El documento presenta información sobre sensores ópticos. Explica que los sensores ópticos funcionan mediante la emisión y recepción de luz y que miden parámetros como la temperatura, presión, nivel de líquido, desplazamiento, vibraciones y agentes químicos. También describe los diferentes tipos de sensores ópticos como sensores químicos, físicos, reversibles, irreversibles, de absorbancia, reflectancia, luminiscencia y de índice de refracción.

1. UNIVERSIDAD TECNICA DEL NORTE
IBARRA-ECUADOR
INTEGRANTES: Hamilthon flores
Gabriel Erazo
Edgar Enríquez
Diego Obando
Kevin Ruiz
CURSO: CIME 6 A
FECHA: viernes 29 de enero del 2016
TEMA : Conferencia magistral sobre
Sensores ópticos

2. SENSORES OPTICOS
INTRODUCCION
Antes de empezar con el estudio de los sensores ópticos primero debemos tener claro el concepto de sensor.
SENSOR.
Un sensor es un dispositivo capaz de registrar de
forma directa, continua y reversible un parámetro
físico (sensor físico) o la concentración de una
especie química (sensor químico).

3. FUNCIONAMIENTO DEL SENSOR OPTICO:
Por emisión y recepción de luz. Tanto en el emisor como en el receptor existen pequeñas lentes ópticas que
permiten concentrar el haz de luz y se encuentran en un mismo encapsulado. Generalmente trabajan por reflexión
de la luz, es decir, el emisor emite luz y si esta luz es reflejada por un objeto, el receptor lo detecta. Un detalle que
resulta muy importante a tener en cuenta es que los sensores ópticos son de los más sensibles que existen y
justamente por este motivo es que la mayoría de ellos no duran demasiado tiempo.

4. ENTENDIENDO LOS SENSORES OPTICOS
En este tipo de sensores ópticos las señales que se transmiten son luminosas, es decir
se involucran también los fenómenos luminosos como:
Dispersión de
la luz
Absorción de
la luz
Reflexión de la
luz
Refracción de
la luz
FENOMENOS
OPTICOS
Polarización
Interferencia

5. CARACTERISTICAS DE UN SENSOR OPTICO
Los sensores ópticos presentan características importantes
como:
- Inmunidad a la interferencia electromagnética.
- Medidas no destructivas
- Posibilidad de ser usados en medios destructivos
- Inocuidad( existencia y control de peligros) de la señal óptica.
- Elevada sensibilidad y resoluciones
- Alta estabilidad mecánica
- Dimensiones y pesos reducidos.

6. Parámetros medibles de un haz luminoso
En este tipo de sensores el mesurando produce variaciones especificas en alguna de las propiedades
del haz luminoso
La evolución de la tecnología de detección óptica se ha desarrollado hasta tal punto que hoy en día se puede medir
casi cualquier variable física de interés y también un gran número de cantidades químicas. Los mensurados posibles
son los siguientes:
 Temperatura.
 Presión.
 Caudal.
 Nivel de líquido.
 Desplazamiento (posición).
 Vibraciones.
 Rotación.
 Campos magnéticos.
 Aceleración.
 Agentes químicos.
 Fuerza.
 Radiación.
 pH.
 Humedad.
 Tensión.
 Velocidad.
 Campo eléctrico.
 Campo acústico.

7. Los sensores ópticos trabajan en diferentes bandas de frecuencia entre ellas visibles e invisibles.
- VISIBLE 384x1012 Hz
- INVISIBLE
un típico ojo humano responderá a longitudes de onda de 400 a 700 nm, aunque algunas personas pueden ser
capaces de percibir longitudes de onda desde 380 hasta 780 nm.
RADIACION

8. IMPORTANCIA DE LA FIBRA OPTICA EN LOS
SENSORES
LA FIBRA OPTICA ES UN DISPOSITIVO, GENERALMENTE CON SIMETRIA CILINDRICA donde la luz es conducida a
través de actos sucesivos de reflexión total interna. Es bien conocido que si un haz de luz incide sobre la superficie
de separación de dos medios de diferentes índices de refracción , viniendo de del medio de mayor índice , existe
un ángulo de incidencia critico a partir del cual toda la potencia luminosa es reflejada hacia dicho medio,
constituyendo el fenómeno conocido como reflexión total interna.

9. Las fibras ópticas son guías de onda luminosas que presentan desde el
punto de vista de instrumentación, tres tipos básicos de aplicaciones:
Transmisión de información previamente convertida en
señales ópticas.
• Inmunes ante los parásitos electromagnéticos.
• Crear aislamientos galvánicos entre emisor y
receptor.
Detección o medida por medios ópticos en zonas de
acceso dificultoso o ambientes hostiles (zonas
deflagrantes o corrosivas)
Generación de señales ópticas mediante modulación
luminosa bajo la acción de una magnitud física. En este caso
la propia fibra se convierte en un sensor que traduce en
señal óptica la presencia o variación de una magnitud física
o química que actúa como “mesurando” (magnitud a medir)

10. Sensores de cabeza activa.- en estos sistemas
hay una conversión fotoelectronica con circuitos
de baja potencia (100uW) y longitud de onda
próxima a 85um.
Las fibras ópticas pueden agruparse en
tres tipos principales.
Sensores de cabeza pasiva.- donde la f.o.
hace de sistema de transmisión.
Sensores distribuidos.- cuando el
mesurando modula la luz a través de la
fibra.

11. Modulación de intensidad.- utilizan el control de
intensidad luminosa de la fuente y un sistema diferencial
o de equilibrio.
Hay tres procedimientos más generalizados para el diseño de
f.o.s. de aplicaciones industriales y de consumo:
Sistemas f.o.s. modulados.- usan modulación, en baja
frecuencia de la intensidad luminosa, o trenes de pulsos
de iluminación.
Modulación de longitud de onda.- sensores de color con
métodos sencillos de detección de longitud de onda.

12. Ejemplo: f.o.s de modulación de intensidad.
El sensor incorpora un modulador cortador consistente en un par de rejillas
paralelas superpuestas con zonas transparentes y opacas.
La presión se provoca un desplazamiento de un diafragma que contiene
rejillas, permitiendo a su vez una modulación del haz luminoso que recorre
la fibra, y que a su vez es proporcional a la presión.

13. • La fabricación de fibras ópticas de baja perdidas permite realizar
análisis a grandes distancias, entre 10 y 10000 metros (o incluso más).
Esta detección remota posibilita el análisis en ambientes peligrosos,
radiactivos, tóxicos o de difícil acceso sin necesidad de recurrir
previamente a la toma de muestra.
• Una fibra óptica puede transmitir paralelamente mucha más
información que un cable eléctrico.
• Muchos de los optrodos diseñados disponen de un <<terminal
sensible>> no unido a la fibra óptica que puede ser reemplazado
fácilmente, dando lugar a dispositivos desechables muy útiles en al
campo de la química clínica.
Ventajas

14. Las limitaciones mayores de los sensores de fibra
óptica estriban los bajos niveles de potencia
transmitida, dificultades mecánicas (doblado de
fibra), complejidad y elevado coste.
Desventajas

15. Calificación de los
sensores ópticos

16. En función de la naturaleza del parámetro a
cuantificar

17. Sensores químicos
• Son los que responden a una especie química particular, como pH,
iones, gases, etc. En este conjunto se incluyen, como grupo
especial, los biosensores (dispositivos basados en el empleo
biomolecular).

18. Sensores químicos
Descripción: De la unión entre los
avances químicos y tecnológicos en
las áreas del diseño y síntesis
molecular, la fotoquímica, la
espectroscopía analítica, las ciencias
de materiales y la tecnología de
telecomunicaciones han surgido los
modernos sensores químicos sobre
fibra óptica, dispositivos capaces
de monitorizar en tiempo real, en
continuo e in situ la concentración de
una especie de interés.
Ver mas

19. Detector de Gases
• Lo interesante es que estos materiales transmiten
información a través de la luz, en lugar de la
electricidad, evitando así el uso de cables
Sin gas: la luz traspasa
ambas capas y efecto de
difracción e interferencia
Con gas: el índice de
refracción se modifica
y cambia el patrón de
colores.

20. Sensores físicos
• Son aquellos que determinan parámetros físicos, como
temperatura, presión, espesor, tamaño de partícula, etc.

21. Descripción:
Un sensor óptico se basa en el aprovechamiento de la interacción entre la luz y la materia para
determinar las propiedades de ésta. Una mejora de los dispositivos sensores, comprende la
utilización de la fibra óptica como elemento de transmisión de la luz.
Fig. 1: Diagrama básico de un sensor óptico.

22. HBM FiberSensing o FS63 - monitorización de
salud estructural o mantenimiento de estructuras
• Pueden adherirse a superficies y materiales, soldarse por puntos a estructuras y componentes, fijarse e
incluso insertarse en mezclas de hormigón y dejar fraguar.
Solidez: fiabilidad a largo plazo
Pasividad total: inmunidad a toda clase de
interferencias electromagnéticas
Funcionamiento seguro en entornos peligrosos.
Gran capacidad de multiplexación
Compatibilidad con la mayoría de aparatos de medida
Detección remota: puede haber grandes distancias
(varios kilómetros)
Datasheet
¿Existe alguna forma de conocer estos daños
para prevenirlos, corregirlos y conocer el
tiempo de vida útil que posee cada estructura?
Para responder esto, se ha desarrollado un área
de investigación conocida como monitorización
de Salud Estructural

23. En función del tipo
de interacción con el
analito

24. Sensores reversibles
• Los que no consumen reactivo al interaccionar con el analito.
• Ejemplo sensor de pH

25. Sensor óptico medición pH. - medición de
pH en estructuras de hormigón
• Se ha comprobado
su funcionamiento
para variaciones
de pH7 a pH13.
(por debajo de 9.5), es
posible que empiece la
corrosión, resultando
finalmente en el
agrietamiento y
astillamiento del concreto
¿Por qué es un problema la pérdida de pH? Porque el concreto ,
con su ambiente altamente alcalino (rango de pH de 12 a 13),
protege al acero de refuerzo ahogado contra la corrosión.

26. Sensores irreversibles
• Los que consumen reactivos. Estos sensores pueden subdividirse
en re generables y no re generables, según pueda o no recuperar
su estado inicial con un reactivo adecuado.

27. En función de la
propiedad óptica medida

28. Sensor de absorbancia.
• Es medida en un medio transparente, causado por la absorbancia
del analito en sí o por la reacción de algunos indicadores
adecuados.

29. medición en línea de cerveza, vacunas,
sintéticos o aceites
el monitoreo óptico del proceso vale la pena, porque la calidad
de un producto normalmente se verifica mediante registros
visuales tales como el color o la pureza.
¿En qué nos ayuda este servicio?
Acelera el tiempo de reacción
Evita el posterior muestreo y prueba
es molesto, y tiende
a generar errores de
dilución.

30. Sensor de reflectancia
• Es medida en un medio no transparente, usualmente se usa un
indicador inmovilizado.

31. El sensor de reflectancia de QTR - 1RC lleva
un LED infrarrojo y un par fototransistor
• el análisis de agua de mar
• aguas residuales, agua potable
• determinación de metales en sangre
• especiación de metales en solución
• análisis de metales en solventes orgánicos
• análisis de suelos
• análisis de metales pesados en alimentos
contaminados
1. Ofrece información de una muestra sobre la naturaleza de
la sustancia que contiene.
2. Señala indirectamente la cantidad de la sustancia a
investigar que se encuentra presente en la muestra
Tensión de funcionamiento: 5,0 V
Corriente de alimentación: 17 mA
Formato de salida: señal digital I / O-compatible que
puede ser leído como un alto pulso temporizado
Máxima distancia recomendada de detección:9.5mm
Óptima distancia de detección: 0,125 "(3 mm)

32. Sensor de luminiscencia (Fluorescencia,
fosforescencia, quimioluminiscencia y
bioluminiscencia)
• luminiscencia : Se basa en la medición de la intensidad de la luz emitida
por el sensor molecular.
• Fluorescencia: Se mide como el efecto de emisión causado por
irradiación.

33. LRT: Detección fiable de materiales y marcas
luminiscentes visibles e invisibles.
• Detección de materiales
• Detección de marcas
• Control de embalaje
• Tareas de posicionamiento
• Control de etiquetas
gran profundidad de
campo . Algunos
materiales
luminiscentes son
parcialmente invisibles
y pueden aparecer en
formato sólido o
líquido.
El resultado genera
una señal en la salida
de conmutación
gracias a su luz UV especial, iluminan
materiales luminiscentes. El sensor de
luminiscencia detecta la luz visible
generada de esta manera.
autorreflexivos
Detectan

34. Sensores de dispersión Raman
• Dispersión Raman o el denominado Efecto Raman es una dispersión
inelástica de un fotón. Cuando la luz es dispersada de
un átomo omolécula, la mayoría de los fotones son dispersados
elásticamente (Dispersión de Rayleigh). Los fotones dispersados
tienen la misma energía (frecuencia) y, por lo tanto, la
misma longitud de onda que los fotones incidentes. Sin embargo,
una pequeña fracción de la luz (aproximadamente 1 en
107 fotones) es dispersado ópticamente a frecuencias diferentes,
mayormente inferiores, que la frecuencia de los fotones
incidentes.

35. Espectroscopia
• En medicina para el seguimiento en
tiempo real de las mezclas de gases
respiratorios y la anestesia durante la
cirugía.
la orientación cristalográfica de una muestra.
Pobservar excitaciones de baja frecuencia en los
sólidos, como plasmones, magnones, y
excitaciones de brecha en superconductores.
En química, ya que la información vibracional es
muy específica para los enlaces químicos de las
moléculas. Proporciona una huella dactilar de la
molécula que puede ser identificada

36. Sensor de índice de refracción
• Es medida en un medio no transparente, usualmente se usa un
indicador inmovilizado.

37. • En la industria de alimentos y bebidas
el índice de refracción se emplea
como un parámetro para determinar
la concentración de azúcar en dicha
solución
En la industria de bebidas alcohólicas se
puede utilizar este parámetro como un
criterio para determinar la calidad de la
bebida y conocer si esta ha sido adulterada La respuesta del sensor cuando es colocado en
diferentes, se puede observar un incremento
lineal de la respuesta del sensor

38. Según la función que
ejerce la fibra optica

39. Optrodos pasivos o extrínsecos.
• Estos dispositivos únicamente consisten en una guía onda que
transporta la radiación electromagnética desde la fuente de
radiación a la muestra y posteriormente, la radiación transmitida,
reflejada o emitida por la propia muestra, la conducen al
detector.

40. • La monitorización del cobre, en baños
de electrodeposición, mediante la
medida de sus absorbancia a 820nm
Monitorización del ion uranilo en aguas
subterráneas mediante la medida de su
fluorescencia
En sistemas de seguridad en máquinas
En procesos de alta velocidad de bandas
transportadoras.

41. Optrodos activos o intrínsecos
• En este tipo de sensores la fibra óptica ejerce la doble función de
actuar de transductor y de conducir la radiación
electromagnética.

42. • El radar transportado por el satélite
canadiense Radarsat y los satélites de la
serie ERS de la Agencia Espacial Europea
(ESA)
El Lidar ( Light Detection And Ranging) es un captador
activo, análogo al radar pero con tecnología laser. Se
utiliza para topografía de precisión desde aviones.

43. En función de la configuración (forma
externa) del sensor.

44. ¿Cómo Funciona?
• VIDEO

45. Ventajas e inconvenientes de los
sensores ópticos
Los sensores ópticos son de mas reciente
aplicación que los sensores electroquímicos.
1.- Los sensores ópticos no requieren una
señal de referencia como los
electroquímicos, sabemos que la utilización
de electrodos de referencia hace mas
costosa la instrumentación.

46. • 2.- La fabricación de fibras ópticas de
bajas perdidas permite realizar análisis a
grandes distancias, entre 10 y 10000 m.
Esta detención remota posibilita el
análisis en ambientes peligrosos,
radioactivos, tóxicos o de difícil acceso.

47. • 3.-Una ventaja de la fibra óptica es que puede
transmitir, paralelamente muchas mas
información que un cable eléctrico; así un única
fibra puede guiar radicación verde, roja azul y
amarilla simultáneamente.

48. • La sustitución de sensores eléctricos por sensores
ópticos , en los parámetros de interés clínico es
mucho mas ventajosos debido a la facilidad de su
esterilización y sobre todo porque no pose
conexiones eléctricas directamente unidas al
paciente.

49. • La monitorización de aguas subterráneas se puede
realizar empleando fibras ópticas por su
flexibilidad y capacidad de dirigirse al efluente,
echo que no se puede llevar a cabo con cables
eléctricos.

50. Problemas que surgen al utilizar los sensores
ópticos
• La interferencia de la luz ambiental obliga a
aislar adecuadamente sensible o modular la
señal.
• La posibilidad de fotodescompsición del material
empleado en aquellos sensores que utilizan

51. TRANSMISIÓN DIRECTA O
BARREA
Alcanza grandes distancias de
detección(hasta de unos 270m)
Su desventaja presenta en la
instalación en el campo de estos
detectores, ya que por estar
separados el emisor y el detector los
cables y los ductos no pueden ser los
mismos por lo que demanda mayor
calidad de cable

52. REFLEXIVO
• El emisor y el receptor vienen en el
miso empaque y utilizan el mismo
ducto para cableado.
• Su desventaja, las distancias son
varias veces menor que la
configuración de transmisión directa.

54. Difuso o Proximidad
• Es muy útil cuando se desea acceder a ambos lados del objeto.
• Su desventaja es tener muy corta distancia de detención.