El documento describe diferentes tipos de transductores, incluyendo transductores electroacústicos, electromagnéticos, electrostáticos y piezoeléctricos. También describe galgas extensiométricas, que son sensores cuya resistencia varía con la fuerza aplicada y se usan para medir tensiones mediante la conversión de fuerzas en cambios de resistencia eléctrica. Estos transductores y sensores se usan ampliamente en la industria, medicina, agricultura y otros campos para medir magnitudes físicas.

1. • INGENIERIA EN SISTEMAS COMPUTACIONALES
• DEFINICIONES
• PROFESOR : ROBERTO BADILLO TRISTAN
• ALUMNO: JORGE GIRIDHARI AVILA RUIZ
• ASIGNATURA : ELECTRONICA

2. • Un transductor es un dispositivo capaz de transformar o
convertir un determinado tipo de energía de entrada, en
otra diferente a la salida.
• El nombre del transductor ya nos indica cual es la
transformación que realiza (por ejemplo electromecánica,
transforma una señal eléctrica en mecánica o viceversa).
Es un dispositivo usado principalmente en la industria, en
la medicina, en la agricultura, en robótica, en
aeronáutica, etc. para obtener la información de entornos
físicos y químicos y conseguir (a partir de esta
información) señales o impulsos eléctricos o viceversa.
Los transductores siempre consumen cierta cantidad de
energía por lo que la señal medida resulta atenuada.

3. • Un transductor electroacústico es aquel dispositivo que
transforma la electricidad en sonido, o viceversa.
• Son ejemplos de este tipo de artefactos son los micrófonos:
estos son transductores electroacústicos que convierten la
energía acústica (vibraciones sonoras: oscilaciones en la
presión del aire) en energía eléctrica (variaciones de voltaje),
un altavoz también es un transductor electroacústico, pero
sigue el camino contrario: un altavoz transforma la corriente
eléctrica en vibraciones sonoras.
• La transducción o transformación de energía, se hace en dos
fases. El modelo teórico de un transductor electroacústico, se
basa en un transductor electromecánico y un transductor
mecánico-acústico. Esto significa, que se estudia por un lado
la transformación de la energía eléctrica en mecánica, ya que
se genera un movimiento, y por otro lado se estudia la
transformación de la energía mecánica en acústica, ya que el
movimiento genera energía acústica.

4. • Un transductor electromagnético es un transductor que
transforma electricidad en energía magnética o viceversa. Por
ejemplo, un electroimán es un dispositivo que convierte la
electricidad en magnetismo o viceversa (flujo magnético en
electricidad).
• A veces este término es empleado erróneamente
como sensor electromagnético, como los sensores de
distancia de los taxímetros.
• El transductor electromecánico es un tipo
de transductor que
transforma electricidad en energía mecánica, o viceversa.
• Un ejemplo puede ser cuando una bocina captora recoge
las ondas sonoras y las convierte en energía, o cuando la
cápsula fonocaptora de
un tocadiscos produce corrientesoscilantes producto de las
vibraciones recogidas por la púa, también cuando
un generador de energía es movido por una fuerza

5. • Estas variaciones resultantes (ya sean eléctricas o magnéticas,
dependiendo de la naturaleza del transductor), proporcionan
(mediante un nuevo proceso de transducción) energía mecánica
necesaria como para hacer girar un motor eléctrico o producir el
movimiento de la aguja encargada de trazar el surco sobre
el disco o cilindro durante el proceso degrabación mecánica
analógica.
• Algunos llaman transductor a los sensores de distancia de los
taxímetros, también utilizados en los vehículos nuevos para medir la
velocidad. Este nombre es incorrecto por dos motivos:
• La finalidad no es la conversión de la energía, sino la recepción de
las señales, por eso se le llama sensor.
• Realmente no transforman la energía mecánica, sino que captan el
movimiento por medio de otros métodos.
• Un transductor electrostático consiste en una membrana,
normalmente mylar metalizado, cargada eléctricamente que hace la
función de diafragma y que se mueve por la fuerza electrostàtica que
se produce al variar la carga de dos placas entre las que se
encuentra.

6. • El transductor fotoeléctrico es un tipo
de transductor que transforma luz en energía eléctrica o
viceversa, por ejemplo es una cámara fotográfica digital.
Estas vibraciones resultantes (ya sean eléctricas o
lumínicas, dependiendo de la naturaleza del transductor),
son importantes en los sistemas.
• Los transductores magnetoestrictivos son todos
aquellos que basan su funcionamiento en el fenómeno
de la magnetoestricción. Éste es un fenómeno reversible
que se basa en el acoplamiento de fuerzas mecánicas y
magnéticas, de manera que un material de este tipo ante
la presencia de un campo magnético sufre ciertas
modificaciones en su estructura interna, lo que produce
pequeños cambios en sus dimensiones físicas. También
una deformación de dicho material produce una variación
de la inducción magnética.

7. • Su campo de aplicación es en emisores y receptores acústicos
submarinos e industriales:
• Sonar.
• Hidrófonos.
• Proyectores de ultrasonidos de alta potencia.
• Son transductores piezoelétricos aquellos que basan su
funcionamiento en el fenómeno de la piezoelectricidad. Para su
fabricación se utilizan materiales cerámicos como el Titano de Bario,
aunque en un principio se usaban el Cuarzo o la Sal de Rochelle.
• Mediante el efecto piezoelétrico directo a través de una fuerza externa
se logra un desplazamiento de cargas lo que induce una corriente de
desplazamiento y ésta un campo eléctrico. Éste es el fundamento de,
por ejemplo, los micrófonos piezoeléctricos. Mientras que los altavoces
piezoeléctricos aprovechan el efecto piezoeléctrico inverso, mediante el
cual a través de un campo eléctrico (DDP externo) se produce una
deformación mecánica, que convenientemente aprovechada, puede
llegar a emitir sonidos.
• Los aparatos que deben su funcionamiento al proceso de transducción
piezoeléctrica, como los acelerómetros, mandos a distancia por
ultrasonidos, ciertos sistemas sonar y muchos más aparte de los
mencionados anteriormente.

8. • ¿Qué es una galga extensiométrica?
•
• Una galga extensiométrica es un sensor cuya resistencia varía con la fuerza aplicada;
convierte la fuerza, presión, tensión, peso, etc, en un cambio de la resistencia
eléctrica el cual puede ser medido.
•
• Principios de las galgas extensiométricas
•
• Cuando se aplica una fuerza externa a un objeto estacionario, se produce tensión y
estrés sobre él. El estrés se define como las fuerzas internas de resistencia del
objeto, y la tensión se define como el desplazamiento y la deformación que se
producen.
La galga extensiométrica es una de las herramientas más importantes en la técnica
aplicada de medición eléctrica de magnitudes mecánicas. Como su nombre indica, se
utiliza para la medición de tensiones. "Tensión" como término técnico consiste en la
deformación por tracción y compresión, que se distingue por un signo positivo o
negativo. Por lo tanto, las galgas extensiométricas se puede utilizar para medir la
expansión y la contracción.

9. • La tensión de un cuerpo siempre es causada por una
influencia externa o un efecto interno. La tensión puede ser
causada por fuerzas, presiones, momentos, calor, cambios
estructurales del material o efectos similares. Si se cumplen
determinadas condiciones, la cantidad o el valor de la
cantidad se puede calcular con el valor de tensión medido. En
el análisis experimental de la tensión, esta característica es
usada ampliamente. El análisis experimental de la tensión
utiliza los valores de tensión medidos en la superficie o en
alguna parte estructural del cuerpo, para indicar la tensión en
el material y también para predecir su seguridad y la
resistencia. Se pueden diseñar transductores especiales para
la medición de las fuerzas o de otras magnitudes derivadas,
por ejemplo, momentos, presiones, aceleraciones y
desplazamientos, vibraciones y otros. El transductor contiene
generalmente un diafragma sensible a la presión, con galgas
extensiométricas unidos a la misma.

10. • Galgas extensiométricas confinadas en papel metálico (bonded foil)
•
• La primera galga con cables metálicos fue desarrollada en 1938. La galga
extensiométrica confinada en papel metálico consiste en una red de
filamento de alambre (una resistencia) de espesor de aproximadamente
0,025 mm, unido directamente a la superficie de la galga por una fina capa
de resina epoxy. Cuando se aplica una carga a la superficie, el cambio
resultante en la longitud de esta, se refleja en la resistencia. La deformación
correspondiente se mide en términos de la resistencia eléctrica del alambre
de aluminio, que varía linealmente con la tensión. La lámina y el agente de
adhesivo deben trabajar juntos en la transmisión de la presión.
• El adhesivo sirve, de igual modo, como un aislante eléctrico entre la rejilla y
la superficie de la lámina. Cuando se selecciona una galga extensiométrica,
se debe considerar no sólo la capacidad de medir la presión que tiene el
sensor, sino también su estabilidad y sensibilidad a la temperatura.
Desafortunadamente, los materiales ideales para medir la presión, son
también los mas sensibles a las variaciones de temperatura y tienden a
cambiar la resistencia a medida que envejecen.
• Para pruebas de corta duración, esto puede no ser una preocupación seria,
pero para la medición industrial continua, se debe considerar la
compensación de la temperatura.
•

11. • Circuitos de medida
•
• Con el fin de medir la deformación con una galga extensiométrica
resistiva, esta debe estar conectada a un circuito eléctrico que sea
capaz de medir los cambios en la resistencia correspondientes a la
tensión. Los transductores de galgas extensiométricas,
normalmente, emplean 4 galgas conectadas eléctricamente en lo
que se conoce como circuito de puente de Wheatstone. Un puente
de Wheatstone es un circuito utilizado para la medición de la
resistencia eléctrica estática o dinámica. La tensión de salida del
puente de Wheatstone se expresa en milivoltios de salida por voltaje
de entrada. El circuito de Wheatstone es también muy adecuado
para la compensación de temperatura. El número de medidores de
deformación activos que deben ser conectados al puente depende
de la aplicación. Por ejemplo, puede ser útil para conectar galgas
que están en lados opuestos de una viga, una en compresión y la
otra en tensión. En esta disposición, se puede doblar el valor de la
salida para una misma presión. En instalaciones en las que todos
los brazos están conectados a las galgas extensiométricas, la
compensación de temperatura es automática, ya que los cambios de
resistencia debido a variaciones de temperatura será la misma para
todos los brazos del puente.

12. • Medir la temperatura es relativamente un concepto
nuevo. Los primeros científicos entendían la diferencia
entre 'frío' y 'caliente', pero no tenían un método para
cuantificar los diferentes grados de calor hasta el siglo
XVII.
La temperatura es la medida de la cantidad de energía
de un objeto. Ya que la temperatura es una medida
relativa, las escalas que se basan en puntos de
referencia deben ser usadas para medir la temperatura
con precisión. Hay tres escalas comúnmente usadas
actualmente para medir la temperatura: la escala
Fahrenheit (°F), la escala Celsius (°C), y la escala Kelvin
(K). Cada una de estas escalas usa una serie de
divisiones basadas en diferentes puntos de referencia.

13. • INSTRUMENTO DE MEDICION
Un instrumento de medición es un aparato que se usa para
comparar magnitudes físicas mediante un proceso de
medición. Como unidades de medida se utilizan objetos y
sucesos previamente establecidos como estándares o
patrones y de la medición resulta un número que es la
relación entre el objeto de estudio y la unidad de referencia.
Los instrumentos de medición son el medio por el que se hace
esta conversión.
Dos características importantes de un instrumento de medida
son la precisión y la sensibilidad.
Instrumentos para medir temperatura:
* termómetro
* termopar
* pirómetro
Termómetro.- Actualmente existen los siguientes tipos de
termómetros para la medición de temperatura

14. • La radiación luminosa
• La luz es un tipo de energía llamada energía radiante, que se
desplaza en el espacio en forma de onda electromagnética, igual
que las ondas que se producen en un estanque cuando se tira una
piedra al agua. Las ondas se mueven en todas direcciones a partir
del punto de origen.
• Las diversas fuentes de radiación electromagnética (ondas de radio,
microondas, radiación infrarroja, luz visible, radiación ultravioleta,
rayos X, etc) se diferencian por su frecuencia y su longitud de onda.
• La luz es producida por la emisión de energía que realiza el átomo
de un material cuando se le excita suministrándole energía térmica,
química u otro tipo de energía. Las partículas emitidas reciben el
nombre de fotones, y la luz consiste en un flujo de estos fotones.
• Cuando la energía interacciona con algún material, tiene lugar un
proceso de conversión de energía. Cuando un material convierte
una fracción de energía en luz, se tiene una "fuente luminosa".
Analizaremos solo las fuentes de luz a semiconductores.
• De ellas el elemento que más se utiliza es el diodo semiconductor
LED (diodo de emisión de luz).

15. Diodos Fotoemisores (LED)
Electricamente, es un dispositivo de dos terminales que conduce, como todos los
diodos, en una sola dirección. La mayoría de las junturas PN emiten una cierta
cantidad de radiación en condiciones de polarización directa.
Sin embargo, el rendimiento de la
salida de radiación frente a la potencia eléctrica de entrada es normalmente baja,
siendo difícil detectar la radiación.

16. • Un diodo fotoemisor es un dispositivo con una juntura PN
que se ha diseñado específicamente para emitir
radiación en una cierta porción del espectro cuando se le
aplica tensión de polarización directa. El LED es un
diodo que produce luz visible (o invisible, infrarroja)
cuando se encuentra polarizado.
El voltaje de polarización de un LED varía desde 1.8 V
hasta 2.5 V, y la corriente necesaria para que emita la luz
va desde 8 mA hasta los 20 mA.
•

17. Principio de Funcionamiento:
En cualquier unión P-N polarizada directamente, dentro de la estructura y
principalmente cerca de la unión, ocurre una recombinación de huecos y
electrones (al paso de la corriente).
Esta recombinación requiere que la energía que posee un electrón libre no ligado
se transfiera a otro estado. En todas las uniones P-N una parte de esta energía se
convierte en calor y otro tanto en fotones.
En el Si y el Ge el mayor porcentaje se transforma en calor y la luz emitida es
insignificante. Por esta razón se utiliza otro tipo de materiales para fabricar los
LED's, como Fosfuro Arseniuro de de Galio (GaAsP) o fosfuro de Galio (GaP).

18. • La radiación se produce como resultado de la recombinación
de electrones y huecos dentro de la pequeña región de carga
espacial alrededor de la juntura. Esta recombinación es
similar a lo que sucede cuando un electrón de nivel energético
alto pasa a un nivel energético inferior.
La longitud de onda de la radiación emitida depende del salto
de energía del material sustrato y de los niveles de energía de
los materiales de impurezas.
• Existen diodos que emiten radiación en la zona infrarroja del
espectro, mientras que otros cubren la zona del espectro
visible (LED’s).
• Los diodos emisores de luz se pueden conseguir en
colores: verde, rojo, amarillo, ámbar, azul y algunos otros.
• Las aplicaciones de los LED’s van desde dispositivos
electroluminiscentes, indicadors de encendido, de potencia de
salida, lecturas de tarjetas, conmutación electro-óptica,
iluminción, comunicaciones, alarmas, circuitos de control, etc.

19. Cristales Líquidos
Es importante considerar que
se puede cnotrolar no sólo la fuente y el detector de energía luminosa, sino
también el medio por el que ésta se transmite.

20. • Los cristales líquidos (LCD), más que fuentes de luz, son
filtros de luz, no emite ningún tipo de radiación. Simplemente
controla el medio a traves del cual se propaga la luz. Esto se
obtiene utilizando dos placas polarizantes entre las que hay
un estato de cristal líquido. Cuando se aplica una tensión
entre las placas polarizantes, la dirección de polarización del
cristal líquido varía de tal forma que la luz puede ser reflejada
por el cristal o pasar a través de él.
• Cuando no se aplica ninguna tensión, las moléculas del cristal
líquido, representadas en forma ovalada en la figura siguiente,
se orientan de tal forma que la luz atraviesa el material.
Cuando se aplica una tensión, los cristales entre los planos
conductores se desorientan de tal forma que la luz se refracta,
como se ve en la figura (b). El resultado es que la región del
display a la que se aplica la polarización aparece opaca.
• Si uno de los planos se pone detras del display, absorbe la luz
que lo atraviesa y, por eso, el área sin polarización le parece
negra al observador. Se puede notar un contraste producido
por la diferente reflectividad de la zona de la derecha y de la
izquierda.

21. • Estructurando de forma adecuada los planos de polarización,
se pueden obtener números, letras o símbolos especiales,
según la disposición de los electrodos, dirigidos por circuitos
de control.
• La mayor ventaja de estos displays LCD es que la potencia
que consumen es muy pequeña (pocos microvatios), ya que
no producen luz y las tensiones de funcionamiento son
bajísimas. Por lo tanto, pueden ser controlados directamente
por cualquier circuito lógico de baja tensión, popr circuitos
integrados multifunción o por microprocesadores.
• El mayor inconveniente es que tiene que haber luz ambiente
para poder determinar el contraste. Además, los resultados
empeoran con la temperatura. Las bajas temperaturas hacen
más lento el tiempo de respuesta y las altas temperaturas
pueden causar pérdidas en la difusión que produce la
polarización.
• Los displays de cristal líquido se utilizan en calculadoras de
mesa y en relojes, porque absorben muy poca potencia
eléctrica.

22. • Láser
• Los láser se incluyen en el grupo de fuentes de luz de
semiconductores, porque también emplean materiales
monocristalinos.
• La principal característica de la luz que produce un laser es
que los rayos luminosos están en fase (coherentes), viajan en
el espacio en la misma dirección y son esencialmente de la
misma longitud de onda o color (monocromáticos). Como
consecuencia, un rayo láser no diverge de modo significativo
durante su propagación, e incluso, en el aire, mantiene una
elevada densidad de energía.
• En síntesis, el láser produce una luz coherente a una sola
frecuencia, con un haz muy fino, y tiene muchas aplicaciones
en las comunicaciones, en los procesos industriales, en las
técnicas médicas y quirúrgicas y en la investigación.
• Ultimamente se han introducido en el mercado videodiscos
que se pueden leer solamente con el láser. Como no existen
contactos entre el disco y el aparato láser, el disco se puede
escuchar muchas veces sin que se produzcan las distorsiones
que a la larga causa la utilización de la aguja en los surcos de
los discos tradicionales.

23. Celdas Fotoconductivas
Son diodos en los cuales la resistencia disminuye a medida que aumenta la
cantidad de luz incidente sobre la superficie del material.

24. El material fotosensible, sulfuro de cadmio o sulfoseleniuro de cadmio, se deposita
normalmente en forma de serpentina sobre un sustrato cerámico, conectándose
en cada extremo a un electrodo. Se protege el área fotosensible, de la humedad
mediante una ventana de vidrio y una caja metálica.

25. • En funcionamiento normal la celda fotoconductiva se
conecta en serie con la fuente de alimentación.
• Si el flujo luminoso incidente aumenta, entonces
aumentará la corriente en el circuito.
• Una de las características más importantes de una
fotocelda es su resistencia en función del flujo lumínico.