¿Cómo diseñar un sensor de proximidad?

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Quizás a muchos curiosos se les ha ocurrido la idea de instalar un sensor sencillo de proximidad que avise la presencia de alguien en un lugar o posición determinada (En mi caso saber que alguien está próximo a mi puerta.)Un sensor de proximidad es más que un dispositivo capaz de reconocer la variación en los niveles de luz (podría ser la intensidad, la longitud de onda, la frecuencia con la que llega o hasta la ubicación de la fuente que emite o bloquea la luz).

Estos sensores son ampliamente usados en la actualidad para activar cámaras de seguridad, lavamanos, duchas, secadores de manos, puertas  automáticas (algunas), etc.Para diseñar un sensor de proximidad se deben tener en cuenta algunas suposiciones:

 

  1. Cuál es el objeto más genérico que se aproxima a mi sensor y sus características (una persona, un objeto metálico, etc.)
  2. Que elemento sensor se usa y si sus cualidades se asemejan a algunas del objeto (un ejemplo de esta compatibilidad es un sensor infrarrojo y el cuerpo humano, este refleja y emite ondas infrarrojas).
  3. Condiciones generales y condiciones extremas a las que trabajará nuestro sensor. ( A ciertas temperaturas por ejemplo el cuerpo humano no emitirá o reflejará la cantidad de luz infrarroja necesaria para activar el circuito o ser detectada dependiendo el rango y la sensibilidad)
  4. Cuál es el rango de trabajo al que deseamos que nuestro sensor de proximidad funcione o active (si no somos hábiles esta tarea se puede guardar para la calibración).
  5. Cuál es la sensibilidad con la que diseñaremos el modelo.
  6. Por último suponer que nuestro sensor tendrá componentes eléctricas y/o electrónicas ( que es precisamente un tutorial designado para esas ramas)

 

Factores experimentales que vale la pena estudiar

Quizás para algunos proyectos no tenga mucha relevancia los aspectos que hemos de mencionar, debido a que el margen de diferencia con estas condiciones no afecta patrones en la emisión-recepción-amplificación del dispositivo. Observemos un diagrama de bloque muy genérico de lo que requiere mínimamente un sensor de proximidad. 

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Normalmente la señal que se refleja  es muy pequeña, y  como en muchos procesos de medición, se necesita amplificar esa señal para poder analizarla. Se debe tener mucho cuidado el tipo de amplificación que se hace si el sensor se efectúa con modelo de electricidad en AC, si es en DC no habrá ese inconveniente. La etapa previa de diferenciación es para disminuir de manera linear el valor de energía en lazo cerrado que maneja el receptor.

El acondicionamiento es muy estricto debido a  que será la forma en la que deseamos presentar u obtener una salida, ya sea una señal eléctrica digital, un led encendido cuando este cerca el objeto o un sonido en una bocina.

Una cosa importante al diseñar sensores de proximidad electrónicos como los que se fabrican con fototransistores,  es el estudio del espectro lumínico en el espacio y el área máxima y mínima con la que los rayos son reflejados de nuestro objeto. Ilustramos este fenómeno con la siguiente imagen.

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Como veremos, el óvalo rojo representa el emisor, el celeste el receptor; tenemos algunos  rayos de luz con su margen máximo en línea negra punteada. Como observamos por medio de las leyes de reflexión que para el objeto verde nuestro sensor no posee rango de sensibilidad, mientras que el objeto morado si se encuentra en este dominio. Podríamos arreglar este problema agregando un segundo receptor a la derecha, esto agregaría un lazo más de la retroalimentación. (Recordemos que el dibujo ilustra dos dimensiones, es adecuado hacer el estudio en el espacio, lo que agrega un mejor estudio del campo de emisión del sensor)

Ven las diferencias entre los rayos emitidos y el color de los reflejados, dependiendo el sensor, la forma de la superficie, el color que posea y que tan pulida sea, así mismo será la calidad de recepción. Esto afectará intensamente el proceso de diferenciación y modelación matemática en tu cálculo empírico si tu proceso de diseño es de un único emisor y receptor, debido a que será muy poca información para decidir, mientras que con dos o más tendrás mucha más definición y seguridad de un evento, como la forma de comparar entre ellos.