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¿Qué es GPIB?

GPIB (General Purpose Interface Bus) es un estándar de comunicación que proporciona un medio de intercambio de señales (la llamada interfaz) entre dispositivos de información.

Los cables GPIB se utilizan a menudo para la conexión entre PC e instrumentos para el control de instrumentos, y son un estándar interno de Hewlett-Packard (HP) concebido en la década de 1960 y posteriormente aprobado por el Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos de EE.UU. (IEEE) en 1975, y ahora es un estándar internacional, IEEE 488 e IEEE 488.2. 488.2, una norma internacional.

Muchos instrumentos de medida están equipados de serie con una interfaz GPIB y se utilizan universalmente para la comunicación con todo tipo de equipos, como los sistemas de medida que utilizan PC y otros dispositivos de información. La interfaz GPIB del lado del PC puede utilizarse para conectar hasta 15 dispositivos con diferentes velocidades de comunicación, incluido el PC. Sin embargo, en este caso la velocidad global de comunicación depende del dispositivo más lento.

Usos del GPIB

El GPIB se utiliza mucho, especialmente en los modelos convencionales, para conectar equipos de medida que pueden ser controlados por software mediante un PC (ordenador personal) para su control y evaluación automáticos.

GPIB tiene una excelente inmunidad al ruido y proporciona una comunicación altamente fiable. Suele emplearse en instrumentos de medida (que requieren un control estricto) para evaluar características eléctricas como referencia en la caracterización de productos. Por ejemplo, los generadores de funciones y los electrómetros se utilizan en combinación para medir el potencial y la corriente en la medición electroquímica y la tecnología de tratamiento de superficies.

Los instrumentos de medida de bajo coste suelen estar equipados con comunicación serie RS-232C, mientras que los instrumentos de gama alta suelen utilizar GPIB por su alta fiabilidad y alta velocidad de comunicación.

Principio de GPIB

El principio de GPIB es que, para garantizar la comodidad, se pueden conectar varios dispositivos en estrella o en cadena y, simplemente conectando cables, se puede controlar la comunicación de alta velocidad entre los instrumentos de medición con una excelente inmunidad al ruido. Por ejemplo, otros estándares de comunicación, como RS-232C, requieren una interfaz independiente o un concentrador de conmutación.

Esto es posible gracias a la forma especial del conector del GPIB. Tiene una estructura combinada de clavija y receptáculo y consta de 16 líneas de señal, que comprenden ocho buses de datos, cinco buses de gestión y tres buses de handshake. los dispositivos conectados a través de GPIB que transmiten datos se denominan “habladores” y los que reciben se denominan “oyentes”. El emisor es el dispositivo que transmite los datos y el receptor es el dispositivo que los recibe.

Un mismo dispositivo puede desempeñar las funciones de emisor y receptor, pero no al mismo tiempo. En este caso, la comunicación se produce alternando entre transmisión y recepción. Un dispositivo con esta función de designar a un hablante y a un oyente se denomina controlador, y generalmente es un PC el que asume este papel. Los datos y comandos se intercambian con el controlador en formato ASCII.

El papel desempeñado por la placa GPIB en este contexto es evitar colisiones de datos entre dispositivos en las líneas de comunicación del bus GPIB. En este papel, el controlador de la placa GPIB se pone en práctica limitando el número de dispositivos que pueden enviar datos a sólo uno, que siempre realiza una operación de rutina fija.

Más Información sobre GPIB

1. Comparación con LAN y USB

Recientemente, hay un número creciente de nuevos modelos que pueden controlar instrumentos de medida en estándares de comunicación como LAN y USB. LAN, en particular, no tiene las limitaciones de GPIB, como un número máximo de 15 unidades o un límite de distancia de 4 m entre instrumentos de medida, lo que permite, por ejemplo, realizar evaluaciones de medidas mediante conexión remota entre distintos emplazamientos o mediante conexión LAN desde casa al laboratorio cuando se trabaja en línea.

El USB, por su parte, puede utilizarse junto con un concentrador para conectar hasta 127 unidades, pero es la conexión más sencilla y ofrece la comodidad de poder controlar las comunicaciones simplemente conectando un cable USB, incluso sin conocimientos de direcciones IP u otras cuestiones relacionadas con las comunicaciones. Sin embargo, tanto LAN como USB son soportados principalmente por modelos relativamente nuevos en la industria de los instrumentos de medida, y algunos instrumentos de medida convencionales no los soportan, por lo que es necesario utilizar diferentes modelos en función de los elementos a evaluar y del modelo.

Los buses de alta velocidad USB 2.0 y LAN son superiores en cuanto a velocidad de comunicación, pero, en general, la velocidad de procesamiento necesaria para la medición y el tratamiento de datos en los instrumentos de medida suele ser el factor limitante de la velocidad. En concreto, las diferencias significativas en la velocidad del bus se aprecian en el procesamiento de formas de onda moduladas en analizadores de espectro, etc., donde la cantidad de datos es grande.

2. IEEE488 e IEEE488.2

IEEE488.2 es una norma superpuesta a IEEE488, que no especificaba comandos, formatos de datos ni consultas, sino únicamente protocolos de comunicación básicos y especificaciones para interfaces de comunicación eléctricas y mecánicas.

IEEE 488.2, como superconjunto de IEEE 488, también especifica comandos y formatos de datos, y hace más hincapié en las normas de comunicación entre instrumentos de medida y dispositivos de información.

¿Qué es un Instrumento Electrostático?

Un instrumento electrostático mide la tensión de la electricidad estática generada en la superficie de un objeto.

Está equipado con un sensor de potencial superficial que permite la medición sin contacto y se dirige a un objeto no medido. Los instrumentos para medir la electricidad estática también se denominan medidores de potencial superficial o medidores de potencial electrostático y se utilizan principalmente en procesos de producción de la industria manufacturera, aunque también existen instrumentos para entornos de instalación.

Usos de los Instrumentos Electrostáticos

A continuación se enumeran algunos de los problemas causados por la electricidad estática en los procesos de producción y, para tomar medidas para evitarlos, primero es necesario medir con precisión la magnitud de la electricidad estática generada. La magnitud de la electricidad estática también se mide al verificar y evaluar la eficacia de las contramedidas. Dependiendo del proceso, también puede utilizarse para supervisar constantemente la generación de electricidad estática.

1. Adhesión de Objetos Extraños

Pueden producirse problemas cuando objetos extraños cargados (por ejemplo, polvo) se adhieren a un producto cargado. En el proceso de pintura, por ejemplo, esto puede provocar un recubrimiento desigual.

2. Destrucción Electrostática (Destrucción ESD)

Los componentes semiconductores, como los circuitos integrados, pueden ser destruidos por descargas electrostáticas.

3. Mal Funcionamiento

Los equipos (balanzas electrónicas, controladores de peso, detectores de metales, etc.) que funcionan con corrientes y tensiones mínimas pueden verse afectados por ruidos electromagnéticos cuando se produce una descarga de electricidad estática.

4. Descargas en el Cuerpo Humano

Las descargas electrostáticas de objetos cargados en el cuerpo humano no sólo causan dolor e incomodidad al cuerpo humano, sino que también pueden causar problemas en los equipos e ignición (encendido de materiales combustibles).

Principio de los Instrumentos Electrostáticos

Cuando la superficie de un objeto se carga y se genera electricidad estática, se crea un campo eléctrico en las proximidades. Los instrumentos electrostáticos miden la intensidad de este campo eléctrico y calculan la tensión de la electricidad estática. El principio de un instrumentos electrostáticos típico (medidor de potencial de superficie) es el siguiente:

Los sensores de potencial superficial utilizan el fenómeno de la inducción electrostática: cuando el electrodo sensor recibe una intensidad de campo electrostático Eo (proporcional a la tensión de carga Vo) de un objeto cargado, se acumula una carga inducida q en la superficie del electrodo sensor. Si se coloca entre el electrodo de detección y el objeto una placa de blindaje de un tamaño que cubra todo el electrodo de detección y se hace girar a una velocidad constante, la carga inducida q acumulada en el electrodo de detección se descarga en el momento en que la placa de blindaje lo cubre, y cuando la placa de blindaje pasa, la carga inducida q se acumula de nuevo. Este movimiento periódico de la carga q, es decir, la magnitud de la corriente alterna Is, depende de la intensidad del campo eléctrico, por lo que la tensión de carga Vo en la superficie del objeto puede determinarse midiendo la corriente Is.

Sin embargo, en el método de medición anterior, el valor medido depende en gran medida de la distancia entre el sensor de potencial de superficie y el objeto a medir. Como el campo eléctrico se debilita a mayor distancia del objeto a medir, es inevitable que el valor medido parezca menor. Por lo tanto, es necesario mantener la distancia entre el objeto de medición y el sensor de potencial superficial a la distancia especificada.

Otro dispositivo para resolver el problema anterior de la dependencia de la distancia de medición es el medidor de potencial superficial del tipo de retroalimentación de tensión. Esto implica conectar una fuente de alimentación de alto voltaje al electrodo de detección y ajustar la salida de voltaje de la fuente de alimentación de alto voltaje para que la corriente alterna Is sea cero. La corriente Is deja de fluir cuando la tensión del objeto a medir y la tensión del sensor son iguales, por lo que la tensión de salida de la fuente de alimentación de alta tensión es igual a la tensión cargada del objeto a medir en ese momento.

Cómo utilizar los Instrumentos Electrostáticos

Para medir la carga estática de un objeto cargado con un instrumento electrostático estándar, se utiliza el siguiente procedimiento.

1. Colocar el sensor de potencial superficial a la distancia especificada por el Instrumentos Electrostáticos de medida, con el electrodo de detección del sensor de potencial superficial paralelo a la superficie a medir
2. Ajustar el rango de medición por encima de la tensión esperada e iniciar la medición. Cuando se obtiene un valor de medición aproximado, se iguala el rango de medición y se adopta el valor medido.

Cuando se mide con un medidor de potencial superficial con realimentación de tensión, el electrodo de detección del sensor de potencial superficial se coloca paralelo a la superficie del objeto que se va a medir, pero no es necesario definir estrictamente la distancia al objeto. La tensión de la fuente de alimentación de alta tensión se aumenta gradualmente hasta encontrar el punto en el que la corriente alterna que fluye hacia el electrodo de detección se hace cero. La tensión de salida de la fuente de alimentación de alta tensión en este punto es la tensión cargada del objeto de medición y la unidad de medida es V o KV. Es importante seleccionar el instrumento adecuado asumiendo la tensión máxima de la electricidad estática.

Más información sobre Instrumentos Electrostáticos

Causas y Prevención de la Electricidad Estática

Se conocen los siguientes mecanismos de generación de electricidad estática.

1. Desprendimiento de Carga

Esto ocurre cuando se despegan objetos superpuestos, por ejemplo, cuando se arranca una película protectora de una lámina de plástico.

2. Carga por Fricción

Se produce cuando los objetos rozan entre sí, por ejemplo, al mezclar cosas, al quitarse la ropa o cuando los motores giran.

3. Otras Cargas

Pulverización, carga de polvo, etc. Los instrumentos electrostáticos se utilizan para medir la carga electrostática de los objetos expuestos a estas condiciones. En particular, los componentes semiconductores son muy propensos a fallar debido a descargas electrostáticas, por lo que es necesario comprobar periódicamente el proceso con instrumentos electrostáticos. Los siguientes son ejemplos concretos de objetivos de medición en procesos de producción.

1. Bandejas que contienen semiconductores y otros componentes electrónicos y sus piezas, sus películas protectoras y estanterías de almacenamiento
2. Ropa de trabajo, calzado de trabajo, mesas de trabajo, sillas y superficies del suelo
3. Bandas de tierra y accesorios de tierra
4. Equipos de fabricación, como equipos de producción, máquinas de inspección, plantillas y herramientas, soldadores, etc.
5. Estándares de trabajo y sus estuches protectores de plástico
6. Piezas de visualización de monitores.
7. Diversos tipos de películas adquiridas.

Cuando la generación de electricidad estática es inevitable, se instalan ionizadores y otros eliminadores de estática para eliminar activamente la electricidad estática, pero la medición mediante instrumentos electrostáticos es esencial para garantizar su eficacia.

¿Qué son los Sensores Giroscópicos?

Los sensores giroscópicos son sensores que detectan la velocidad angular.

También se denominan giroscopios. La velocidad angular se refiere a la cantidad física de rotación de un objeto por unidad de tiempo y es un sensor esencial en los productos de maquinaria industrial actuales, donde se requiere un control avanzado y preciso.

En particular, los sensores giroscópicos se utilizan siempre en campos como la robótica, la aeronáutica y el control de carrocerías de automóviles, donde el control de realimentación debe tener en cuenta rotaciones diminutas.

Usos de los Sensores Giroscópicos

Los sensores giroscópicos se utilizan en una amplia gama de aplicaciones en el control de smartphones, cámaras digitales, dispositivos de juego, la industria espacial, la aviación, la automoción y los robots industriales.

Algunos usos específicos de los sensores giroscópicos son

Estabilización de la imagen en teléfonos inteligentes y cámaras digitales

Control de la marcha de robots bípedos

Medición y control de la posición de aeronaves

Medición del movimiento y la posición del usuario en juegos de realidad virtual

Los sensores giroscópicos tienen características diferentes según el producto, como la resistencia al calor y las vibraciones y el tamaño. Por lo tanto, a la hora de seleccionar un sensores giroscópicos hay que tener en cuenta la precisión del control del dispositivo que utiliza el sensor giroscópico y el entorno en el que se va a utilizar.

Principio de los Sensores Giroscópicos

Los métodos de medición típicos de los sensores giroscópicos incluyen el tipo de vibración, que utiliza la fuerza de Coriolis para la medición, y el tipo óptico, que utiliza el efecto Sagnac de la luz para la medición.

1. Sensores Giroscópicos Vibratorios

La fuerza de Coriolis utilizada en los sensores giroscópicos vibratorios es la fuerza aparente que actúa sobre un objeto en rotación cuando se mueve. Los giroscopios vibratorios pueden clasificarse a su vez en tipos piezoeléctricos y capacitivos.

Tipo Piezoeléctrico
Este método mide el valor de tensión generado en un transductor giratorio como magnitud física correspondiente a la fuerza de Coriolis.

Método Capacitivo
Este método mide la fuerza de Coriolis a partir de la diferencia de capacitancia entre los electrodos de detección izquierdo y derecho del transductor debido a la fuerza de Coriolis durante la rotación, y calcula la velocidad angular.

La relación entre la fuerza de Coriolis y la velocidad angular puede expresarse mediante la siguiente ecuación

ω=F/2mv (ω: velocidad angular, F: fuerza de Coriolis, m: masa del objeto, v: velocidad de movimiento).

2. Sensores Giroscópicos Ópticos

El efecto Sagnac utilizado en los sensores giroscópicos ópticos es el principio según el cual si el camino óptico por el que pasa la luz está en movimiento, la longitud del camino óptico aumenta. Este fenómeno físico se produce porque la velocidad de la luz es siempre constante. En los sensores giroscópicos ópticos, el camino de la luz se alarga a medida que la propia luz en órbita gira, y la velocidad angular puede calcularse midiendo la diferencia de fase causada por ello.

Más Información sobre los Sensores Giroscópicos

1. Métodos de Corrección de Sensores Giroscópicos

Corrección de la Deriva
Hay varios factores que pueden causar errores en la salida de un sensores giroscópicos. Una de las características más importantes a tener en cuenta es la “deriva”. La deriva se refiere al desplazamiento del punto cero, que se da originalmente como valor inicial, lo que provoca un desplazamiento gradual del valor inicial y un mayor error de detección.

Las causas internas de la deriva incluyen las fluctuaciones en el componente de CC (fluctuaciones de baja frecuencia) y los efectos del ruido de alta frecuencia: las fluctuaciones en el componente de CC se conocen como inestabilidad de sesgo y el ruido de alta frecuencia se conoce como paseo aleatorio angular. La inestabilidad de polarización depende de la estabilidad de la tensión de alimentación y puede mejorarse revisando la fuente de alimentación.

Corrección del Paseo Aleatorio Angular
El método de corrección del paseo aleatorio angular depende de los conocimientos técnicos de cada empresa, pero un método de corrección muy utilizado es el filtro de Kalman.

El filtro de Kalman es un método para estimar el estado más adecuado del sistema a partir de la información previa y los datos adquiridos en ese momento. Puede reformularse como un problema de estimación del estado original de una variable que cambia con el tiempo, a partir de la información obtenida en el pasado y en el presente. Es importante considerar que los valores medidos y las propias variables también están sujetos a ruido.

2. Diferencias entre Sensores Giroscópicos y Acelerómetros

Un sensor con propiedades similares a los sensores giroscópicos es el acelerómetro. Aunque a veces se confunden, son completamente diferentes.

Como su nombre indica, los acelerómetros son sensores diseñados para detectar la aceleración. Utilizan las fuerzas de inercia para medir los cambios en la velocidad a la que se mueve un objeto y la emiten como una señal eléctrica. Los sensores de aceleración se utilizan en una amplia gama de aplicaciones, ya que a partir de la aceleración también se puede obtener información como la forma en que vibra un objeto y la magnitud del impacto. Su estructura básica es similar a la de los Sensores Giroscópicos.

Los sensores giroscópicos, por su parte, se utilizan para detectar la velocidad angular, como se ha mencionado anteriormente. Utilizan la fuerza de Coriolis para medir el movimiento (rotación) y los cambios de orientación y orientación de un objeto, que luego pueden emitirse como señal eléctrica.

3. Sensores de 3, 6 y 9 Ejes

Los sensores con soporte de 3 y 6 ejes se utilizan comúnmente en los sensores de detección de fuerza inercial en estos días. Cada uno de ellos corresponde a la aceleración (3 ejes) y la velocidad angular (6 ejes) en las direcciones adelante/atrás, izquierda/derecha y arriba/abajo, y como sensores a bordo de vehículos son indispensables para ADAS y la tecnología de conducción automática, que son sistemas de asistencia al conductor para vehículos.

Por ejemplo, los sistemas de navegación de los automóviles están equipados con un sensor giroscópicos y un sensor de aceleración. El sensor giroscópicos detecta la dirección del automóvil y el sensor de aceleración detecta la distancia recorrida, lo que permite mostrar la ubicación actual con gran precisión incluso en lugares donde la recepción de la señal es difícil, como en los túneles.

Los tres ejes están representados por el balanceo, el cabeceo y la guiñada, y estos ejes pueden utilizarse para representar la postura. En particular, el balanceo y el cabeceo pueden corregirse por sí mismos como circuito de realimentación de la propia deriva, que es un factor de error. Además, una ref diferente para la compensación de la deriva es el uso de un sensor geomagnético como sensor compatible con 6 ejes adicional al estándar actual, en este caso denominado sensor compatible con 9 ejes.

4. Sensores Giroscópicos con Soporte MEMS

Los sensores giroscópicos se utilizan para visualizar y controlar el movimiento de maquinaria con movimiento de rotación en una pantalla, La tecnología MEMS se utiliza desplegando la tecnología de microfabricación de película fina de la industria de semiconductores.

A diferencia de los girosensores “ópticos” y “mecánicos”, los sensores MEMS son relativamente fáciles de miniaturizar e integrar, por lo que se utilizan en muchos dispositivos, incluidos los móviles, como los smartphones, gracias a su gran compatibilidad con los ASIC, que permiten un control relativamente sofisticado.

Además, el rango de detección de la velocidad angular que requieren los Sensores Giroscópicos varía en función de su aplicación. Por ejemplo, los dispositivos móviles como los smartphones requieren un rango de 300 a 2000 dps (grados por segundo, ángulo de rotación por segundo), mientras que los dispositivos de automoción como los sistemas de navegación de los coches requieren un rango de 100 a 500 dps.

Por lo tanto, a la hora de seleccionar un sensor, hay que tener en cuenta cuánto alcance de detección es suficiente, en función de cómo se vaya a utilizar el dispositivo.

¿Qué es un Transformador de Aislamiento de Alta Tensión?

Un transformador de aislamiento de alta tensión es un dispositivo utilizado para proteger los equipos eléctricos de precisión y el cuerpo humano de las tensiones anormales causadas por grandes entradas de corriente (sobretensiones de rayo) debidas a descargas de rayo y accidentes en las líneas eléctricas.

Otro tipo de dispositivo que también protege los equipos de tensiones anormales se denomina dispositivo de protección contra sobretensiones (SPD). Mientras que los descargadores de sobretensiones protegen los equipos eléctricos descargando las sobretensiones de los rayos a tierra, los transformadores de aislamiento de alta tensión protegen los equipos de las sobretensiones de los rayos aislándolos con un transformador mientras descargan las sobretensiones de los rayos a tierra.

Usos de los Transformadores de Aislamiento de Alta Tensión

Los transformadores de aislamiento de alta tensión se utilizan en diversos lugares. Los siguientes son ejemplos de aplicaciones

• Fuentes de alimentación utilizadas en estaciones y subestaciones de radioenlace
• Fuentes de alimentación para ordenadores y telémetros
• Sistemas de seguridad como cámaras de vigilancia
• Equipos de comunicación y control de tráfico para ferrocarriles, aviones y carreteras

Equipos especialmente importantes para proteger equipos de precisión de tensiones anómalas, por ejemplo, en zonas propensas a los rayos. Los transformadores de aislamiento de alta tensión se instalan entre la línea de alimentación y el equipo protegido para proteger el equipo contra tensiones anormales.

Principio de los Transformadores de Aislamiento de Alta Tensión

Existen dos tipos principales de transformadores de aislamiento de alta tensión: aislados y aislados de tierra, cada uno con un principio diferente.

1. Transformadores de Aislamiento de Alta Tensión

Los transformadores de aislamiento de alta tensión reducen la diferencia de tensión entre tierra y tierra mediante un transformador de aislamiento, mientras que la tensión anormal causada por las sobretensiones de rayo que entran por el lado de la alimentación se libera a tierra mediante un pararrayos.

2. Transformadores de Aislamiento de Alta Tensión a Tierra

Los transformadores de aislamiento de alta tensión reducen la entrada de sobretensiones de rayo entre líneas y entre líneas y tierra por medio de descargadores múltiples de sobretensión, mientras que protegen aún más el equipo proporcionando un alto aislamiento por medio de un transformador de aislamiento. El tipo de aislamiento de tierra también se denomina protección contra sobretensiones.

En ambos casos, el lado del equipo protegido está completamente aislado contra las sobretensiones de rayo mediante un transformador de rayos, de modo que las sobretensiones de rayo no fluyen hacia el interior. El transformador de aislamiento de alta tensión reduce la tasa de transferencia de sobretensiones de 1/100 a 1/10.000, lo que resulta más eficaz que instalar únicamente descargadores de sobretensiones. Además, la tensión soportada a tensiones anormales es extremadamente alta, de varias decenas de kilovoltios, lo que proporciona una protección excelente.

Más información sobre los Transformadores de Aislamiento de Alta Tensión

1. Diferencia entre Transformadores de Aislamiento de Alta Tensión y Descargadores de Sobretensiones

Los transformadores de aislamiento de alta tensión y los descargadores de sobretensiones son dispositivos que se utilizan para proteger los equipos contra las sobretensiones causadas por los rayos. Sin embargo, existen diferencias estructurales entre los transformadores de aislamiento de alta tensión y los descargadores de sobretensiones.

El descargador de sobretensión (también llamado “pararrayos”) se conecta en paralelo con el aparato a proteger y el propio pararrayos está conectado a tierra. En condiciones normales, el pararrayos actúa como aislante, pero cuando se producen sobretensiones como las de los rayos, el pararrayos se convierte en conductor y libera la tensión de sobretensión a tierra. A menudo se utiliza ZnO (óxido de zinc) como material para los descargadores de sobretensiones.

Los transformadores de aislamiento de alta tensión se conectan a tierra de forma similar mediante ZnO en el lado de alimentación. Sin embargo, los transformadores de aislamiento de alta tensión se construyen de forma que los lados primario y secundario estén aislados por un transformador. De este modo, la tensión límite puede reducirse considerablemente. Debido a la diferencia de estructura descrita anteriormente, los transformadores de aislamiento de alta tensión son superiores contra sobretensiones de rayo.

2. Desventajas de los Transformadores de Aislamiento de Alta Tensión

Los transformadores de aislamiento de alta tensión son superiores a los descargadores de sobretensiones en términos de protección contra el rayo. Sin embargo, presentan los tres inconvenientes siguientes.

• El Número de Piezas Aumenta en Comparación con los Pararrayos
  El aumento del número de piezas no sólo incrementa el riesgo de fallo, sino que también tiende a aumentar los costes de mantenimiento. El espacio de instalación también es mayor y los costes de instalación son más elevados.
• Los Transformadores Reducen el Factor de Potencia Superior
  Los transformadores son cargas inductivas, por lo que aumenta la corriente reactiva. Como contramedida, se pueden conectar condensadores de potencia en paralelo, pero de nuevo aumentan los costes.
• El Polo de Tierra Debe Estar Separado de la Carga
  La mayoría de las cargas deben conectarse a tierra a la caja, etc., pero los transformadores de aislamiento de alta tensión requieren un polo de tierra adicional para las sobretensiones de rayo. Si la pértiga de puesta a tierra para sobretensiones de rayo y la pértiga de puesta a tierra del lado de carga están combinadas, el potencial entre el cable de carga y la tierra también aumentará durante las sobretensiones de rayo. La separación de las pértigas de puesta a tierra tiene la desventaja de que aumenta el trabajo de enterramiento de la puesta a tierra y el sistema se complica.

Basándose en las ventajas y desventajas anteriores, decida si utilizar un pararrayos o un transformador de aislamiento de alta tensión.

¿Qué son los Controladores de Puerta?

Un controlador de puerta es un circuito utilizado para accionar y controlar los terminales de puerta de un tipo de MOSFET o IGBT accionado por tensión.

En la actualidad, los controladores de puerta de uso general más comunes son los circuitos que accionan y controlan la puerta de un MOSFET, pero también se dispone de tecnología de circuitos analógicos que utilizan resistencias, diodos, transistores bipolares y de otro tipo. Recientemente, los propios componentes del circuito periférico de controladores de puerta también han evolucionado.

Aunque existe una gran variedad de tipos y combinaciones, lo más práctico es aprender los circuitos de control de accionamiento de tensión de puerta utilizando MOSFETs.

Usos de los Controladores de Puerta

Los controladores de puerta se utilizan para controlar transistores de potencia con un circuito de control sencillo formado sólo por MOSFETs y resistencias de puerta.

La ventaja de los controladores de puerta es el reducido número de componentes. La desventaja es que la velocidad de conmutación y las pérdidas varían mucho en función del valor de la resistencia, y es difícil establecer un valor de resistencia adecuado. Como circuito que mejora este problema de ajuste del valor de la resistencia, también se utiliza en circuitos en los que la puerta de un MOSFET se acciona ON/OFF por separado mediante un diodo.

La tensión del diodo permanece, por lo que no se puede reducir a cero por completo, pero un circuito llamado push-pull, en el que la Pch y la Nch del MOSFET están conectadas arriba y abajo, soluciona este problema. Éste es actualmente el uso más común de los Controladores de Puerta.

Principios de los Controladores de Puerta

Los controladores de puerta consisten en un circuito push-pull de transistores.

Un circuito push-pull es un circuito en el que se utilizan dos transistores para realizar conmutación o amplificación mediante operación alterna. Existen dos tipos de circuitos push-pull: “seguidor de emisor” y “emisor conectado a tierra”, aunque en la mayoría de los casos se trata básicamente de este último.

Los controladores de puerta consisten en circuitos que actúan como intermediarios entre el elemento de potencia, que es el que hace el trabajo pesado en el lugar del transistor, y el microcontrolador, que es el cerebro que ordena la política de control y hace de presidente.

Los elementos de potencia que pueden transportar grandes corrientes son los MOSFET de potencia y los IGBT. En la mayoría de los casos, las tensiones y corrientes que los accionan directamente son insuficientes para las corrientes y tensiones que puede emitir un microcontrolador normal.

Por lo tanto, se necesita un Controladores de Puerta entre los elementos de potencia y el microcontrolador para controlarlos.

Más Información sobre Controladores de Puerta

1. ¿Qué es un Controlador de Puerta Ultrarrápido?

Los controladores de puerta ultrarrápidos son controladores de puerta especializados en conmutación de alta velocidad.

La categoría ultrarrápida se define generalmente como dispositivos con una velocidad de conmutación de varias decenas de ps (pico-segundos) o menos. Pico es 10 a la potencia menos 12, por lo que la velocidad de conmutación es inferior a una billonésima de segundo (menos 12).

Se trata de una evolución que se ha producido como resultado de las recientes innovaciones tecnológicas en los dispositivos semiconductores.

2. Aplicación Práctica de los Controladores de Puerta Ultrarrápidos

Los controladores de puerta de elementos ultrarrápidos de uso práctico son los siguientes.

El primero es el transistor basado en silicio, que es el semiconductor más utilizado, y está disponible en tipos bipolar y MOS. Los tipos bipolares son rápidos, capaces de conmutar durante decenas de picosegundos, mientras que los tipos MOS tienen un funcionamiento retardado pero son adecuados para la integración de circuitos de alta densidad.

El segundo tipo es el transistor de tipo semiconductor compuesto. Entre ellos están los MESFET, que son transistores de efecto campo de tipo puerta Schottky, los HBT, que son transistores heterobipolares, y los HEMT, que son transistores de efecto campo de alta movilidad. Los semiconductores utilizados son compuestos de arseniuro de galio. Son los semiconductores más rápidos que existen en la actualidad, capaces de conmutar en unos pocos picosegundos.

El tercero, aunque todavía en fase de investigación, es el dispositivo Josephson, que utiliza el efecto túnel entre dos tipos de superconductores; tiene la mitad de velocidad de conmutación que el segundo dispositivo y utiliza materiales metálicos como el niobio. Sin embargo, requiere temperaturas criogénicas para funcionar, y aún quedan retos por superar antes de que pueda ponerse en práctica.

3. Controladores de Puerta de SiC

Los controladores de puerta de SiC son elementos semiconductores que han atraído la atención en el mundo de la electrónica de potencia en los últimos años debido a su excelente rendimiento de tensión soportada y su mayor velocidad de conmutación. El término “controlador de puerta de SiC” hace referencia a los controladores de puerta fabricados con semiconductores de carburo de silicio (comúnmente conocidos como SiC), cuyo uso se ha convertido en una tendencia en la industria.

En particular, los MOSFET basados en SiC han contribuido a una mejora significativa del rendimiento de conmutación, que es un problema en los inversores de alta potencia, y han mejorado la disipación del calor, al tiempo que consiguen una alta intensidad de campo de ruptura y velocidad de deriva de portadora.

Sin embargo, el SiC tiene el reto de resolver las diferencias de tensión en diversas configuraciones de composición del SiC.

4. Principales Dispositivos Actuales en Controladores de Puerta

Actualmente, los principales dispositivos que necesitan ser operados por controladores de puerta son dispositivos accionados por tensión como los MOSFETs y los IGBTs. Aunque los controladores de puerta no requieren un flujo constante de corriente, requieren una cuidadosa atención a los valores nominales de corriente y tensión como dispositivos de potencia debido a las corrientes de impulsos cortos que fluyen durante las operaciones de conmutación.

En particular, en el caso de los IGBT, en comparación con los MOSFET, las ventajas de sus características se demuestran a tensiones elevadas de varios 10 V. Por lo tanto, es más seguro seleccionar características de polarización de los Controladores de Puerta que se ajusten lo más posible al rango de tensión y a la aplicación.

5. Modularización y Tendencias Futuras

Los IGBT se caracterizan por su tendencia a funcionar a altas tensiones y a averiarse instantáneamente cuando se superan sus valores nominales máximos. Por esta razón, los módulos IGBT, que combinan IGBT con controladores de puerta ICs y circuitos de protección, son más fáciles de usar que los IGBT solos (discretos), y son ahora ampliamente aceptados en el mercado.

Las tendencias futuras en el desarrollo de la tecnología de controladores de puerta serán el desarrollo de circuitos integrados para aplicaciones específicas, como amplificadores de clase D y accionamientos de motores, así como productos más compactos, de alto rendimiento y fáciles de usar. Estos Controladores de Puerta estarán a la altura de los ya mencionados Controladores de Puerta para semiconductores SiC y dispositivos GaN.

¿Qué son los Permalloys?

Permalloy es un tipo de aleación de níquel y hierro, especialmente una con un contenido de níquel del 35-80%.

Permalloy tiene una coercitividad baja y una permeabilidad alta, y se caracteriza por su alto efecto de blindaje magnético y sus propiedades de alta captación de magnetización.

Otra propiedad es que puede presentar una alta magnetización mediante la aplicación de campos magnéticos finos, y también aumenta la impedancia en los circuitos de corriente alterna.

Aplicaciones del Permalloy

Permalloy se utiliza para evitar fugas magnéticas en los cabezales magnéticos instalados en dispositivos de grabación magnética como televisores, ordenadores, cintas de vídeo y discos duros. Las propiedades antes mencionadas hacen que permalloy sea adecuado para su uso como material de blindaje magnético.

Además, la medición biomagnética, un método de diagnóstico de próxima generación que ha atraído la atención en los últimos años, requiere la medición de campos magnéticos extremadamente débiles y debe bloquearse la influencia de los campos magnéticos ambientales. Por lo tanto, se ha instalado una sala blindada magnéticamente con blindaje magnético de Permalloy para evitar la influencia de los campos magnéticos ambientales.

El Principio de Permalloy

Permalloy es un tipo de aleación de níquel-hierro con un contenido particularmente alto de níquel de 35-80%, pero permalloy sin procesar no tiene una permeabilidad magnética muy alta. permalloy se somete a los procesos de “recocido magnético” y “quemado de alivio de tensión”.

1. Recocido Magnético

El recocido magnético es un tratamiento térmico para eliminar las películas de óxido y otras sustancias que impiden el movimiento de los dominios magnéticos en permalloy, donde el momento magnético de los átomos está alineado. Esto puede lograrse mediante la eliminación de las impurezas.

La eliminación de estas impurezas promueve el movimiento de las paredes magnéticas y la rotación de los dominios magnéticos cuando se aplica un campo magnético externo, mejorando así las propiedades magnéticas blandas. La permeabilidad magnética de Permalloy después del recocido magnético es aproximadamente 100 veces mayor que la de Permalloy antes del recocido magnético.

2. Quemado por Deformación

El estirado y el quemado es un proceso que se lleva a cabo a temperaturas más bajas que el recocido magnético para eliminar las tensiones residuales por recristalización. El objetivo es facilitar su procesamiento. También es posible conseguir una permeabilidad magnética aún mayor añadiendo molibdeno, cobre o cromo.

Otra Información sobre Permalloy

1. Principales Tipos de Permalloy y Propiedades Magnéticas

Hay varios tipos de permalloy, que se utilizan para diferentes aplicaciones. Dos de los más utilizados son la permalloy B (PB) y la permalloy C (PC): la PB consiste en una aleación binaria de hierro y níquel, mientras que la PC es una aleación múltiple de hierro, níquel, molibdeno (Mo) y cobre (Cu).

En los materiales magnéticos, cuanto mayor es la magnetización de saturación Bs, que indica el valor absoluto de la fuerza magnética, más adecuado es el material para el blindaje magnético contra campos magnéticos intensos. Por otro lado, cuanto mayor sea la permeabilidad magnética μ (cuanto mayor sea la permeabilidad máxima cerca de la magnetización de saturación Bs), más adecuado es para el blindaje magnético en campos magnéticos débiles, ya que puede hacer frente a los cambios en los campos magnéticos débiles.

En este caso, la permeabilidad máxima de los mencionados PB y PC respectivamente es de 50.000 para PB y 180.000 para PC, mientras que la magnetización de saturación Bs es de 1,55 T para PB y 1,72 T para PC. Esto significa que el PB, con su alta magnetización de saturación, es adecuado para el apantallamiento en campos magnéticos fuertes, mientras que el PC, con su alta permeabilidad, es adecuado para el apantallamiento en campos magnéticos débiles.

2. Ejemplos Prácticos de Núcleos de Permalloy

Además de su función de blindaje magnético descrita hasta ahora, permalloy también tiene una función como núcleo que detecta los campos magnéticos débiles y aumenta el flujo magnético para la salida, y se utiliza como núcleo en sensores de corriente y transformadores. Los sensores de corriente son sensores para medir la corriente. Cuando una corriente fluye a través de un conductor, el flujo magnético se induce en el núcleo y la magnitud del campo magnético se utiliza para medir el valor de la corriente.

Un transformador es un dispositivo de conversión de tensión y de aislamiento entre circuitos, que consta de una bobina de entrada y una bobina de salida enrolladas independientemente en un solo núcleo, de modo que cuando fluye corriente en la bobina de entrada, sale una tensión hacia la bobina de salida debido a la naturaleza de la inducción electromagnética. El uso de Permalloy, con su alta permeabilidad magnética, permite reducir el tamaño del transformador.

3. Procesabilidad de Permalloy

permalloy se deforma con flexibilidad y es muy procesable. Al igual que otros metales, se puede procesar por doblado, corte, prensado y punzonado. Sin embargo, las aleaciones de níquel, de las cuales permalloy forma parte, son representativas de los materiales que generalmente se consideran difíciles de cortar. Por esta razón, el corte de permalloy requiere un alto nivel de conocimientos técnicos.

permalloy se utiliza ampliamente en escudos magnéticos, instrumentos de medición, cabezas magnéticas, equipos de audio y cables de comunicación, y se procesa y utiliza en una amplia variedad de formas, incluyendo formas cilíndricas, placas, anillos, alambres y láminas, dependiendo de la aplicación.

¿Qué es una Soldadora de Resistencia?

Las soldadoras de resistencia son máquinas que se utilizan para soldar metales.

La pieza a soldar se sujeta entre electrodos y se aplica presión al metal mientras se le aplica electricidad. Como utiliza el calor Joule generado por la resistencia del metal que se va a soldar, hay una gran variedad de tipos, incluidos los tipos inversor, transistor y condensador, en función del método de flujo de corriente. Según el método de flujo de corriente, también pueden dividirse en tipos de punto directo, punto indirecto, punto en serie y punto doble.

Debido a su construcción, las soldadoras de resistencia se utilizan principalmente para soldar objetos planos como chapas y tubos. Pueden utilizarse para una amplia gama de aplicaciones, como paneles de carrocería de automóviles y estructuras de acero para la construcción. Las soldadoras de resistencia sueldan instantáneamente y tienen altas velocidades de soldadura y gran resistencia. Sin embargo, las soldadoras de resistencia pueden no utilizarse para determinados materiales a soldar.

Por ejemplo, el aluminio y el acero inoxidable son difíciles de soldar eficazmente debido a sus bajos valores de resistencia. Además, el calor producido durante la soldadura puede provocar distorsiones. Por lo tanto, también hay que tener en cuenta que es necesario un control preciso del calentamiento.

Usos de las Soldadoras de Resistencia

Las soldadoras de resistencia se utilizan principalmente en líneas de producción de fábricas en las que es necesario soldar. Por ejemplo, se utilizan para soldar piezas de carrocerías de automóviles y para unir las carcasas de electrodomésticos. También se utilizan en obras para soldar armazones de acero para la construcción, y se emplean en una gran variedad de aplicaciones.

Las soldadoras de resistencia se caracterizan por una alta velocidad de soldadura y pocas piezas consumibles. Esto hace que sean fáciles de automatizar en la producción en masa y se utilizan con frecuencia en líneas de producción en masa. En los últimos años, las Soldadoras de Resistencia se han desarrollado para la automatización y ahora se utilizan en los procesos de fabricación de automóviles y electrodomésticos.

A la hora de seleccionar una soldadoras de resistencia, es necesario tener en cuenta aspectos como el consumo eléctrico, los costes de electricidad y equipos, el impacto sobre otros equipos eléctricos, el tipo y grosor del metal que se va a soldar y la calidad de la soldadura. Además, en función del método de instalación, la precisión y la velocidad de la soldadura, así como el rango de soldadura que puede realizarse, pueden variar, por lo que debe seleccionarse la Soldadoras de Resistencia adecuada para la aplicación.

Principio de las Soldadoras de Resistencia

Las soldadoras de resistencia constan de cuatro elementos: la fuente de alimentación, el transformador, el dispositivo de control de la presión y el electrodo. La corriente suministrada por la fuente de alimentación es convertida en una corriente elevada por el transformador y fluye hasta el electrodo. El electrodo es presionado contra el metal por el dispositivo de control de la presión y la corriente que fluye a través del metal genera calor Joule, lo que permite soldar metal con metal.

Existen tres tipos de soldadoras de resistencia: de corriente alterna monofásica, de inversor y de condensador. Las de corriente alterna monofásica se utilizan mucho para fines generales porque el equipo es sencillo y barato. El tipo inversor, por su parte, utiliza un inversor para convertir la corriente alterna en corriente continua para soldar, lo que permite una soldadura de alta calidad y se utiliza para soldar aluminio y chapas de acero chapado. El tipo condensador almacena la electricidad en un condensador y la libera toda de una vez, permitiendo que fluya una gran corriente. Son adecuados para soldar durante cortos periodos de tiempo, pero no para soldar de forma continua, ya que se necesita tiempo para almacenar la electricidad.

Más Información sobre Soldadoras de Resistencia

Cómo utilizar las Soldadoras de Resistencia

El metal a soldar se coloca entre el ánodo y el cátodo, y se descarga mientras se aplica presión entre los electrodos mediante un pedal o un pulsador, calentándose y soldándose en un instante. El tiempo de descarga debe ajustarse de antemano en función del tipo y grosor del metal a soldar.

Durante la soldadura de prueba, se ajustan la corriente y el tiempo adecuados para garantizar que la resistencia de la soldadura sea suficiente y que la soldadura no se queme demasiado. En general, el cobre y el aluminio, que son fáciles de soldar con corriente eléctrica, son difíciles de soldar, por lo que hay que aumentar la corriente y prolongar el tiempo.

El alambre de nicromo y la chapa de acero son más fáciles de soldar debido a su mayor resistencia y pueden soldarse en menos tiempo.

¿Qué es un Sonómetro?

Un sonómetro es un aparato para medir el ruido ambiental y el ruido emitido por las máquinas.

En la medición del ruido, es necesario tener en cuenta cómo oyen el sonido las personas, en lugar de medir simplemente el volumen. Por ello, para medir el grado de ruido se utiliza el “nivel de ruido”, que se calcula ponderando la presión sonora de los sonidos fuertes o desagradables.

Existen dos tipos de sonómetros en función de la precisión de la medición del ruido: sonómetros ordinarios y sonómetros de precisión.

Aplicaciones de los Sonómetros

Los sonómetros se utilizan principalmente en aplicaciones industriales.

Se utilizan para medir el ruido de las máquinas en obras y fábricas. Los límites de ruido permitidos están fijados por ley, y es necesario comprobar que se cumplen las normas de ruido durante las obras de construcción o al introducir maquinaria nueva.

Además, al construir una casa, el nivel de ruido en su interior debe mantenerse por debajo de la norma. Por lo tanto, se utilizan sonómetros para medir el ruido emitido por las carreteras y trenes circundantes antes de la construcción.

Principios de los Sonómetros

Un sonómetro consta de un micrófono, un amplificador, una unidad de ponderación de frecuencias, una unidad de cálculo del nivel de ruido y una unidad de visualización. El principio de funcionamiento de un Sonómetros puede dividirse en los tres pasos siguientes

1. Captación del Sonido en el Lugar de Medición

La función del micrófono es captar el sonido ambiente y convertirlo en una señal eléctrica. El micrófono utiliza una membrana de diafragma y mide la frecuencia por el periodo de vibración del diafragma y la presión sonora por la amplitud de vibración. A continuación, un amplificador amplifica la señal eléctrica generada por el micrófono.
En función de la precisión de medición del micrófono, los sonómetros se clasifican en dos tipos: sonómetros ordinarios y sonómetros de precisión.

2. Ponderación de Frecuencias

Las frecuencias de las señales eléctricas amplificadas por la sección de ponderación de frecuencia se ponderan en función de las frecuencias más fáciles de oír para las personas.

3. Cálculo del Nivel de Ruido

La función de la sección de cálculo del nivel de ruido es calcular el nivel de ruido utilizando las frecuencias ponderadas y la presión sonora. Durante el cálculo, se utiliza una curva de igual sonoridad.

Cómo Elegir un Sonómetro

Existe una gran variedad de sonómetros con precios que oscilan entre varios miles y varios cientos de miles de yenes. Cuando se utiliza un sonómetro, es necesario seleccionarlo en función de la aplicación.

1. Selección de un Sonómetro de Precisión

Un sonómetro de precisión se selecciona cuando se requieren datos altamente fiables, como en la investigación universitaria o en la evaluación y desarrollo de equipos acústicos.
Los sonómetros de precisión se fabrican de acuerdo con las especificaciones de la Ley de Medición, por lo que pueden adquirir datos que pueden ser utilizados por instituciones públicas como los tribunales de justicia. La precisión de la medición está dentro de 0,7 dB y el rango de frecuencia va de 20 a 12500 Hz.
Es un sonómetro de precisión de muy alta prestación, pero su precio es elevado, aproximadamente 20 000 dólares.

2. Selección de un Sonómetro Ordinario

Un sonómetro ordinario es adecuado para medir el ruido ambiental en fábricas y residencias, aunque no se exige que sea lo suficientemente preciso como para presentarlo a una institución pública.
Los sonómetros ordinarios también se ajustan a la Ley de Medición y pueden medir con una precisión de 1,5 dB y en la banda de frecuencias de 20 a 8000 Hz. El precio de la mayoría de los productos ronda los 100.000 yenes.

3. Selección de Sonómetros Sencillos

Un sonómetro sencillo es la mejor opción si desea comprobar el nivel de ruido de forma orientativa.
Aunque es inferior al anterior en cuanto a prestaciones como precisión y banda de frecuencias, puede adquirirse a un precio a partir de varios miles de yenes, y cualquiera puede medir fácilmente el nivel de ruido.

4. Selección de la Respuesta en Frecuencia

Al seleccionar un sonómetro, es necesario tener en cuenta la respuesta en frecuencia. Existen dos tipos de respuesta en frecuencia: ‘respuesta A’ y ‘respuesta C’.
La “ponderación A” pondera las frecuencias en función de la sensibilidad auditiva humana. Es adecuada para medir el ruido cotidiano. Básicamente, todos los productos se basan en la respuesta en frecuencia ponderada A.
La ‘característica C’ es fácil de detectar en cualquier banda de frecuencias. Si desea medir con precisión, por ejemplo, el ruido de accionamiento de un motor, seleccione un producto con la característica C, que se ve menos afectada por la respuesta en frecuencia.

Más información sobre Sonómetros

Cómo Utilizar un Sonómetro

Lo más importante que hay que tener en cuenta al utilizar un sonómetro es el efecto del sonido reflejado. El sonido se refleja cuando choca contra un objeto, por lo que el sonómetro debe colocarse lo más lejos posible de la pared al realizar la medición. Lo ideal es que la distancia sea de al menos 3,5 m.

Los sonómetros deben fijarse en un trípode o similar, con el micrófono orientado hacia la fuente de sonido. Si la persona que mide el sonómetro lo lleva en la mano, debe sostenerlo lo más lejos posible de su cuerpo, para no captar ningún sonido reflejado por éste.

¿Qué es un Sensor de Fibra Óptica?

Los sensores de fibra óptica utilizan una guía de ondas ópticas dentro de una fibra óptica delgada hecha de resina o vidrio de cuarzo, que se utiliza para diversas aplicaciones de detección en el lugar de fabricación.

Los sensores de fibra óptica tienen un cable flexible y fino y un cabezal sensor pequeño que permite la detección en espacios reducidos y de objetos pequeños, y son adecuados para la detección en una amplia gama de entornos porque no se ven afectados por influencias electromagnéticas, entre otras características. Dependiendo del material del revestimiento de fibra óptica, también pueden utilizarse en entornos de alta temperatura o en presencia de aceite o productos químicos.

Aplicaciones de los Sensores de Fibra Óptica

La principal aplicación de los sensores de fibra óptica es la detección de objetos. Puede detectar la presencia, el paso y la velocidad de movimiento de objetos en la zona de detección donde se irradia la luz.

Como la detección se basa en el sombreado y la reflexión de la luz, los sensores de fibra pueden detectar la presencia o ausencia y el color de sólidos en general, como madera y resina, así como metal, y también pueden detectar vidrio transparente, etc. Se utilizan ampliamente en diversos centros de fabricación, desde la detección de productos en general sin contacto hasta la detección y posicionamiento de productos extremadamente pequeños en espacios estrechos.

Además, no sólo se pueden detectar sólidos, sino también líquidos, deformación y temperatura, y también se utilizan sensores de corriente para medir sin contacto el valor de la corriente que circula por los conductores.

Estructura de los Sensores de Fibra Óptica

Un sensor de fibra óptica consta de una parte emisora de luz, que consiste en una unidad de fibra en forma de cable que emite luz mientras la atraviesa y un amplificador de fibra que tiene una fuente de luz y funciones de amplificación óptica, y una parte receptora de luz que la recibe.

La fibra óptica en el centro de la unidad de fibra consta de un núcleo con un índice de refracción alto y un revestimiento con un índice de refracción bajo, que se forma finamente principalmente a partir de vidrio de cuarzo o plástico, y se utiliza como guía de ondas ópticas utilizando el fenómeno de la reflexión total de la luz dentro de la fibra.

Los amplificadores de fibra están estructurados principalmente con un amplificador óptico y un circuito de detección entre el emisor y el receptor de luz, utilizándose fibras dopadas con tierras raras como medio de amplificación óptica más importante, y la detección se consigue amplificando la luz incidente mediante la emisión inducida de luz de excitación. En función de estas características, algunos productos están equipados con funciones de ajuste de la sensibilidad y de fijación y modificación del umbral.

Los sensores de fibra óptica pueden clasificarse a grandes rasgos en tipos con unidades de fibra y amplificadores de fibra independientes y tipos con amplificadores de fibra incorporados, y sus métodos de detección incluyen los tipos de transmisión, reflexión, retrorreflexión y reflexión limitada.

Principio de los Sensores de Fibra

Los sensores de fibra realizan varios tipos de detección basados en la información (longitud de onda, intensidad de la luz) de la luz emitida por la parte emisora de luz y la luz recibida por la parte receptora de luz.

1. Detección General de Objetos

El principio de detección más básico consiste en detectar la presencia o ausencia de un objeto cuando se interrumpe el paso de la luz de la parte emisora a la parte receptora. Es posible detectar el paso de un objeto bloqueando la luz durante un breve periodo de tiempo, o medir el tiempo de reflexión y la velocidad a la que se mueve el objeto proporcionando también un medio receptor de luz en la parte emisora de luz.

Los objetos transparentes, como el vidrio, son difíciles de detectar porque la luz los atraviesa, pero pueden detectarse midiendo con precisión el cambio en la intensidad de la luz causado por el cambio del índice de refracción en la superficie (aire ⇔ vidrio).

2. Detección de Líquidos

Los sensores de fibra óptica se utilizan para detectar no sólo sólidos sino también líquidos utilizando las propiedades de refracción de la luz del líquido.

Los de tipo tubular proyectan la luz desde la pared del tubo. Si no hay líquido en el tubo, la luz viaja en línea recta; si hay líquido, la luz se refracta y entra por el lado receptor de la luz. De este modo se detecta la presencia o ausencia de líquido. Este tipo puede detectar líquidos transparentes, pero no líquidos opacos que no dejan pasar la luz.

En el tipo húmedo, el proyector y el receptor están instalados paralelamente en un tubo cónico de resina en el extremo, y cuando no está en contacto con el líquido, la luz es refractada por el cono y vuelve al receptor. Cuando está mojado, el índice de refracción cambia y no vuelve la luz. Así es como se detecta el líquido mojado.

De este modo, los sensores de fibra se utilizan para detectar la presencia de líquido, el nivel de líquido y las fugas. En la detección de líquidos, los tubos de resina suelen ser de teflón, que puede utilizarse para productos químicos y agua a alta temperatura, y son aplicables a una amplia gama de aplicaciones.

3. Detección del Color

El color de un objeto se determina por la distribución de longitudes de onda de la luz reflejada según la reflectancia o el índice de refracción relativo a la longitud de onda (color) de la luz irradiada. Esto puede utilizarse para detectar el color con sensores de fibra.

4. Detección de Temperatura y Deformación

Las fibras ópticas tienen una estructura doble con un núcleo y una sección de revestimiento en la dirección radial, pero irradiando luz ultravioleta especial en el proceso de fabricación, se pueden generar regiones con índices de refracción parcialmente diferentes a intervalos regulares en la dirección axial, que se denominan rejillas de Bragg de fibra (FBG). La imagen de una fibra óptica en este caso es una serie de cilindros con FBG en ambos extremos.

Los FBG reflejan sólo determinadas longitudes de onda en función del espaciado generado y del índice de refracción, de modo que cuando la fibra óptica se expande o contrae por cambios de temperatura, cambia la longitud de onda de la luz reflejada y el tiempo que tarda en volver. Esto permite utilizarlas como sensores de temperatura.

Cuando se instala en una estructura, la longitud de la fibra cambia con la deformación de la estructura, por lo que también puede utilizarse como sensor de deformación. Se aplica a estructuras sometidas constantemente a fuerzas externas, como grandes edificios, túneles y tuberías, así como a turbinas eólicas marinas, que son una forma de energía renovable. Cuando se conecta un peso, la longitud de la fibra óptica cambia en función de la fuerza de aceleración aplicada cuando el peso se mueve, por lo que también puede utilizarse como sensor de aceleración.

5. Detección del Valor de la Corriente

El efecto Faraday se utiliza para la detección del valor de la corriente mediante sensores de fibra. Cuando fluye una corriente a través de un conductor, se genera un campo magnético concéntrico según la ley del hilo de la derecha. El efecto Faraday es un fenómeno en el que el plano de polarización de la luz que atraviesa una fibra óptica a lo largo de este campo magnético gira en función de la intensidad del campo magnético. El valor de la corriente se detecta midiendo el ángulo de rotación de este plano de polarización.

Más información sobre los Sensores de Fibra

Acerca de los Amplificadores de Fibra

Los sensores de fibra óptica utilizan generalmente luz LED, que es transportada por una fibra óptica hasta la unidad de detección e irradiada mediante una lente o similar. Los problemas más comunes de estos sensores son el deterioro de la luz LED por el paso del tiempo y la adherencia de suciedad a la lente. Cuando se dan estas condiciones, la intensidad luminosa de la luz irradiada disminuye, provocando una detección falsa y dando lugar a problemas en el equipo, por lo que se utilizan amplificadores de fibra.

La función del amplificador de fibra es detectar y compensar automáticamente la disminución de la intensidad de la luz, detectando los cambios en la luz del LED a lo largo del tiempo y aumentando la salida en consecuencia para mantener constante la intensidad de la luz. También establece la detección de objetos por la tasa de disminución en lugar de la cantidad de disminución de la intensidad luminosa, y compensa automáticamente juzgando la relación de intensidad luminosa relativa entre la luz emisora y la receptora.

De este modo, se están desarrollando uno tras otro productos y funciones para compensar las deficiencias de los sensores de fibra óptica, y su buen uso evita problemas.

¿Qué es un Sistemas de Curado UV?

Los sistemas de curado UV son dispositivos que utilizan una fuente de luz UV como fuente de luz para irradiar luz UV.

Existen tres tipos de irradiadores UV en función del rango de irradiación UV: tipo punto, tipo línea y tipo área. Además, dependiendo del tipo de fuente de luz UV, se pueden dividir en fuentes de luz de lámpara y fuentes de luz LED.Durante la irradiación UV, la temperatura alrededor del equipo se vuelve alta, por lo que el equipo necesita ser enfriado. Por esta razón, los Sistemas de Curado UV se combinan con sistemas de refrigeración por agua o por aire.

Algunos también disponen de equipos ópticos como lentes, espejos y filtros para facilitar el uso de la luz de irradiación UV. Durante la irradiación UV, los rayos UV no deben ser vistos directamente por el ojo, ya que su energía es lo suficientemente alta como para descomponer la materia orgánica. Además, hay que tener cuidado al manipular el equipo, por ejemplo ventilándolo, ya que se genera ozono.

Usos de los Sistemas de Curado UV

Los sistemas de curado UV se utilizan en diversos campos, aprovechando la alta energía fotónica de la radiación UV. Las aplicaciones específicas incluyen el curado y secado de resinas y otros materiales, la esterilización de microorganismos, la eliminación de materia orgánica y la desodorización por ozono.

Existen varios tipos de sistemas de curado UV, que se utilizan dependiendo de la aplicación. Los irradiadores UV de tipo puntual son adecuados para irradiar zonas estrechas, mientras que las fuentes de luz UV de tipo lineal y de área son adecuadas para irradiar materiales con una gran superficie, como madera o placas de plástico.

Principio de los Sistemas de Curado UV

Los sistemas de curado UV son dispositivos que irradian radiación ultravioleta generada por una fuente de luz UV, que consiste en mercurio y gases nobles atrapados como gases en un tubo de vidrio entre electrodos. El sistema utiliza la radiación ultravioleta generada durante la descarga.

El calor se genera en el tubo de vidrio cuando los electrodos reciben energía. El emisor (material emisor de electrones) libera los electrones que retiene bajo la acción del calor y los electrones se desplazan a lo largo del capilar de vidrio. La colisión de los electrones con las moléculas de mercurio permite emitir luz ultravioleta.

El ultravioleta tiene una longitud de onda específica debido a la acción del vidrio y de la pintura fluorescente. Como materiales de vidrio se utilizan el vidrio de cuarzo y el vidrio de cuarzo sintético, el primero para las lámparas de mercurio de alta presión y de halogenuros metálicos y el segundo para las lámparas de mercurio de baja presión.

Otros Datos sobre los Sistemas de Curado UV

1. Longitudes de Onda de los Sistemas de Curado UV

Los sistemas de curado UV son productos que utilizan longitudes de onda ultravioleta, que se encuentran entre la longitud de onda X (1 pm a 10 pm), un tipo de onda electromagnética similar a las ondas de radio y a la luz solar, y la luz visible (380 nm a 770 nm), un tipo de onda electromagnética que puede ser reconocida por el ojo humano.

Las longitudes de onda de la radiación ultravioleta se dividen en tres categorías principales según sus longitudes de onda aproximadas: UV-A, con longitudes de onda que van de 315 nm a 400 nm; UV-B, con longitudes de onda que van de 280 nm a 315 nm; y UV-C, con longitudes de onda que van de 100 nm a 280 nm. Las longitudes de onda en UV-C se denominan V-UV (por debajo de 200 nm). nm e inferiores), que a veces se distingue del ultravioleta de vacío (V-UV).

La longitud de onda del sistemas de curado UV puede seleccionarse en función de la aplicación y el objetivo de la irradiación, por lo que es importante seleccionar los medios utilizados en función de la longitud de onda.

2. Esterilización con Sistemas de Curado UV

La esterilización con sistemas de curado UV utiliza la gama de longitudes de onda UV-C contenida en la radiación ultravioleta. Dependiendo del irradiador utilizado para la irradiación de esterilización, la acción específica de la radiación electromagnética UV-C natural es producir ozono, esterilizar, desodorizar y limpiar el aire.

Se cree que la irradiación de bacterias y virus con las longitudes de onda utilizadas en la esterilización provoca una reacción fotoquímica en el ácido desoxirribonucleico (ADN) de las células, que rompe la información genética y las mata. Y este efecto es eficaz contra muchas bacterias y virus. Esta reacción de degradación del ADN inducida por los rayos UV también se produce en el cuerpo humano, pero hasta cierto punto no supone un problema, ya que el organismo dispone de mecanismos para reparar el ADN degradado.

Por estas razones, la esterilización con sistemas de curado UV puede utilizarse en zonas que no pueden esterilizarse con productos químicos o en instalaciones médicas. Normalmente, en la fotoesterilización se introducen lámparas de mercurio de baja o alta presión como fuente de luz. En los últimos años, se ha aplicado un método denominado esterilización por xenón pulsado en el proceso farmacéutico y la industria alimentaria. Se trata de una tecnología que ha llamado la atención en los últimos años, ya que la emisión pulsada de lámparas de xenón con alta capacidad esterilizadora es significativamente más eficaz que los métodos convencionales de esterilización, como las lámparas de mercurio.