¿Qué es un Sensor Óptico?
Los sensores ópticos, también conocidos como elementos receptores de luz, son dispositivos semiconductores que detectan y convierten las propiedades de la luz en señales eléctricas. Estos sensores son utilizados como parte de sistemas de detección óptica, y existen diversos tipos para adaptarse a diferentes situaciones. Desde sensores que detectan si una fuente de luz se encuentra dentro de un valor específico y emiten una señal de encendido o apagado, hasta sensores más sensibles que pueden detectar fotones individuales.
Los sensores ópticos también se emplean en detectores de movimiento en puertas automáticas, ofreciendo una respuesta rápida sin demoras adicionales. Además, al funcionar mediante la detección de luz, no requieren contacto físico con personas u objetos, lo que evita la contaminación del objeto detectado. Por estas razones, los sensores ópticos son ampliamente utilizados tanto en aplicaciones industriales como de consumo.
Es importante tener en cuenta que la luz incluye no solo la luz visible, sino también rayos ultravioleta e infrarrojos invisibles. Por lo tanto, al seleccionar un sensor óptico, es necesario considerar la longitud de onda de la luz que se desea detectar.
Existen dos tipos principales de sensores de luz: aquellos que utilizan semiconductores, como los fotodiodos, y aquellos que emplean tubos fotomultiplicadores. Cada tipo tiene sus propias características y aplicaciones específicas.
Usos de los Sensores Ópticos
En los últimos años, los sensores ópticos han encontrado cada vez más aplicaciones en la automatización de equipos en la vida cotidiana. Un ejemplo común es el uso de sensores ópticos para la detección de luz infrarroja en mandos a distancia de televisión y audio, que permiten el control remoto de los dispositivos. También se utilizan en cámaras para el enfoque automático y en sensores de imagen.
En entornos públicos, los sensores de luz se utilizan en una amplia variedad de aplicaciones. Por ejemplo, en cajeros automáticos (ATM), se emplean para la detección de tarjetas, billetes y mecanismos internos. En máquinas expendedoras, se utilizan para la detección de monedas y billetes. Los sensores ópticos también se utilizan en baños públicos, donde la luz se enciende automáticamente cuando se detecta la presencia de una persona, y se apaga cuando no hay nadie, contribuyendo así al ahorro de energía.
En la industria alimentaria, los sensores ópticos se utilizan para verificar el contenido de azúcar en frutas. Estos sensores permiten medir el contenido de azúcar sin dañar la fruta, basándose en el principio de que la cantidad de componentes azucarados y ácidos disueltos en el jugo afecta el índice de refracción de la luz.
En el campo de la astronomía, los sensores ópticos también desempeñan un papel importante. Anteriormente, las imágenes astronómicas se registraban en placas fotográficas, pero desde la década de 1990 se han adoptado los dispositivos de carga acoplada (CCD) como sensores de imagen más eficientes y precisos.
Tecnología de Sensores Ópticos
En los últimos años, la tecnología de sensores ópticos ha progresado notablemente. En el ámbito industrial, los ensayos no destructivos son un método de inspección que permite examinar el estado de un objeto sin destruirlo. Aplicando radiación u ondas ultrasónicas al objeto, se puede comprobar el grado de daño y cicatrización sin destruir el objeto. Un método similar a este método de inspección, denominado espectroscopia de infrarrojo cercano, se utiliza para los sensores ópticos. La espectroscopia de infrarrojo cercano se utiliza en sensores espectroscópicos de infrarrojo cercano y es un mecanismo que no afecta al objeto observado. La radiación infrarroja se clasifica en “infrarrojo cercano”, “infrarrojo medio” e “infrarrojo lejano”, de los cuales los sensores espectroscópicos de infrarrojo cercano se ocupan de la radiación infrarroja cercana.
Los sensores espectroscópicos de infrarrojo cercano pueden observar una amplia gama de materiales inorgánicos y orgánicos. Por ejemplo, se utilizan junto con el campo del aprendizaje automático para comprobar si el hormigón se está deteriorando en materiales inorgánicos, y en materiales orgánicos para observar la cantidad de grasa en el cuerpo de las personas y los peces.
De este modo, la tecnología de los sensores de luz sigue evolucionando, no sólo en un campo, sino también incorporando otras tecnologías.
Principios de los Sensores Ópticos
Existen muchos métodos de detección para los sensores de luz. Los principales son los de tipo transmisivo y retrorreflectante. El tipo transmisivo requiere un proyector emisor de luz y un receptor receptor de luz, y reacciona cuando hay una obstrucción entre ellos. En el tipo retrorreflectante, el proyector y el receptor están integrados y la luz emitida por el proyector rebota en el reflector, que detecta la interrupción de la luz.
En principio, también existen dos tipos de sensores, uno que utiliza el efecto fotoeléctrico interno y otro que utiliza el efecto fotoeléctrico externo.
Efecto Fotoeléctrico Interno
Utiliza semiconductores, como los fotodiodos, y aprovecha el efecto fotovoltaico o fotoconductor. Las células de silicio cubren la gama de la luz visible, mientras que las células de germanio cubren las longitudes de onda del ultravioleta al infrarrojo. Los CCD, utilizados a menudo en las cámaras fotográficas, se sitúan en la gama de la luz visible.
Efecto Fotoeléctrico Externo
Cuando se irradia luz, los electrones son expulsados del cátodo y recogidos en el ánodo, donde son amplificados y detectados. Los sensores que utilizan tubos fotomultiplicadores pueden detectar una amplia gama que va desde la región ultravioleta de vacío hasta 1700㎛. Los sensores que utilizan fototubos también pueden detectar desde la luz ultravioleta hasta la luz visible.
Características de los Sensores Ópticos
Los productos sensores ópticos están disponibles en los siguientes tipos, que están diseñados para adaptarse al objetivo de detección y tienen características en la trayectoria de la luz.
1. Fotosensores Transmisivos
La luz emitida por el elemento emisor de luz tiene una estructura en forma de U con ambos elementos enfrentados, de modo que la luz emitida por el elemento emisor de luz incide en el elemento receptor de luz con una cierta distancia entre ambos elementos. La luz emitida por el elemento emisor de luz se mide en la salida del elemento receptor de luz, que cambia debido al apantallamiento.
2. Fotosensor Separado
Los elementos emisor y receptor de luz se encuentran en un paquete separado y pueden ajustarse arbitrariamente consiguiendo una distancia entre los sensores larga.
3. Fotosensores Reflectantes
Los elementos emisores y receptores de luz están alineados en la misma dirección o montados en un ángulo determinado. La luz del elemento emisor de luz se proyecta sobre un determinado objeto detectable y la luz reflejada por éste es medida por el elemento receptor de luz.
4. Fotocélula Prismática
Sensor de luz con elementos emisores y receptores de luz alineados en la misma dirección y montados en un ángulo determinado, en el que la luz se mide a través de un prisma situado entre los elementos emisor y receptor de luz.
5. Fotosensor de Actuador
Combinando un fotosensor de tipo transmisión con un actuador (palanca) que realiza un movimiento de rotación, el sensor se identifica mecánicamente mediante el bloqueo con una palanca.