Los sensores son los órganos de interfaz de las aplicaciones electrónicas con el mundo exterior. Ellos consisten en transductores que convierten una grandeza física que un circuito electrónico no puede percibir en una magnitud eléctrica que ellos puedan procesar. Un tipo de sensor, relativamente nuevo, que encuentra una amplia gama de aplicaciones en robótica, automatización, IoT, vestibles y mucho más son los sensores resistivos de fuerza mecánica. Vea en este artículo cómo funcionan y como usarlos.
Los sensores, en la mayoría de los tipos, consisten en transductores que convierten una magnitud física en una corriente o tensión eléctrica.
Un tipo de sensor que encuentra una enorme gama de aplicaciones en electrónica, principalmente en los productos de automatización, IoT y vestibles (wearables) es el sensor de fuerza física que puede ser presentado en dos configuraciones FSR circular y cinta (Ribbon).
Su gama de aplicaciones es enorme, como veremos y se pueden encontrar con facilidad, por ejemplo, en la Mouser Electronics, destacándose los tipos de Adafruit para los que daremos los enlaces.
Básicamente ellos consisten en un sensor que al recibir una presión física, por ejemplo, la presión de los dedos, cambian su resistencia eléctrica.
Analizamos entonces los tipos comunes:
FSR o Force Sensitive Resistor
FSR es el acrónimo en inglés para resistencia sensible a la fuerza. En la figura 1 tenemos un tipo común, el Interlink 402 que se vende a través de Adafruit en la Mouser Electronics. Acceda al enlace https://learn.adafruit.com/force-sensitive-resistor-fsr/overview para más información.
En la figura 1 tenemos el aspecto de este sensor que puede ser directamente encajado en una matriz de contacto para el desarrollo de un escudo para microcontrolador (Arduino, por ejemplo).
En la figura 2 tenemos la forma en que se construye este sensor. Básicamente, consiste en una resistencia cuya resistencia cambia con la presión mecánica. Eléctricamente, podemos compararlo a un LDR donde la resistencia cambia con la luz, o un NTC donde la resistencia cambia con la temperatura. Los circuitos que utilizan en una interfaz son similares y en algunos casos pueden incluso ser iguales, dependiendo sólo de la gama de presiones cubiertas.
En este tipo de sensor, la resistencia disminuye con el aumento de la presión, es decir, fuerza por unidad de área. La precisión es del orden del 10% lo que permite su utilización en proyectos simples que involucran la medida de fuerzas.
En este sitio mismo, tenemos un artículo de colaborador que enseña a montar una balanza microcontrolada experimental usando un sensor de este tipo.
Un tipo común sensor de este tipo, como el Interlink 402 presenta una resistencia de orden de 100 k sin presión alguna y esta presión cae a 200 ohmios con una presión de 100 Newtons que es el máximo recomendado y que corresponde a 20 libras distribuida por área de. 0,125 pulgadas cuadradas.
La corriente recomendada en el rango de operación es de menos de 1 A y sus dimensiones son 12,5 mm de diámetro activo y un grosor de sólo 0,02 pulgadas.
En la figura 3 tenemos su curva característica.
En la figura 4 en el sitio de Adafruit tenemos un modo simple de probar y verificar el funcionamiento de un sensor de este tipo.
La figura 5 muestra el modo inmediato de insertar un sensor FSR en una matriz de contacto para el desarrollo de un circuito.
En la figura 6 tenemos un circuito experimental de un indicador de fuerza (que puede ser usado en un juego, por ejemplo) y que utiliza una escala de 4 LED. Es claro que una versión más precisa puede ser elaborada con un LM3914 o incluso dos 4093. Varios circuitos de barra o indicador de punto o barra móvil están disponibles en el sitio.
El valor del trimpot de ajuste depende del rango de presiones sensoriales, pudiendo quedar entre 10k y 220 k típicamente.
Sensores tipo Ribbon (Cinta)
Estos sensores resistivos son verdaderos potenciómetros electrónicos de toque, pues la resistencia que presentan depende del lugar de la cinta en que hacemos presión.
En la figura 7 tenemos un sensor de este tipo de Adafruit y que se puede adquirir en la Mouser Electronics.
Este sensor es fabricado por Spectra Symbol y vendido por Mouser Electronics. Ver más en: https://www.mouser.com/Search/Refine.aspx?Keyword=Spectra+symbol
Para el tipo mostrado en la foto, el uso es muy simple. El componente presenta una resistencia de 10 k entre los pines extremos (como en un potenciómetro, tiene tres terminales).
La resistencia que el perno del medio presenta en relación a los pines extremos depende del punto de la cinta en que tocamos, o sea, nuestro dedo es el cursor del potenciómetro. Cuando no se hace ninguna presión sobre el componente, el perno del medio se vuelve flotante presenta una resistencia de 100 k respecto a los demás.
Para usar, conecte uno de los pines de los extremos a la tierra a través de un resistor de 10k en serie. El otro lado está conectado a una fuente Vcc según el circuito. La fuente puede ser de 3, 5 V, etc., según el microcontrolador o la lógica digital o circuito (comparadores, por ejemplo) que deban ser controlados.
La tensión leída en el cursor variará entre 1/3 y 2, 3 de Vcc. No se recomienda conectar simultáneamente los extremos de tierra y Vcc.
En el sitio web de Adafruit se puede obtener más información sobre estos sensores.
Ideas de Aplicaciones
Ciertamente los lectores imaginosos que están en busca de un buen proyecto para un TCC, para un nuevo producto o incluso para una recreación usando su Arduino, circuitos lógicos o analógicos comunes pueden tener muchas ideas. En IoT, visibles y otros, por ejemplo existen muchas sugerencias, algunas incluso divertidas, ideales para ferias y demostraciones. Por ejemplo:
- ¿Qué tal colocar un sensor lineal en el trasero de un pantalón "inteligente"? Cada vez que se sienta a través de la conexión inalámbrica puede encender un LED rojo en su gorra. Se trata de un pantalón ideal para vigilantes que se quedan en pie. Si se sienten, la alarma suena y el LED se enciende.
- En un robot o vehículo un sensor de este tipo en la parte frontal puede tener funciones inteligentes. Si el obstáculo es ligero, simplemente lo empuja, pero si el esfuerzo es mayor que un determinado valor programado, activa un circuito de parada o reversión.
- En una aplicación IoT él puede informar la presencia de personas u objetos conforme al peso, pudiendo ser usado un criterio selectivo que determine la acción del circuito conforme el peso.
En fin, no hay límites para lo que se puede hacer. ¿Qué tal crear un buen proyecto y enviarnos a la publicación?
