. Para prevenir estas situaciones, se usa una resistencia adicional conectada paralelamente a la carga. La resistencia toma la corriente de escape de tal manera que la corriente que fluye a través de la carga es menos que el mínimo valor requerido.



9

Sistemas y funciones de la mecatrónica

Minos

2

Sensores capacitivos

2.1

Principios de operación de un sensor capacitivo



Tarea 1

¿Por qué tipo de materiales pueden los objetos ser detectados por sensores capacitivos? Los sensores capacitivos, excepto los objetos metálicos, pueden detectar objetos no-conductores, por ejemplo, plásticos. Un sensor capacitivo es también capaz de reaccionar a objetos situados detrás de una capa no conductora, la cual hace que el sensor detecte líquidos o perdigones a través de las paredes del conteiner. Los sensores capacitivos se usan generalmente como detectores aproximados pero también pueden generar unas señales proporcionales a la distancia de un objeto desde la cara del sensor. ¿Cuáles son los principales elementos de un sensor capacitivo? Los componentes principales de un sensor capacitivo son: una cabeza con electrodos, un potenciómetro P, un oscilador, un circuito de detección y un circuito de salida. ¿Qué elementos constituyen el componente activo de un sensor capacitivo? Los componentes activos de un sensor capacitivo son dos electrodos metálicos que forman un condensador de capacidad abierto. Cuanto más cerca esté el objeto del sensor, la capacidad de éste cambia. La capacidad total del capacitador, la cual determina el nivel de la señal de salida, es la suma de la capacidad básica del sensor y el cambio en capacidad causado por la acción de detectar un objeto. ¿Cuál de los es más fácil de ser detectado por un sensor capacitivo y por qué: un conductor o no-conductor? Los objetos conductores son detectados más fácilmente que los noconductores. Los objetos no-conductores, como el papel o cristal, sólo incrementan la capacidad del sensor influenciando su constante dieléctrica. Pero el incremento, dependiente de la constante dieléctrica del objeto, es ligero, y la distancia operacional también. En el caso de objetos conductores se organizan dos capacitores en serie, uno entre el objeto y el electrodo del sensor y el otro entre el objeto y el electrodo externo. La distancia de operación del sensor es más larga en este caso. ¿Tiene la base del objeto detectado algún significado a la operación del sensor? La base del objeto que es detectado incrementa la distancia operacional del sensor. La distancia operacional más larga se obtiene cuando el objeto detectado es un conductor de base. Luego, la capacidad adicional entre el objeto y las formas de electrodos forma una conexión paralela con la capacidad del sensor.

10



2.2

Sistemas y funciones de la mecatrónica

Minos

Tipos de sensores capacitivos Tarea 2

¿Cuáles son las típicas variedades de sensores capacitivos? Los sensores capacitivos están generalmente disponibles en formas cilíndricas o de detectores de proximidad cuboidales con la parte activa al final. También hay versiones especiales elásticas las cuales pueden estar pegadas en la superficie horizontal o curvada. ¿Qué son los tipos de sensores capacitivos cilíndricos? Los sensores cilíndricos están disponibles en dos variedades. Uno está protegido de tal manera que la zona de operación se extiende sólo de la superficie del sensor. Este tipo de sensores están unidos alineadamente en metal o plásticos. Los sensores de otros tipos tienen otra zona de operación adicional a una pequeña distancia de la superficie cilíndrica del sensor. Están diseñados para ser usados en casos cuando el sensor está en contacto con el medio que está siendo detectado por ejemplo líquidos o bolitas. La zona operacional de este tipo de sensores es 50% más larga ya que el área eléctrica del sensor se cierra a sus lados. ¿Cómo se evalúa la distancia de operación real de un sensor? Para evaluar la actual distancia operacional de un sensor, la distancia operacional de catálogo nominal Sn debería ser multiplicado por el propio coeficiente de corrección por el tipo de material del objeto que está siendo detectado. La distancia nominal de operación Sn dada en el catálogo es válida para el objeto metálico estandarizado. ¿De qué depende la distancia detectada por materiales orgánicos? La distancia en la que un sensor capacitivo detecta materiales orgánicos como madera o granos en altos niveles, depende en el contenido de agua en los materiales. Esto está conectado con una gran constante dieléctrica de agua (E agua=80) ¿Qué tan distanciados deben estar los sensores capacitivos para ser instalados? Los sensores capacitivos deben ser instalados a una distancia mayor a 3. Sn. Si los sensores son instalados cara a cara, esta distancia debería ser el doble de grande.



11

Sistemas y funciones de la mecatrónica

Minos

2.3

Compensación de eventos de interferencia Tarea 3

¿Hay alguna diferencia en la distancia de cambio cuando se detecta un objeto hecho de cobre o acero? No, no hay diferencia en la distancia de cambio. En el caso de objetos hechos de materiales conductivos, el tipo de material no influye en el rango de operación. ¿Qué material es más fácil de detectar: el agua o el aceite? El agua se detecta más fácilmente. La constante dieléctrica para el agua es igual a 80 y es el mayor entre los materiales no-conductores. Para el transformador de aceite la constante es igual a 2.2. ¿Cuál es la influencia de contaminación en operaciones de sensores? La contaminación de un sensor, el cambio de humedad en el aire o la deposición de partículas de rocío en la superficie puede ocasionar en respuestas impropias. La contaminación incrementa la capacidad entre los electrodos del sensor y la pantalla. ¿Es posible limitar la influencia de la contaminación diseñando sensores capacitivos? Sí. Para mantener la distancia de detección constante en el caso de un área de interferencia uniforme, se emplea una compensación de electrodos. La contaminación incrementa la capacidad entre los electrodos del sensor y la pantalla. Al mismo tiempo la capacidad entre los electrodos del sensor y la compensación de electrodos generan una unificación de compensación. Pero en el caso de un contacto directo entre un objeto delgado (por ejemplo una hoja de papel) y un sensor hay un riesgo de que la señal de interferencia neutralice el lector del principal electrodo y no se produzca ningún cambio. ¿Cómo se elimina la influencia de áreas magnéticas externas? El circuito de detección incorpora filtros de interferencia los cuales eliminan la influencia del área eléctrica externa si éste último no es muy largo. Los filtros, por el contrario, pueden reducir significativamente la máxima frecuencia de cambio y por lo tanto deteriorar las características dinámicas del sensor.

12



Sistemas y funciones de la mecatrónica

3

Sensores ultrasónicos

3.1

Principios de operación de un sensor ultrasónico



Tarea 1

Minos

¿Cuál es la regla de operación de un sensor ultrasónico? Los típicos sensores ultrasónicos operan en uno de estos dos modos: El modo de difusión (sensores difusos) y el de traspaso (a través de un sensor de haz). La reflexión es el método más popular para los sensores ultrasónicos. Una honda de sonido reflejada por un objeto vuelve al sensor como un eco. Dependiendo del tipo de salida la base de la distancia determinada sobre la medición de tiempo se transforma en voltaje, en una señal de corriente analógica o un estado relevante de salida de dos posiciones (ON/ OFF). Cuando el objeto haya dejado la zona de medición del sensor, su sistema de salida vuelve a su estado previo. ¿Qué fases deben ser asoladas en la operación de un sensor ultrasónico? Las mediciones ultrasónicas ofrecen dos fases: - Emisión de un rayo ultrasónico desde un transductor hacia un objeto - Emisión de un rayo ultrasónico por el objeto detectado en dirección del transductor mientras que en este caso el rayo es un eco de la señal emitida por el transductor. ¿Es posible que el mismo transductor opere como el emisor y el receptor? En sensores de difusión estas dos funciones pueden ser ejecutadas por el mismo transductor piezoeléctrico. También hay modelos de sensores de difusión en los que cada una de las funciones es ejecutada por un transductor separado. En los a través del sensor el emisor y el receptor están ubicados en diferentes carcasas. En cada una de ellas hay un sensor. ¿Cuáles son los principales componentes de un sensor ultrasónico? Los principales componentes de un sensor ultrasónico son generadores de alto voltaje, un conversos piezoeléctrico ubicado en la cabeza del sensor, un sistema de procesamiento de señal y un sistema de salida. ¿Son los sensores ultrasónicos resistentes a las interferencias sonoras externas? Los sensores ultrasónicos generan ondas acústicas con frecuencias claramente fuera del rango auditivo eso es por encima de 20 kHz. La alta frecuencia de operación de los sensores ultrasónicos los hace prácticamente inmunes a la interferencia de sonidos a su alrededor.



13

Sistemas y funciones de la mecatrónica

Minos

3.2

Mediciones con sensores ultrasónicos Tarea 2

¿Cuál es el área de aplicación principal de los sensores ultrasónicos? Los sensores ultrasónicos se emplean para la detección de objetos, para la detección de niveles de fluidos transparentes o no-transparentes y para la medición de distancias. Se utilizan en áreas de alto contenido en polvo y donde, debido a altos grados de suciedad, la aplicación de sensores ópticos no es posible. ¿Cómo influencian las propiedades de los objetos detectados la sensibilidad de los sensores ultrasónicos? Cuanto más alta sea la sensibilidad de un sensor, más alta es la densidad del objeto detectado. Una gran parte de la onda acústica se refleja. Como virtud de este hecho, los sensores ultrasónicos son especialmente útiles para la detección de objetos de gran valor en coeficiente de reflejo acústico. Un alto valor del coeficiente de reflejo ofrece materiales sólidos o líquidos de tipo granulado. ¿Cuál es el círculo de trabajo de un sensor ultrasónico con un sensor piezoeléctrico? Un transductor emite periódicamente impulsos de sonido. El hueco del tiempo entre el momento de impulso y el registro del eco registrado es proporcional a la distancia actual entre el objeto y el sensor. La duración del impulso tiene que ser más corta que el tiempo que necesita el eco para volver. El tiempo de espera para el regreso del eco comienza tan pronto como el impulso haya sido enviado y sigue hasta que la siguiente señal haya sido enviada. El tiempo de regreso del eco será medido. Basándonos en este tiempo es posible calcular la distancia al objeto. En sensores de detección la presencia de un eco significa la detección de un objeto en el rango operacional del sensor y causa el cambio del estado de salida del sensor. ¿Cuál es un método posible para eliminar el origen de la influencia? El máximo rango de operación de un sensor puede ser limitado por un potenciómetro apropiado. Por esta virtud, los objetos que se encuentran fuera de su límite no son detectados. La eliminación del origen es hecho de este modo. ¿Cuál es la razón de la presencia de la zona muerta? La zona muerta es el resultado de la función dual de un transductor, concretamente de un generador o receptor de sonido. Un transductor está listo para la recepción del eco apenas el impulso de sonido haya sido emitido. El tamaño de una zona muerta depende del rango y el tamaño del sensor. Los sensores cortos con un rango limitado tienen zonas muerta más cortas que los sensores con grandes rangos. ¿Hay alguna posibilidad de fijar el límite de un rango débil en un sensor ultrasónico?

14



Sistemas y funciones de la mecatrónica

Minos

Una posibilidad de fijar el bajo límite del rango es posible sólo en algunos tipos de sensores. Una zona bloqueada se obtiene adicionalmente, lo que hace posible definir con más precisión la zona activa, es decir, la zona donde los objetos son detectados. La definición de la zona bloqueada evita la detección de objetos que están dentro de sus límites. ¿Qué ángulos de conicidad de rayos ultrasónicos se ofrecen en los sensores? Dependiendo de la aplicación, los sensores con ángulos de conicidad de un rayo ultrasónico que varían de 3 a pocas docenas de grados son ofrecidos. Este ángulo puede ser seleccionado de tal manera que la sección de objetivo del área detectada se incluya en el cono y los objetos restantes sean ignorados. ¿Qué se considera un objeto estándar cuando se determina el rango de un sensor ultrasónico? Un objeto estándar es una chapa de metal de 1mm de grosor que refleja el rayo ultrasónico. La chapa debe ser posicionada verticalmente al eje de la onda sonora. Su tamaño depende del rango del sensor; por consiguiente, para los sensores de alcance cortos (hasta 300mm) puede ser una chapa cuadrada de 100mm y para los sensores que alcanzan por encima de 800mm, debería ser una chapa cuadrada de 100mm. Objetos con diferentes dimensiones, formas y propiedades puede que no garanticen valores de catálogo del rango de detección ¿Cuál es el principio de operación de un sensor de paso? En los sensores de paso, un transductor ultrasónico genera una onda sonora en dirección al receptor posicionado en una carcasa independiente. Un objeto que interfiere con la onda sonora lo interrumpe y conmuta la salida del sensor. ¿Cómo se generan las ondas sonoras de un sensor de paso? En los sensores ultrasónicos de paso, al contrario de la difusión o los sensores reflectivos, los transductores generan una onda sonora continua y la zona muerta está, aquí, absenta. ¿Cuál es la principal área de aplicación de un sensor ultrasónico? Los sensores ultrasónicos de paso encuentran la aplicación para la detección de no sólo el reflejo de objetos sino especialmente para la detección de objetos porosos disipando o absorbiendo el sonido; también para objetos con formas difíciles de detección para los sensores de difusión. ¿Qué sensores ofrecen una frecuencia de cambio más alta: los de paso o los difusivos? La máxima frecuencia de cambio del estado de salida en los sensores de paso es más alta que en los de difusión y puede ser tan alta como 200Hz.



15

Sistemas y funciones de la mecatrónica

Minos

3.3

Eventos de interferencia en la operación de sensores de ultrasonido Tarea 3

¿Qué factores físicos pueden interferir en la operación de sensores ultrasónicos? La operación de sensores ultrasónicos puede ser interferida por cambios de temperatura en el aire de alrededor de los objetos que están siendo detectados, intensas corrientes de aire (ráfagas de viento), y la absorción de sonido por algunos materiales que están alrededor del objetos detectados. ¿Qué influencia tiene la temperatura en la operación de sensores ultrasónicos? La temperatura incrementa en el rango operacional de un sensor debido a impactos termales de un objeto que emite grandes cantidades de calor. Esto puede resultar en la creación de una zona de temperatura variable, la cual cambia el tiempo de propagación de una onda y reduce la precisión del sensor. Un incremento de la temperatura puede causar que la distancia detectada sea más corta que la actual. ¿Qué factores de instalación pueden interferir con la operación de un sensor ultrasónico? Los sensores ultrasónicos son adecuados para la detección de objetos fuertes con una superficie plana perpendicular al eje de detección. Cualquier desviación de esta recomendación puede tener como resultado una operación falsa del sensor. Estos son: Posición angular de la superficie frontal de un objeto respecto al eje de referencia del sensor, la forma del sensor orientada de tal manera que la dirección de la onda reflejada diverge del eje de la onda emitida, la superficie ondulada de fluidos y la interferencia mutua de los sensores. ¿Pueden los sensores ultrasónicos interferirse mutualmente? Si los sensores están instalados demasiado cerca el uno del otro, entonces la onda de sonido emitida por un sensor puede volver al otro sensor y producir una conmutación no deseada en la salida. Para evitar esta situación, es necesario seguir el espacio mínimo recomendado entre los sensores. ¿Cómo es posible evitar una interferencia mutua de los sensores ultrasónicos si están instalados muy próximos entre ellos? La sincronización de dos o más sensores mediante una habilidosa conexión entre las salidas hace posible ubicarlos muy cerca entre ellos sin ninguna amenaza de interferencia. Los sensores sincronizados emiten señales al mismos tiempo y operan como un sensor con un mejor cono acústico que detecta el mismo objeto.

16



3.4

Sistemas y funciones de la mecatrónica

Minos

Tipos especiales de sensores ultrasónicos Tarea 4

¿Cuál es el principio de operación de un sensor de ultrasonido reflexivo? Los sensores de ultrasonido reflexivos operan con un reflector. El papel del reflector puede representar cualquier superficie plana o dura. La medición se basa en la diferencia entre el tiempo de retorno de una onda sonora reflejada por el objeto detectado y el tiempo de retorno de una onda sonora reflejada por el reflector. La onda sonora reflejada por el objeto debe volver al sensor antes que el reflejado por el reflector. La salida del sensor, está, de esta manera conmutada. ¿Qué sensores pueden detectar la interrupción completa de un rayo de ultrasonido? La completa interrupción de un rayo de ultrasonido puede ser detectada por los sensores de paso o los reflexivos. Los sensores reflexivos detectan también objetos de absorción u objetos de desvío de sonido en otras direcciones. Una interrupción del rayo, es decir, la detección de un objeto, causa también el cambio del estado de salida ha APAGADO. Los sensores reflexivos son especialmente apropiados para la detección de materiales absorbentes para un grado elevado como el algodón, la espuma y materiales textiles. ¿Cómo operan los sensores de ultrasonido con dos transductores en una carcasa? Los sensores de doble transductor en una carcasa pueden funcionar en el modo de difusión y el reflexivo con un reflector. Una de las funciones del transductor como remitente y la otra como receptor de la onda sonora. Esta disposición hace posible detectar objetos pequeños desde una corta distancia, porque le receptor no necesita esperar hasta que el impulso haya sido generado por el emisor. Las dos cáscaras del transductor, sin embargo, estarán sincronizadas. ¿Es necesario un diseño a medida del sensor ultrasónico para la medición de la distancia? La mayoría de los sensores ultrasónicos están equipados con salida de dos estados y salida analógica. Cuando las mediciones de distancia están en juego se usa el voltaje o la corriente de salida. La magnitud del voltaje o corriente de salida es proporcional a la distancia medida.



17

Sistemas y funciones de la mecatrónica

Minos

4

Sensores fotoeléctricos

4.1.

Tipos básicos de sensores



Tarea 1

¿Cuál es la regla de operación de un sensor de paso de haz? Estos sensores detectan objetos que aparecen entre el emisor y el receptor, interrumpiendo el rayo de luz y cambiando la señal de salida en el receptor. ¿Qué propiedades ofrecen los sensores de paso de haz? Los sensores de paso de haz ofrecen la distancia de operación más larga (más de 50m) si se compara con otro tipo de sensores. Son altamente insensibles a condiciones externas difíciles tales como polvo en el aire, suciedad en las lentes, humedad o niebla. ¿Qué objetos pueden ser detectados por los sensores de paso de haz? El material del objeto detectado no tiene importancia. La superficie puede que esté pintada, sea translúcida, transparente, tosca, lisa, de metal, de plástico etc. Para hace una detección posible, un objeto debe eclipsar al menos 50% del rayo de luz que se emite por el emisor. ¿Cuál es la regla de operación de un sensor retro-reflexivo? En los sensores retro-reflexivos el emisor y el receptor son construidos un una carcasa. En una solución donde la luz ha sido emitida, se tiene que reflejar desde una supervine adicional para dirigir el rayo de vuelta al receptor. Los reflectores o las especiales bandas reflectoras son usados para este propósito. Explique el diseño de los reflectores y bandas reflectoras Un reflector es un set de sistemas espaciales, cada uno de ellos construido con tres espejos orientados a los ángulos de la derecha de cada uno. De acuerdo a las leyes de reflexión de luz, un rayo de luz entrando en este sistema está totalmente reflejado por las tres superficies y existe un paralelo al rayo de incidente. Este tipo de reflectores garantizan que la luz emitida por el sensor volverá al receptor si no es interrumpido por algún obstáculo. ¿Qué influencia tiene el efectivo flujo de la luz en un sensor reflexivo? El efectivo flujo de luz depende del diámetro de las lentes en el emisor y el receptor así como en el tamaño del área frontal del reflector. ¿Cuál es la regla de operación de un sensor difusivo? Los sensores difusivos se usan para la directa detección de objetos. Su mayor ventaja además del hecho de que el emisor y el receptor son ubicados en una carcasa, es que no se necesita un reflector. El emisor emite luz, la cual es reflejada desde un objeto y vuelve al receptor, generando una señal de detección.

18



Sistemas y funciones de la mecatrónica

Minos

¿Cuáles son las propiedades de un sensor difusivo? Los sensores difusivos tienen una corta distancia de operación (desde 100mm y raramente hasta 200mm). Los objeto externos (o los de fondo) no están siendo detectados, es decir, su interferencia está inevitablemente mojada. El color y el tipo de la superficie afecta en algún grado a la distancia de operación. Dependiendo de las propiedades del objeto, el coeficiente de reflexión de la luz desde el sensor puede variar mucho. Las superficies brillantes situadas incluso lejos del sensor pueden reflejar casi toda la luz, a través de la cual la detección del objetivo puede ser muy difícil. Adicionalmente, la cara del sensor debe estar paralelamente de forma exacta a la superficie del objetivo reflejado. Los objetos mates u oscuros pueden absorber casi toda la luz y la restante cantidad de luz puede resultar insuficiente para la detección del objeto. ¿Cómo se determina la distancia máxima de detección de un sensor difusivo? Para determinar la distancia de percepción de un sensor difusivo, una superficie objetiva calibrada de difusión, es decir, se usa una hoja de papel o papel Kodak (que refleja el 90% del rayo de luz). Para más superficies de absorción de luz el armazón de distancia debe ser reducido como consecuencia.

4.2

Procesamiento de señal Tarea 2

¿Cuáles pueden ser las fuentes de interferencia en la ininterrumpida operación de sensores fotoeléctricos? Los sensores fotoeléctricos son sensibles a las fuentes de interferencia ópticas externas (naturales y artificiales). Los rayos de luz provenientes de ese tipo de fuentes pueden afectar la intensidad de la corriente generada por el emisor significativamente y por lo tanto, resultar en señales de salida erróneas. Para reducir el número de respuestas erróneas, los sensores se han construido en circuitos, eliminando, hasta cierto grado, este tipo de interferencias y ruidos. La contaminación del medio ambiente, por ejemplo, aceite, suciedad o polvo depositados en la superficie de los objetos detectados o en el emisor y las lentes del receptor pueden agravar el problema. ¿Qué tipo de sensor es más susceptible a interferencias ópticas? Los sensores difusos pertenecen a los sensores más susceptibles a las interferencias ópticas, originando desde la intensidad constante natural de la luz o luz artificial hasta el espectro de la luz natural así como luz de intensidad variable (luz intermitente). ¿Qué ventajas resultan de la operación de sensores con luz modulada? La operación de sensores fotoeléctricos con luz modulada significa que la luz del emisor se cambia no sólo para un corto plazo. Este tipo de sensores son menos sensibles a la luz ambiental, su distancia de operación incrementa y la cantidad de calor generado decrece, lo cual extiende el



19

Minos

Sistemas y funciones de la mecatrónica

tiempo de vida del LED. Explique la polarización de la luz La polarización consiste en la orden total o parcial de las vibraciones de las ondas de luz. Si la luz no está polarizada, las vibraciones de las áreas eléctricas y magnéticas ocurren en diferentes direcciones, mientras que si está polarizada, ocurre sólo en una dirección. ¿Con qué propósito se usa la luz polarizada en sensores foto-ópticos? La luz polarizada hace posible diferenciar entre la luz reflejada por el elemento que se detecta y la que se recibe en señales de luz. ¿Cómo se lleva a cabo la polarización de la luz? Se usan filtros horizontales y verticales para la polarización de la luz. La luz natural no-polarizada, después de haber pasado a través de ese tipo de filtros, se transforma en luz polarizada, en el plano horizontal así como vertical. Este tipo de luz polarizada puede ser fácilmente parada o dejarla ir destinándola en su paso un filtro e polarización. ¿Cómo se refleja la luz polarizada desde la superficie de objetos? El reflejo de la luz polarizada desde superficies difusivas destruye la polarización. El reflejo de la luz polarizada desde superficies lustrosas no destruye la polarización, sólo puede cambiar su dirección. Específicamente, un sistema de tres espejos (un reflector) no destruye la polarización, sino que la cambia de horizontal a vertical. ¿Cómo se entiende la noción del “margen de actuación” de un sensor fotoeléctrico? El margen de operación de un sensor determina cuántas veces más grane es la cantidad de luz que cae en el elemento fotoeléctrico que la cantidad necesaria para la conmutación del estado de salida. Los sensores están equipados con una señalización si la cantidad de luz en el momento dado es suficiente para asegurar una operación ininterrumpida. Una reducción en la cantidad de luz puede ser el resultado de un sensor dañado o sucio o una dispersión de luz esperada por el objeto detectado o un resultado del envejecimiento del emisor. ¿Cuál debería ser un exceso de luz para asegurar una operación del sensor fotoeléctrico ininterrumpida? Para asegurar una reserva con certeza, el margen debería ser mayor a 1, es decir, la actual cantidad de incidentes de luz debería exceder el mínimo nivel necesitado para cambiar el dispositivo de salida. Cuánto más alto el exceso, más fiable es la operación del sensor. Para un aire limpio y una baja probabilidad de que la lente o el reflector se ensucien, el margen mínimo de operación no debería ser menor a 1.5. En un medio ambiente muy sucio y cuando la limpieza de la lente es limitada, el margen mínimo de operación debería ser mayor a 50. 20



Sistemas y funciones de la mecatrónica

Minos

Defina el tiempo de respuesta de un sensor fotoeléctrico. El tiempo de respuesta es el tiempo contado desde el momento en el que aparece un rayo de luz entre el emisor y el receptor hasta que haya un cambio en el estado de salida. El tiempo de respuesta puede determinar cuánto tiempo debe permanecer el objeto móvil en el área de visión del sensor para poder ser detectado por él, es decir, a qué velocidad máxima se puede mover el objeto o cuánto espacio debe haber entre los objetos sucesivos.

4.3

Tipos especiales de sensores fotoeléctricos Tarea 3

¿Cuáles son las diferencias entre un sensor reflexivo con polarización y un sensor reflexivo típico? En los sensores retrorefletivos que utilizan polarización, la luz del emisor está enfocada por una lente dirigida a través de un filtro de polarización horizontal sobre un reflector con triple espejo. Una importante característica del triple espejo usado en los reflectores es que cambian la polarización de los rayos de luz en 90°. Algunos rayos de luz reflejados desde el reflecotor alcanzan el receptor por otro filtro de polarización vertical. Los filtros están igualados y posicionados de tal manera que sólo la luz reflejada por el reflector, y no la luz reflejada por otros objetos llega al receptor. Un sensor típico no tiene filtros. Es por eso, susceptible a las interferencias de otros rayos de luz. ¿Cuáles son las posibilidades de supresión del fondo y del primer plano? El simple método de supresión del primer plano y el fondo es la limitación del área activa a través de la intersección de los ejes ópticos del emisor y el receptor. Se efectúa con un cambio mecánico en el ángulo de marco del receptor. Todavía más efectivo es el método electrónico de la supresión de fondo, donde el sensor “ve” el fondo pero puede ignorarlo. Un ejemplo puede ser un sensor difusivo con dos receptores de luz o un sensor de triangulación equipado con una cámara CCD o un transductor PSD. ¿En qué modo operan los sensores con eliminación electrónica de interferencia? Los sensores con supresión de fondo pueden operar en uno de estos modos: -Protección contra la detección de un objeto situado fuera del área de detección (supresión del fondo) -Protección contra la detección de un objeto situado antes del área de detección (supresión del primer plano) - Detección sólo de objetos situados dentro del área definida (la ventana de función) ¿Qué receptores de luz se usan en los sensores de triangulación? En los sensores de triangulación, los foto detectores lineales PSD o las cámaras lineales CCD pueden ser usados como receptores de luz. En



21

Minos

Sistemas y funciones de la mecatrónica

virtud de dichos receptores, estos sensores, a parte de la función de detección, pueden medir la distancia desde el objeto al sensor. Explique el proceso de auto colimación La auto colimación consiste en la conversión automática de un rayo de luz divergente y un rayo paralelo, a través del cual incluso en un diámetro de rayo pequeño hay suficiente luz dirigida a través del receptor. ¿Qué características adicionales tienen los sensores reflexivos con auto colimación? La auto colimación hace posible detectar objetos transparentes (objetivos) y los que están situados muy cerca del sensor (en la zona muerta de los sensores estándar). Explique el diseño de los cables de fibra óptica. Un cable de fibra óptica consiste en un núcleo hecho de una vara de cristal o plástico rodeado de un revestimiento hecho de otro cristal o plástico con un índice refractivo menor y una sobrecubierta protectora. Explique el efecto de la reflexión completa en un cable de fibra óptica La reflexión interna total ocurre cuando al luz cae en el límite entre dos puntos medios caracterizados por diferentes índices refractivos. La reflexión total interna significa que el 100% de la energía de los rayos de luz reflejada desde el límite vuelve al cable de fibra óptica. Un rayo de luz es reflejado desde la capa del límite sólo cuando pasa desde el punto medio con un índice refractivo alto. ¿Cuáles son las diferencias entre un cable de fibra óptica de vidrio o uno de plástico? Los cables de fibra óptica de vidrio son más duraderos que los de plásticoen la versión estándar la temperatura resiste hasta 250°C (los de plástico sólo hasta 70°C). Pero los cables de fibra óptica de plástico son más fuertes, más baratos y pueden ser acortados más fácilmente cortando las puntas. Los cables de fibra óptica de vidrio transmiten eficazmente la luz invisible y la infrarroja mientras que la eficacia de la transmisión de la luz infrarroja con el cable de fibra óptica de plástico es baja. Por eso los cables de fibra óptica de vidrio pueden ser usados para luz visible e infrarroja mientras que las fibras ópticas de plástico son sólo apropiadas para la luz visible. ¿Cuál es el principio de operación de una fibra de vidrio? El principio de operación de un sensor fotoeléctrico con fibras ópticas es el mismo que los demás sensores, excepto por el hecho de que la luz emitida y recibida es transportada por una fibra óptica. El final de la fibra de metal es muy pequeño (pocos milímetros) y se puede situar en sitios inaccesibles lejos de los circuitos optoelectrónicos del sensor.

22



4.4.

Sistemas y funciones de la mecatrónica

Minos

Tecnología de conexión Tarea 4

¿Qué modos de operación son característicos para los sensores fotoeléctricos? Los sensores fotoeléctricos pueden operar en un procedimiento oscuro (DO) o en el procedimiento claro (LO). En el procedimiento oscuro la salida del sensor se enciendo cuando la emisión de luz no llega al receptor. Esto corresponde al estado de salida normal abierto (NO) del sensor inductivo y capacitivo. En el procedimiento claro la salida se activa cuando la forma de la luz del emisor llega al receptor. ¿Qué factores influencian la forma y el tamaño de la zona de cambio de la salida del sensor? Para cambiar la salida el objeto que está siendo detectado o el emisor debe estar dentro de la zona de cambio. Cada sensor fotoeléctrico tiene su característica de estado de salida de zona de cambio cuyo tamaño y forma dependen del diámetro del rayo de luz enviado por el emisor y la distancia del objeto detectado desde el sensor. En el caso de los sensores de paso de haz, la distancia entre el emisor y el receptor es crítica.



23

Sistemas y funciones de la mecatrónica

Minos

5

Sensores magnéticos

5.1

Fenómeno magnético empleado en sensores



Tarea 1

¿Cuáles son los materiales magnéticos duros y blandos? Los ferro magnéticos duros caracterizan un amplio ciclo de histéresis. Esto incluye: Aleaciones Fe-Co y Ni-Co y una ferrita dura xxx. Esto significa que un ferro magnético es difícil para la magnetización y des magnetización. Es usado para imanes permanentes. Los ferro magnéticos blandos caracterizan una limitada histéresis y puede ser magnetizado y desmagnetizado rápidamente. Por lo tanto, se pueden usar para núcleos magnéticos. Los materiales magnéticos blandos incluyen hierro, aleaciones Fe-Si y Fe-Al, ferritas blandas y aleaciones amorfas. ¿Cuál es el principio subyacente del efecto Hall? El efecto Hall consiste en la creación de un área magnética adicional en una placa de soporte de corriente directa (DC) hecha de un conductor o semiconductor y expuesta a un área magnética externa. La influencia de este área magnética externa en estas cargas resulta en su acumulación en un margen de la placa. Una diferencia de potencial en los dos márgenes de la placa es la llamada Voltaje de Hall Vh. ¿Por qué cambia el área magnética la magneto resistencia de los semiconductores? El área magnética incrementa la magneto resistencia de los semiconductores porque provoca deviación en la dirección de la corriente fluida. Esto es debido al incremento de la trayectoria de las cargas eléctricas. El valor del ángulo de deviación se incrementa con un incremento en la intensidad del campo magnético alargando la trayectoria de un margen al otro. ¿Cuál es la función de los electrodos cubiertos con cinta magneto resistente? Los electrodos de oro y aluminio de la corriente fluida modifican su dirección y, como resultado, la trayectoria de la carga eléctrica se vuelve más larga causando, así, un incremento adicional en la resistencia del micro conductor. ¿Cuáles son las principales características de los “conductores de impulso”? Un “conductor de impulso” tiene dos áreas magnéticas diferentes: el núcleo y la carcasa. El núcleo tiene las propiedades de un material magnético blando (histéresis estrecha) y la carcasa tiene las propiedades de un material magnético duro (histéresis ancha). Explique la idea del Efecto Wiegand El Efecto Wiegand consiste en la generación de un impulso eléctrico

24



Sistemas y funciones de la mecatrónica

Minos

enroscado de uno en uno en un impulso conductor como resultado de los cambios en la dirección del área magnética exterior.

5.2

Tipos fundamentales de sensores magnéticos Tarea 2

¿Qué elementos responden a los cambios en el área magnética? Los elementos que responden al área magnética pueden ser copulantes herméticos eléctricos (sensor de caña), un elemento semiconductor (Efecto Hall), un magneto resistor o una bobina con un “conductor de impulso”. ¿Qué ventajas tienen los sensores magnéticos? Los sensores magnéticos ofrecen un diseño hermético, variedad de formas de carcasa y altos rangos de operación que van junto a pequeñas dimensiones. Las modificaciones básicas de estos sensores no requieren suministro eléctrico y pueden ser directamente acoplados a salidas de conductores y pueden controlar la operación de la maquinaria independientemente. Una ventaja adicional de estos sensores es la amplia gama de voltaje de cambio y niveles de corriente, incluso por encima de 100V y menos A. ¿Pueden los sensores magnéticos detectar objetos que están detrás de una pared de plástico? Sí, pueden cuando el área magnética penetra en los materiales no magnéticos; de ahí la detección de objetos pueden ser llevados a cabo incluso si hay obstáculos diamagnéticos, por ejemplo un tubo o un conteiner de plástico entre un objeto y el sensor. ¿Cuáles son los principales componentes de los sensores magnéticos? Los principales componentes de los sensores magnéticos son: un elemento que responde a los cambios en el área magnética, un sistema de detección de la señal de salida de control y un sistema de salida. Los sensores pueden estar provistos con un diodo que señala el estado de salida. ¿Cuál es el principio de operación de un sensor magnético con un sensor de caña? Un sensor magnético con un contacto de caña de sensor responde al imán que se acerca. En el área magnética generada por este imán, los contactos de un contacto de caña de sensor se magnetizan. Si la fuerza de atracción del contacto vence a la fuerza de elasticidad, entonces el sensor cambiará su estado de abierto a cerrado. En virtud de esto, el circuito eléctrico completo también será cerrado junto a la carga conectada.



25

Minos

Sistemas y funciones de la mecatrónica

¿Cuál es el estado de salida de un sensor de caña cuando no está sujeto a un área magnética? Depende del tipo de sensor de caña usado en el sensor. Los contactos del sensor de caña, cuando no están en campos magnéticos, dependiendo del tipo, pueden estar abiertos (NO) o en uno de los posibles estados NO o NC (normalmente cerrado). ¿Tienen los sensores con sensores de caña sólo una superficie activa? Puede haber más de una superficie activa en un sensor de caña. Esta gobernado por la forma de la carcasa así como sus áreas de definición ya que define las áreas de traducciones posibles para el imán. Hay sensores en los que la única traducción posible del imán es a través de la cara del sensor y hay sensores en los que las traducciones de los imanes son posibles también con respecto a su superficie de un lado del sensor. Sensores de caña de contacto magnético tienen formas diversas de carcasas, empezando por las simples (cilíndricas, prismáticas) y terminando en las formas geométricas más complejas. ¿Qué factores influencian el rango máximo de operación de un sensor de caña de contacto? El rango máximo de operación Smax de un sensor de caña es gobernado por la fuerza de atracción del campo magnético. Esta fuerza depende del tamaño y propiedades del imán, por un lado, y de la distancia entre la superficie activa del sensor y el imán, por otra. Adicionalmente, de acuerdo con la característica de operación de un sensor de caña, el rango de operación depende de la ubicación del imán con respecto a los elementos activos del sensor. ¿Cuántas pistas hay en la salida del sensor de contacto de caña magnético? Los sensores de contacto de caña hay tres pistas: las que no tienen un dioido señalizando el estado del sensor tienen sólo dos pistas. ¿Cuál es el principio de operación de un sensor magnético de Efecto Hall? Los sensores magnéticos de efecto Hall son suministrados con una corriente DC que fluye a través de una placa semiconductora (un halotrón). Mientras que el imán esté fuera del rango de operación del sensor, la corriente fluye sin impedimento a través del halotrón. La diferencia de potenciales en el margen del halotrón es igual a cero (V=0). Cuando aparece un imán en el rango de operación de un sensor, su campo magnético genera un voltaje Hall (V=Vh) en los márgenes del halotrón. Este voltaje es una señal que controla el transistor de salida del sensor.

26



5.3

Sistemas y funciones de la mecatrónica

Minos

Tipos especiales de sensores magnéticos Tarea 3

¿Cuál es la regla de operación de los sensores Wiegand? La regla de operación de un sensor magnético Wiegand consiste en el registro de cambios en la dirección del campo magnético (polarización) del núcleo del “conductor de impulso”. La polarización de la magnetización del núcleo puede ser invertida si el campo magnético externo cambia su dirección. ¿Cómo es posible hacer cambios en la dirección del campo magnético en los sensores Wiegand? Hay tres posibles métodos para hacer cambios en la dirección del campo magnético que actúa en el conductor de impulso: - Los imanes con una polarización variable se mueven de uno en uno en frente de sensores estacionarios que albergan un conductor de impulso con una bobina - Los conductores de impulso se mueven de uno en uno en frente de un sensor estacionario que alberga dos imanes y una bobina - Los objetos ferro magnéticos se mueven de uno en uno en frente de un sensor que alberga dos imanes y una bobina juntos a un conductor de impulso. ¿Cómo se hace la detección de imanes magnéticos con sensores Wiegand? En la primera fase, el “conductor de impulso” se expone al campo magnético de un imán polarizado N/S y luego, al campo del siguiente imán con la polarización invertida (S/N). Este cambio del campo magnético polarizado exterior genera un impulso de voltaje en la bobina alrededor del conductor de impulso. El impulso, después de la transformación, es la señal de salida del sensor. ¿Cómo se lleva a cabo la detección de la translación de un “conductor de impulso”? Como resultado de la moción de translación de un conductor de impulso en frente de un imán estacionario con una polarización N/S, y luego en frente del segundo imán con la polarización invertida (S/N), la dirección de la magnetización en el núcleo del conductor de impulso cambia. Esto produce un impulso de voltaje, el cuela, tras la transformación, es la señal de salida. ¿Necesitan los sensores Wiegand suministro de voltaje? Los sensores Wiegand no necesitan suministro eléctrico y pueden ser fabricados como simples sensores de dos tomas, las cuales están perfectamente preparadas para operar en difíciles condiciones medio ambientales.



27

Sistemas y funciones de la mecatrónica

Minos

¿Qué elemento en los sensores con imán reaccionan al campo magnético? El elemento que reacciona al campo magnético es la bobina que está directamente en un imán permanente. ¿Qué situaciones pueden detectar los sensores con imán? Este tipo de sensores magnéticos detectan la moción de los objetos ferro magnéticos. De todas formas, no pueden ser usados para la detección de objetos estacionarios porque el voltaje de salida depende de la velocidad con la cual el objeto detectado se aproxima al sensor. ¿Requieren los sensores magnéticos con imán suministro de voltaje? Los sensores magnéticos con imán no requieren suministro eléctrico porque los objetos ferro magnéticos que se acercan al sensor cambian el flujo magnético penetrando en la bobina y generando al mismo tiempo un voltaje en las terminales de la bobina. Este voltaje, tras la transformación, constituya la señal de salida. ¿Qué factores influencian el valor del voltaje de salida en los sensores magnéticos con imán? El voltaje de salida en sensores magnéticos con imán depende de la velocidad con la cual el objeto que se detecta se aproxima al sensor. Los valores de este voltaje son bajos y necesitan amplificación adicional para conmutar el estado del sistema de salida. Cuando a velocidad de un objeto disminuye, el voltaje de salida también. Para un objeto estacionario, el voltaje baja a cero.

5.4

Condiciones de instalación y aplicaciones Tarea 4

¿Influencia el tipo de material en el que un sensor magnético ha sido instalado en su operación? Sólo si el material es ferromagnético. Es ventajoso en situaciones para alzarlo alto por encima del material ferromagnético. También se recomienda introducir una capa de asolación hecha de de materiales no magnéticos (dieléctricos) separando el sensor del material ferromagnético. ¿Puede la introducción de un elemento delgado entre el sensor y el imán transigir la operación del sensor? La introducción de un material no ferromagnético entre el sensor y el imán no influye en el comportamiento del sensor magnético. Por otra parte, su comportamiento cambiará si aparece un elemento ferromagnético entre el sensor y el imán. Esto puede acabar con un estado cargado de la salida del sensor, es decir, con una interferencia en su operación.

28



Sistemas y funciones de la mecatrónica

Minos

¿Cuáles son las principales aplicaciones de los sensores magnéticos? Las aplicaciones de los sensores magnéticos son, entre otras: - La detección de objetos situados fuera de la pared de plástico, por ejemplo un tuvo interno o un contenido. - La detección de objetos en ambientes agresivos a través de separados protectores. - La detección de objetos en áreas de elevadas temperaturas gracias a la posibilidad de retirada del campo magnético por el uso de elementos magnéticos. - La detección de objetos en la translación y rotación.



29

Sistemas y funciones de la mecatrónica

Minos

6

Funciones de los sensores en sistemas Tarea 1

¿Cuáles son las principales tareas desempeñadas por sensores en sistemas mecatrónicos modernos? Los sensores se usan para identificar: - La ejecución de sistemas en sus condiciones de operación - La forma correcta del proceso de control de parámetro - Alteraciones en las operaciones - La degradación de las propiedades de operación y defectos ¿Qué parámetros de operación de los sistemas mecatrónicos son revisados por medio de los sensores? Los parámetros estructurales de los módulos /sistemas que están sujetos a una revisión son tales como: - Velocidad clasificada y aceleración de moción de concurrencia de trabajo; - Posiciones, posicionamiento y orientación de concurrencia y objetos, - Trayectoria de moción (distancias) - Velocidad de moción clasificada de elementos auxiliares; - Cargas transmitidas y aplicadas (clasificadas) (fuerza, presión, corriente, fuerza eléctrica, par); - Condiciones de operación permisibles en sistemas termales; - Habilidades de moción integrada; - Propiedad de energía (fuerza, par) del sistema y sus módulos. ¿Qué funciones de sistemas mecatrónicos requieren la participación de sensores? La señal para sensores se necesitan para: - Reconocimientos de la salida para la representación de funciones, - Evaluación de preparación para la activación de la representación de funciones, - Activación de la representación de funciones, - Observación de la representación de funciones, - Decisión en determinación de la representación de funciones, - Desactivación de la representación de funciones - Transmisión de información sobre la terminación de la representación de funciones. ¿A qué se reduce el papel de los sensores en el diagnóstico de sistemas mecatrónicos? El papel de sensores en el diagnóstico se reduce a la exacta y fiable medición de parámetros teniendo una demora en la forma correcta de la operación de los sistemas mecatrónicos

30





Sistemas y funciones de la mecatrónica

Tarea 2

Minos

¿Qué información pueden suministrar los sensores para el diagnóstico de maquinado? En sensores de sistemas de fabricación se puede suministrar información sobre: - El modo correcto del ciclo de trabajo que se lleva a cabo; - El estado de las herramientas, por ejemplo las herramientas de corte; - El estado de los chips; - La continuidad de la refrigeración de las herramientas y piezas; - El estado de la capa de la superficie; - La dimensión etc. ¿Cuál es el papel de la señal de medición recibida por los sensores en la supervisión de las operaciones de sistemas mecatrónicos? Las señales de medición de los sistemas mecatrónicos recibidas por sensores, son procesadas y comparadas con los valores requeridos. Cualquier diferencia entre las dos series de valores constituye una señal de ajuste en el sistema de control o un error instantáneo compensado de un buen modo. ¿Qué se evalúa por medio de los sensores en el diagnóstico de mantenimiento de los sistemas mecatrónicos? El estado de desgaste de los sistemas mecatrónicos es indirecta o directamente evaluado por medio de los sensores para reparar o corregir los parámetros de operación relevantes. La evaluación se hace a través de mediciones de los parámetros indicando el desgaste de los componentes del sistema.



31

Mecatrónica Módulo 8: Mantenimiento y diagnóstico Solución (Concepto) Jerzy Jędrzejewski Universidad Técnica de Wroclaw, Polonia 

Proyecto ampliado de transferencia del concepto europeo para la calificación agregada de la Mecatrónica las fuerzas especializadas en la producción industrial globalizada Proyecto EU Nr. 2005-146319 „MINOS“, Plazo: 2005 hasta 2007 Proyecto EU Nr. DE/08/LLP-LdV/TOI/147110 „MINOS**“, Plazo: 2008 hasta 2010 El presente proyecto ha sido financiado con el apoyo de la Comisión Europea. Esta publicación (comunicación) es responsabilidad exclusiva de su autor. La Comisión no es responsable del uso que pueda hacerse da la información aquí difundida.

www.minos-mechatronic.eu

Remote diagnostics and servicing of mechatronic systems - Trainerguideline Minos

1

Aims and tasks of remote diagnostics and servicing Problem 1 What are the reasons for taking diagnostic measures? Malfunctions of and damage to machines during their operation result in high costs of production delays, standstills and repairs for the users. Therefore it has become necessary to continuously monitor machines and processes, forecast disturbances, take measures preventing process quality deterioration and take necessary remedial actions based on the forecasts. What is the task of remote diagnostics? The task of remote diagnostics is to wirelessly transmit (for a short or considerable distance) diagnostic signals with the required informational content from the diagnosed object to a near or far receiver, a monitoring station or a monitoring centre. A proper inference system, an intelligent advisory system or an expert will assess the disturbances and will take appropriate service decisions, remotely generating forecasts, evaluating the deviations and identifying the degradation of the operating parameters with a required accuracy and probability. What is the task of a remote servicing system? The tasks of a remote servicing system include: - preventing excessive deterioration of mechatronic system (machine and equipment) operating parameters by reducing disturbances and compensating errors; - predicting excessive errors and defects before they occur, whereby remedial action can be taken in a planned and prepared way to keep adverse economic consequences to minimum (intelligent action); - optimum planning of service tasks for operating periods most convenient to the user. What are the advantages of remote connection of sensors to communication networks? The remote connection of sensors to communication networks has resulted in almost limitless possibilities of controlling the diagnosis process using not only single sensors but also groups of sensors. As a result, information from sensors can be used by control, diagnostic and forecasting systems.

3

Remote diagnostics and servicing of mechatronic systems - Trainerguideline Minos

2

Idea, components and operation of diagnostic system Problem 2 What are the input data for object diagnostics? The input data for object diagnostics are: - diagnostic signal properties and acquisition points (sensor locations, the rate of changes and availability for service), - the boundary values of controlled quantities, - dependencies between the generated signal and the disturbances in the performance of an object or a process, - sensors and measuring instruments (sensitivity, complexity, adaptability, numerousness, cost, the degree of automation), - the form of acquired information, - the methods of processing signals, - verification methods, - the method of communicating with receivers, - the strategy of diagnosis, - inference methods. What are the criteria for designing diagnostics? The criteria for designing diagnostics are: - diagnostic signal sensitivity to changes in machine/process performance and information capacity, - the degree of machine/process degradation, - the level of service personnel qualifications, - reliability, - operating costs. What do typical units for diagnosing mechatronic objects consist of? A typical unit for diagnosing mechanical objects consists of the following assemblies and components: 1. A measuring system (sensors, matching systems – responsible for energy and information matching of signals, diagnostic sockets for retrieving information from the object). 2. Instrumentation amplifiers, a/d converters, channel selectors, I/O ports and other. 3. A digital signal processor (used for calculating diagnostic symptoms). 4. A decision system (incorporating logic converters, voltage level translators, digital comparators and other). 5. An information display system which decodes information and presents it in the form most convenient for the user (monitor, printer, analogue indicators, digital indicators and other). 6. An information storage system (memory: RAM, RAM-DISK, VDISK). 7. Software (operating system, signal processing and analysis, state diagnosis and prediction, functions performed by the diagnostic unit, communication between system layers, system operation management).

4

Remote diagnostics and servicing of mechatronic systems - Trainerguideline Minos

3

Idea, components and operation of service diagnosing system Problem 3 What is the purpose of and what does service diagnostics consists in? As opposed to the general diagnosing of the operation of an object and the work processes the latter carries out, which informs the user if the disturbances are within permissible limits and if sufficient product accuracy is being achieved, the purpose of service diagnostics is periodic error correction and planned recovery of the correct operating parameters. Service diagnostics consists in tracking the degree of object (machine) degradation in order to apply error correction and compensation or carry out a planned and well prepared repairs during a short standstill at a time convenient for the user. Thus the purpose of service diagnostics is to restore the machine’s operating parameters guaranteeing the desired process (product) accuracy. Describe the course of degradation of an operating parameter of a machine and the classification of the latter’s technical condition. If the symptom exceeds admissible value Ud, this means that the diagnosed device is no longer fully functional but it can be operated for a certain time, i.e. it is still capable of performing its functions. If the symptom exceeds boundary value Ug (which marks the ultimate date for doing repairs), this means that it is no longer fit for use. Serviceability and unserviceability areas can overlap to some extent. In the overlapped area the device is not fully functional but still serviceable. What are the main trends in the development of service diagnostics? Remote diagnostics and servicing have strong economic reasons since they contribute to longer product life. Therefore attempts to increase product life span will translate into the development of diagnostics and supervision. In addition, as the globalization of manufacturing increases so does its dispersion whereby it becomes necessary to employ remote diagnostics and servicing in order to significantly increase the reliability of mechatronic systems, technological processes and the manufactured products. This means that diagnostic system modularity will continue to be developed and an ever larger number of diagnostic functions will be carried out by intelligent sensors. The development of remote diagnosing and servicing of machine systems tends towards full coverage of the latter and towards total supervision and servicing based on forecasts.

5