Guía de tipos de sensores

El término “sensor” designa en general cualquier componente técnico que registra de forma independiente determinados parámetros físicos o químicos y propiedades en el entorno o los objetos, por ejemplo: temperatura, brillo o aceleración.

En este aspecto, las características de los sensores se asemejan a las de nuestros órganos sensoriales, pero a diferencia de ellos también detectan elementos que en otro caso resultarían invisibles o demasiado peligrosos para los seres humanos.

Una facultad importante de los sensores es la conversión de datos de medición en señales o imágenes visuales, cuyo significado puede ser interpretado por una persona o un dispositivo electrónico. En otras palabras, un sensor también es siempre un transductor, un dispositivo que convierte una forma de energía o estímulo en otra.

Hay todo tipo de sensores y entre los más conocidos por sus funciones destacan los sensores de posicionamiento, los sensores ópticos, los sensores de corriente y los sensores de presión. Hay sensores que miden la intensidad de la luz y otros que sirven como sensor de humedad, pues las funcionalidades de los sensores son muy variadas.

La función clave que comparten todos los sensores es la conversión: los sensores (o detectores) detectan y miden cantidades u objetos físicos, que pueden ser tan diversos como un código de identificación electrónica en una etiqueta diseñada expresamente que se denomina chip RFID (RFID significa "identificación por radiofrecuencia"), la cantidad de calor que hay en un objeto, un líquido o una persona, el movimiento de un objeto, una persona o un animal dentro de un campo visual supervisado electrónicamente, o el tipo de aceleración que experimenta un objeto, como caída libre o rotación.

Por ejemplo, es posible integrar un tipo de sensor de movimiento en la maquinaria industrial y conectarlo mediante un cabe a un interruptor de seguridad. Ello permite realizar un apagado seguro en caso de que el detector señale al interruptor la existencia de un movimiento mecánico anómalo que podría causar daños en el equipo si se deja que continúe o entrañar peligro para los seres humanos cercanos.

Este es un ejemplo de conversión de una medición en una señal de entrada para otro dispositivo no humano, pero muchos sensores convierten las mediciones en escalas o imágenes destinadas a la visión humana.

Por ejemplo, un termómetro de mercurio es un tipo de sensor de temperatura generalizado que convierte la expansión o contracción de un pequeño bulbo de mercurio en una escala legible (Celsius o Fahrenheit): cuando el mercurio se expande o se contrae, asciende o desciende dentro de un estrecho filamento hueco en el interior del vidrio, que por fuera tiene una escala de temperatura calibrada.

Dentro de los intervalos de temperatura para cuya medición está diseñado, el termómetro de mercurio presenta una importante característica imprescindible en todos los sensores: la linealidad. Eso significa que los cambios físicos experimentados por el material detector del sensor (mercurio en este caso) son directamente proporcionales a los cambios que se producen en el objeto, la fuerza, el movimiento o la radiación que se mide.

Otro tipo de sensor es el termopar, que responde análogamente a los cambios de temperatura de una manera lineal; en este caso, generando en la tensión de salida cambios proporcionales a los cambios térmicos. Para garantizar la precisión, los sensores se calibran minuciosamente en conformidad con escalas establecidas, probadas y verificadas.

En una civilización tan inmersa en los medios electrónicos, los sensores desempeñan un papel crucial para garantizar el funcionamiento correcto de un sinfín de máquinas, aparatos, vehículos y procesos de fabricación. La mayoría de las personas no son conscientes de la presencia de sensores en muchos objetos que dan por sentado, como el acelerómetro, que garantiza en todo momento la orientación correcta de lo que vemos en un teléfono móvil o una tablet aunque se mueva o gire el dispositivo, ni de que los sensores contribuyen al funcionamiento seguro de los automóviles y los aviones.

Entre otras muchas aplicaciones, están omnipresentes en los equipos médicos, en ingeniería aeroespacial, en innumerables procesos de fabricación y en robótica.

La sensibilidad de un sensor condiciona muchas de sus aplicaciones. Cuando un sensor reacciona a un cambio relativamente grande en un medio con un cambio relativamente pequeño en su material detector y su consiguiente salida, presenta poca sensibilidad. Sin embargo, a veces los sensores deben medir cambios minúsculos, en cuyo caso deben tener alta sensibilidad para responder significativamente a cambios ínfimos en el medio que se mide. La linealidad de esos sensores suele ceñirse a un rango muy delimitado, fuera del cual reaccionan con mucha menos precisión.

Los fabricantes de sensores han de tener en cuenta cómo influirán en lo que detecten o midan: por ejemplo, si el bulbo de un termómetro de mercurio se sumerge en té caliente, el propio bulbo enfriará el líquido, porque absorbe energía térmica del medio en el que se introduce. Aunque casi siempre es inevitable cierta repercusión de los sensores, se consigue reducir al máximo gracias a una gran dosis de atención e ingenio.

Una forma de minimizar este efecto es miniaturizar el diseño todo lo posible: cuanto menor sea el tamaño físico de un sensor, menor será su impacto físico sobre el medio. La tecnología de sistemas microelectromecánicos (MEMS) está transformando actualmente la fabricación de sensores, porque permite producir microdetectores de dimensiones microscópicas. Estos sensores ofrecen típicamente respuestas más rápidas y son mucho más sensibles que sus equivalentes de mayor tamaño.

Tipo de sensor	Versiones	Qué detecta	Descripción
Chip RFID	Pasiva (recibe una señal de interrogación de un lector RFID); activa con funcionamiento por batería (transmite una señal ID a intervalos establecidos).	El chip RFID reacciona a una señal de interrogación entrante que procede de un lector RFID.	Los chips de identificación por radiofrecuencia pueden almacenar datos simples codificados electrónicamente, como un número de serie individual o descripciones de producto más complejas, que se pueden detectar y visualizar con un lector RFID.
Sensor de temperatura	Termómetros, termopares y detectores termométricos de resistencia, todos los cuales pueden ser sensores de contacto o sin contacto.	Los cambios en la energía térmica de un objeto o medio, ya sea mediante la expansión y contracción de un material físico o por alteraciones de la conductividad eléctrica de un conductor.	Se diseñan distintos sensores de temperatura para aplicarlos en distintos entornos. Algunos, como los termopares y RTD, siguen siendo sensibles y precisos a temperaturas muy elevadas, mientras que otros (como muchos termómetros) son sensibles a las temperaturas más bajas.
Acelerómetro	Piezoeléctrico, piezorresistivo, magnetorresistivo, de efecto Hall, de transferencia térmica, capacitivo.	El movimiento de aceleración causado por vibración, rotación, inclinación, gravedad, caída libre o colisión. Los cambios de desviación de una carga de prueba accionada por resorte dentro del sensor como reacción a fuerzas de aceleración.	El sensor convierte la desviación de la carga de prueba en una medida de la fuerza de aceleración que la ha causado. El sensor también tiene en cuenta el plano donde se produce la aceleración.
Sensor infrarrojo	Pasiva (recibe emisiones térmicas infrarrojas de un objeto); activa (emite IR a través de láser IR o LED).	Radiación infrarroja en la gama de longitud de onda 0,7 - 14 µ.	Los sensores IR detectan la radiación por debajo de la longitud de onda de luz roja visible, que es básicamente radiación térmica. Pueden utilizarse para convertir la radiación IR en imágenes (como en las cámaras de infrarrojos) o integrarse en sistemas de seguridad para detectar la presencia de intrusos en movimiento.
Sensor de movimiento	Detección local (haz de luz IR visible emitido por LED o láser, interruptor de contacto, piezoeléctrico, piezorresistivo); detección de área (vídeo, sensor de movimiento IR activo o pasivo, detector de movimiento ultrasónico, sensor Doppler de microondas).	Movimiento de objetos, seres humanos o animales.	Los sensores de movimiento convierten el movimiento de un intruso dentro de un área o campo visual designado en una señal eléctrica, que a su vez puede funcionar como entrada para diversas aplicaciones y sistemas, por ejemplo: sistemas de seguridad, de iluminación automatizada, puertas automáticas e interruptores de apagado de seguridad de maquinaria.

Los ingenieros han sacado partido a los sensores con cotas máximas de creatividad y ahorro de trabajo. Por ejemplo, los sensores RFID no solo facilitan el sistema de pago electrónico gracias a su integración en los teléfonos móviles, sino que además simplifican drásticamente los procedimientos de seguridad al permitir automatizar los sistemas de acceso y apertura de puertas en zonas seguras para quienes llevan el RFID necesario, y han revolucionado la logística, el transporte y los procesos de cross-docking.

Además de haberse generalizado para la rotación automática de las pantallas en las cámaras digitales, teléfonos móviles y tablets, los sensores de acelerómetro también se utilizan profusamente en los sistemas de navegación de los modernos equipos aeroespaciales.

Por su parte, los sensores infrarrojos actuales se integran con frecuencia en equipos eléctricos y maquinaria pesada, donde activan el apagado seguro si se alcanzan temperaturas anómalas y potencialmente peligrosas.

Los sensores de movimiento desempeñan funciones análogas cuando se conectan a interruptores de apagado, para lo cual detectan posibles movimientos peligrosos en piezas móviles que pueden deberse al desgaste de cojinetes u otros fallos que de no corregirse enseguida podrían tener enormes repercusiones económicas. También está extendido su uso en sistemas de seguridad domésticos y comerciales para detectar intrusos.

Los sensores de temperatura en forma de termopares son frecuentes en las plantas de ingeniería química, donde son capaces de soportar temperaturas muy elevadas y supervisan pequeños cambios térmicos que indican reacciones químicas. Los nuevos nanotermómetros permiten medir diferencias de temperatura entre partículas de dimensiones ínfimas.