Este documento describe los sensores inteligentes, su historia y desarrollo. Comenzó con los primeros sensores desarrollados por Honeywell en los años 1960 y 1970 que integraban funciones de procesamiento de señal. Actualmente, hay cuatro tendencias principales en el diseño de sensores inteligentes: la integración total, el uso de sistemas de conversión integrados con procesamiento externo, los sistemas de medición integrados, y los sensores no integrados de bajo costo. Los sensores inteligentes han revolucionado la medición industrial

1. 1
UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA
FACULTAD DE INGENIERIA QUIMICA Y TEXTIL
CIRCUITOS ELECTRICOS E INSTALACIONES ELECTRICAS
INDUSTRIALES (EE-102/B)
TEMA: SENSORES INTELIGENTES
GRUPO: 7B
ALUMNOS
 Bustamante Umpiri Ronald
 Falcón Almonacid Brady Nelson
 Quispe Olarte Gilver Amderson
 Taipecahuana Marín John Henry
PROFESOR
 Cosco Grimaney Jorge
Lima-Perú
2015-1

2. 2
INDICE
1. Introducción………………………………………………………………..3
2. Sensores inteligentes……………………………………………..…..……..3
2.1. La Motivación
2.2. El Nacimiento
2.3. La Actualidad
3. Sensores Inteligentes en la automatización…………………………………8
3.1. Normativa
4. Sensores Inteligentes TEDS…………………..…………………..…..…….9
4.1. Principio de funcionamiento
4.2. Tipos de Sensores
4.3. Construcción
5. Aplicación Industrial…………………..…………………..…..…..…..…..…16
5.1. Problema Práctico
6. Los sensores inteligentes permiten oportunidades para las
empresas…………………..…………………………………….…………………19
6.1. El presente y el futuro
7. Conclusiones…………………..…………………..…..…..….………….…..24

3. 3
INTRODUCCIÓN
La historia de los sensores inteligentes (o Smart Sensors) ha sido un tema
apasionante desde el primer y muy sencillo sensor desarrollado por Honeywell en
el año 1969, hasta los dispositivos complejos actuales de alta tecnología. Estos
últimos integran muchas funciones automáticas: Identificación, calibración,
comprobación, etc., que permiten obtener sensores que no sólo entregan una señal
digital (o casi digital), sino además, linealizada, calibrada, robusta y compatible con
otros dispositivos. El desarrollo de estos revolucionarios componentes ha permitido
aumentar la eficiencia, calidad y velocidad de los procesos industriales, la
investigación y el desarrollo científico.
Un sensor inteligente es aquel que combina la función de detección y alguna de las
funciones de procesamiento de la señal y comunicación. Dado que estas funciones
adicionales suele realizarlas un microprocesador, cualquier combinación de sensor
y micro procesador se denomina a veces sensor inteligente. Aunque no tiene que
ser un elemento monolítico, se sobre entiende que un sensor inteligente está
basado, total o parcialmente, en elementos miniaturizados, y con un encapsulado
común. Un sensor inteligente es inevitablemente más caro que un sensor
convencional. Pero si además del costo de compra se consideran el mantenimiento,
fiabilidad, etc., el costo total de un sensor convencional puede ser mucho mayor. El
nivel de complejidad de un sensor inteligente puede ser muy variado. Además de la
detección o traducción puede incluir: acondicionamiento de señal correcciones de
cero, ganancia y linealidad, compensación ambiental, escala de conversión de
unidades, comunicación digital, autodiagnóstico, decisión e incluso activación sobre
el sistema donde se conecta. De esta manera los sensores inteligentes incluyen,
además del sensor primario, cuando menos algún algoritmo de control, memoria y
capacidad de comunicación digital. La repercusión inmediata de los sensores
inteligentes en un sistema de medida y control es que reducen la carga sobre
controladores lógicos programable (PLC).
SENSORES INTELIGENTES
Uno de los modernos avances en los sistemas de automatización ha sido el
desarrollo y aplicación de los “sensores inteligentes”. Estos son la integración del
transductor con el microprocesador en una unidad, logrando capacidades de
medición y de procesamiento en una pequeña unidad; además, se agregan
capacidades de comunicación, configuración, manejo de energía, autodiagnóstico
y auto calibración.
Lo anterior ha sido factible por el extraordinario desarrollo de la microelectrónica
que ha logrado la integración en una unidad de los sensores o transductores con

4. 4
los circuitos integrados de alta densidad usados en electrónica de instrumentación
y los micro controladores. Entre las características singulares de los SI se incluye
poseer una memoria en estado sólido grabada con las especificaciones que
individualiza completamente al dispositivo con datos como fabricante, modelo,
número de serie, rango de medición, parámetros de calibración, rutinas de auto
chequeo. Adicionalmente, integran capacidades de programación de tareas
grabadas en su memoria. Internamente, cuentan con conversores AD/DA que
permiten el procesamiento de datos analógicos y digitales. Por otra parte, poseen
un sofisticado manejo de la alimentación de energía, característica relevante para
aquéllos colocados en lugares remotos.
LA MOTIVACIÓN
El foco de interés en el desarrollo de los sensores inteligentes ha ido cambiando a
lo largo de su vida .Inicialmente la atención se concentró en el procesamiento de la
señal generada por el sensor para mejorar la compensación de la temperatura y
lograr una señal normalizada. Más tarde la atención se centró en mejorar los
sistemas digitales derivados de la conversión de la señal analógica a digital, como
la comunicación remota y la direccionalidad. Esta última consiste en la posibilidad
de conocer en qué punto se encuentra el sensor (ya sea en una red de multiplexado,
red de sensores, o bus de campo). El desarrollo más reciente está orientado a los
tests de manufactura e integración para mejorar la fabricación de los sensores, con
el fin de reducir los costos y mejorar la relación precio/prestaciones. Esto incluye el
diseño de nuevos dispositivos con arquitecturas optimizadas: lo más simple que se
puedan realizar, pero conservando los beneficios alcanzados a lo largo de su
historia.
Estas arquitecturas actuales, aunque tiene el mismo objetivo, tienen forma de
implementarse muy diferentes: recurrir a la microelectrónica para integrar
componentes ya existentes (convertidores A/D, microprocesador, sensores de
silicio, etc.); utilizar sistemas híbridos electromecánicos que utilizan el principio de
los servomecanismos; plantear nuevas técnicas de conversión, etc.
En este artículo haremos hincapié en aquella arquitectura que busca simplificar el
diseño mediante la técnica de conversión directa de la señal del proceso o sistema
a digital. Entiéndase, sin utilizar convertidores AID convencionales ni amplificadores
operacionales. Esto permitirá conocer un mundo interesante donde la lucha entre
bajo coste y eficiencia es mucho más fuerte que en otras tendencias.

5. 5
EL NACIMIENTO
El primer sensor inteligente nació como una solución al problema de compensación
de temperatura en los sensores. Lo desarrolló Honeywell en los años 60, para el
sistema de aire en los aviones DC-9. Estaba formado por dos piezoresistores que
medían la presión, y dos capacitores para crear un desplazamiento de fase. Estos
elementos estaban realimentados y conectados a un inversor para crear un
oscilador. La frecuencia de salida era proporcional a la constante de tiempo RC, y
por ende a la presión. Tiempo después Toyota Research presentó otro sensor de
presión similar. Ambas empresas, sin imaginárselo, estaban empezando una
revolución sin par en las tecnologías de sensado, que aún hoy continúa. La siguiente
generación la introdujo nuevamente Honeywell en los años 80. La presentó en dos
aplicaciones: Una para el control de procesos (ST3000) [4], y otra para aplicaciones
aerospaciales. Ambos estaban formados por un grupo de sensores multiplexados,
conectados a un convertidor V IF (tensión/frecuencia) La frecuencia obtenida la
procesaba un microprocesador tipo DSP, y la salida se llevaba a un convertidor D/
A. La salida era acorde al estándar analógico de 4 mA a 20 mA. El software tenía
compensación de la presión estática, calibración remota del rango, direccionalidad
y diagnóstico. Los sensores eran de presión diferencial estática y temperatura en el
caso del control de procesos, y presión absoluta y temperatura en el caso
aeroespacial. En la presente década se ha multiplicado el desarrollo de sensores
integrados aplicables en el ámbito industrial, desarrollados por investigadores y
académicos [6- 9], aunque su precio elevado ha llevado a centrarse en arquitecturas
simple y mejorar los procesos de integración.
LA ACTUALIDAD
Actualmente hay cuatro grandes tendencias en el diseño de sensores inteligentes:
1. Desarrollo de sensores inteligentes integrados. Consiste básicamente en integrar
todo el dispositivo junto al sensor. Algunos ejemplos recientes son:
1. 1. Un oscilador controlado por tensión basado en un simple flip-flop tipo D
presentado por Xi.
1.2. La integración de un sensor capacitivo junto a un convertidor Ʃ/Δ propuesto por
Llamada y Watanabe. Se consigue linealizar la señal, ajustar el cero y la ganancia.
1.3. Un sensor para medición angular o linear (tipo resistivo sin contacto), con
conversión a frecuencia mediante el uso de un oscilador modificado de Martín,
desarrollado por Li y Meijer.
2. Usar sistemas de conversión integrados y dejar todo el procesamiento y parte del
acondicionamiento en una computadora conectada a la red. Scheriber propone que

6. 6
el sistema de interfaz realice sólo la captura y conversión, y dejar todo el
procesamiento para corregir los errores a un PC.
De esta manera se podría proponer un sistema avanzado de eliminación de errores,
tal como lo de lógica inteligente. También se podría usar un microcontrolador muy
pequeño (como la serie PIC2XXX de Microchip Technology), y construir un sistema
de adquisición de señales (multicanal) muy económico. Pailoor propone un circuito
de estas características mu y simple y económico.
3. Desarrollo de sistemas de medida integrados como el AD654 (convertidor V fF)
de Analog Devices el cual permite acoplar termopares y galgas directamente.
Otra idea simple e propuesta por Atmanand para la medida de sensores L, C, y R.
Para ello ha desarrollado un circuito de interfaz en el cual el sensor (uno de los tres
tipos) se coloca en serie con una resistencia formando la mitad de un puente. La
otra mitad está formada por un convertidor DAC multiplicador. Un detector de fase
compara ambas señales analógicas de los puentes y su salida es transformada a
frecuencia a través de un comparador. El error en la lectura es de 0,7 %.
La familia AD77 1 X de Analog Devices está ori entada al desarrollo de sistemas de
adquisición integrados (señale simples, diferenciales o pseudodiferenciales, en
sensores tipo puente o medida de tensiones). Las señales de entrada son
multiplexadas a un convertidor AID (tipo Σ/Δv), y la señal digital de salida tiene
formato serie. El AD280 (del mismo fabricante) tiene 4 canales y está ori entado a
señales de tensión y termistores, sensores integrados y RTD (permitiendo conexión
de 2, 3 o 4 hilos). Debe notarse que en el caso de medida de señales diferenciales,
lo que hace el dispositivo es multiplexar ambas entradas. El componente más
avanzado de este fabricante es el AduC8 l 2, el cual integra un microcontrolador
(8052) y ti ene un precio de apenas 20 $.
Crystal tiene el CS550X para conexión a circuitos diferenciales, pero necesita una
electrónica compleja de interfaz. También tiene el CS554X, que es multicanal, con
autocalibración de cero y ganancia. Las ideas más revolucionarias pueden
encontrarse en los dos trabajos siguientes:
3. 1. El USIC (Universal sensor interface chip) desarrollado por ERA Technology
Ltd. Este chip posee comparadores, demoduladores Σ/Δv, filtro digitales, interfaz
serie y paralelo, convertidor DAC, multiplexor, memoria RAM y un microprocesador
RISC. Los convertidores son de 20 bits. Los multiplexores pueden seleccionar tres
fuentes de entrada para cada convertidor, haciendo un direccionamiento total de 6
sensores. La salida digital puede ir por RS482 / RS232, o paralelo. Este si tema sin
embargo fue retirado del mercado por ser demasiado costoso.

7. 7
3.2. El UTI (Universal Transducer Interface), creado por Van der Goes y Meijer [17],
que se puede utilizar para sensores capacitivos, RTD, termistores, puentes de
resistencia y potenciómetros. Se basa en una red de interruptores utilizados para
seleccionar el tipo de sensor a utilizar. La salida de la red se conecta a un
convertidor de carga a periodo (oscilador de relajación), y éste genera la salida en
frecuencia del sistema. El circuito tiene una resolución de 16 bits en un rango de
medida de 1 ms a 100 m .Es mu y económico por estar desarrollado en tecnología
CMOS. Opera con una fu ente simple (3 ,3 V a 5,5 V), posee auto-calibración de
offset y ganancia, medida 2/3/ 4 hilos, suprime interferencias de 50/60 Hz, y todo en
un encapsulado DIP de 16 patilla.
4. Desarrollo de sensores inteligentes de bajo costo no integrados. En el ámbito
discreto se han planteado algunas técnicas de conversión a frecuencia más
económicas que las anteriores. Un circuito muy imple formado por dos inversores y
un comparador [18], puede alcanzar los 9 bits de resolución y, al proveer una salida
que es la relación entre un voltaje de referencia y el voltaje de interés, permite
reducir algunas fuentes de error.
Mochizuke y Watanabe proponen un circuito para el procesamiento de señal de alta
precisión en sensores capacitivos. Está basado en un oscilador de relajación. Es
muy simple pues está formado por 4 operacionales. Su señal de salida es en
frecuencia, siendo ésta una relación de valores entre sensores capacitivos (medida
ratiométrica). Se puede detectar cambios pequeños de capacitancia de 0,1 % en un
tiempo total de 10 µs.
Ferrari propone el diseño de una interfaz que permita suministrar mediante una sola
señal dos informaciones del proceso. La frecuencia la controla un sensor tipo
puente, mi entras que el ciclo de trabajo lo controla otro sensor. Weinberg propone
otro circuito que aprovecha estas dos características para obtener dos
informaciones en una misma señal.
Otro circuito simple de Mochizuki y Watanabe, pero para sensores resistivos en
puente, utiliza un oscilador de relajación, cuya salida realimenta a la alimentación
del puente. Se obtiene una resolución de 0,05 %, y una excelente linealidad. En
todos estos trabajos se obtiene la relación de la señal medida respecto a una señal
de referencia. De esta manera se reduce el efecto de elementos indeseables como
son la temperatura y las variaciones en la fuente de alimentación, el efecto de
elementos secundarios en la medida, y la corrección de offset y errores de
sensibilidad, entre otras cosas.

8. 8
LOS SENSORES INTELIGENTES EN LA AUTOMATIZACIÓN
Uno de los usos inmediatos de los SI es en automatización,
donde se destacan dos aplicaciones relevantes: a) distribuir la
inteligencia del control, formando parte de sistemas de control
local, con toma de decisiones "in situ"; y b) facilitar la
implementación de sistemas de automatización jerárquicos,
con su capacidad de comunicar la información a los centros de
control para la toma de decisiones de mayor nivel; sistemas
SCADA anteriormente indicados.
En el ámbito local, los SI forman parte de los lazos de control,
On-off, PID o con esquemas de control más sofisticados para el control de los
procesos locales. Las funciones más importantes son la unión entre el elemento
sensor o transductor, el procesamiento de los datos, las rutinas de control y la
generación de la señal de comando para los equipos de accionamiento.
En el ámbito global, capturan señales físicas por los sensores, procesan y
manipulan estas señales, las convierten en datos, los envían a centros de control
central donde se realiza la automatización y supervisión global del sistema. Para
realizar estas labores tienen capacidades de pre -procesamiento de datos, sistemas
de transmisión de datos según protocolos estándares de la industria; RS232,
RS485, I2C, Bluetooth. Capacidades de conversión de AD y DA, manejo de
diferentes medios de comunicación; cable, fibra, RF.
NORMATIVA
La norma IEEE1451 es una familia de estándares para
los Sensores Inteligentes que establecen las
características, funcionalidades y especificaciones
técnicas de estos dispositivos en las diferentes
aplicaciones y usos. Hay siete capítulos que abarcan
desde la conexión física; características de las señales
eléctricas, tanto analógicas como digitales; protocolos
de comunicaciones; requerimientos de software;
conexión en redes inalámbricas y alámbricas;
interfaces de comunicación RS485/232; integración a
buses de campo; y aplicación en redes de
automatización abiertas. El estándar permite reducir el
tiempo y dificultad asociado con la configuración de los equipos sensores, y
establecer un método universal para desarrollar sensores plug & play.

9. 9
Las aplicaciones son muy variadas e incluyen equipos de seguridad personal y de
hogares, manejo de edificios inteligentes, manejo de máquinas y equipos a nivel
industrial, equipamiento de aviónica y redes de detección de condiciones
ambientales. Algunas de las aplicaciones pioneras de estos dispositivos son
desarrollo de micro acelerómetros para uso en vehículos, medidores de presión en
la industria, sensores inerciales en aviónica, sensores de oxígeno, medidores de
temperatura, implementación de micro máquinas, integración en tarjetas
inteligentes, redes de sensores inalámbricos para comunicar datos distribuidos.
SENSORES INTELIGENTES TEDS
PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO
Estos sensores están basados en un nuevo estándar para sensores, propuesto por
IEEE, el estándar 1451.4, que establece un método universalmente aceptado para
desarrollar sensores plug-and-play, de manera similar a un mouse USB el cual es
plug-and-play con una computadora, y define un mecanismo para agregar
comportamientos auto descriptivos con una interface de señal análoga, la cual de
modo mixto combina la señal análoga del sensor tradicional con una conexión digital
serial de bajo costo para accesar la hoja de Datos Electrónica del Transductor
(TEDS) incluida en el sensor, permitiendo reducir el tiempo y el reto asociado con
la configuración de sensores.
Para extender los beneficios de los sensores Plug &Play a sensores análogos
tradicionales, los TEDS Virtuales proporcionan la misma hoja de datos electrónica
del transductor en un archivo de formato electrónico. Con TEDS, el sensor se
identifica y describe asimismo al sistema de adquisición de datos al cual está
conectado.
La inclusión de capacidades plug-and-play a sensores análogos entrega beneficios
reales a usuarios y desarrolladores:
 Inicialización más rápida
 Diagnósticos mejorados.
 Reducción de tiempo muerto por reparación y reemplazo de sensores.
 Administración de activos mejorada.
 Uso automático de calibración.
El Estándar de interface de Modo Mixto IEEE 1451.4 para Transductores Pequeños
define un mecanismo para agregar tecnología de auto identificación a sensores y
actuadores tradicionales de modo-análogo. Desarrollado en conjunto por
manufactureros de sensores, proveedores de instrumentación y software, y

10. 10
usuarios; IEEE 1451.4 define el concepto de transductores de modo-mixto que
proporciona tanto interfaces análogas como digitales. La interface eléctrica análoga
proporciona una señal que refleja los fenómenos físicos (como la temperatura,
presión y fuerza) de una manera tradicional. El sensor inteligente TEDS de IEEE
1451.4, sin embargo, también proporciona una interface digital para comunicarse
con un dispositivo integrado en el transductor. Esta memoria contiene la información
binaria TEDS que identifica y describe al sensor y actuador. El TEDS contiene
información como el fabricante, número de modelo del sensor, número de serie,
rango de medición, sensibilidad, e información de calibración.
En la siguiente figura se muestra el diagrama que describe el funcionamiento del
sensor:
Históricamente, cuando se ajusta y configura un sistema de medición, usted debe
proporcionar de manera manual los parámetros de los sensores importantes, como
el rango, sensibilidad, y factores de escala, de tal manera que el software convierta
e interprete apropiadamente los datos del sensor. Ahora, el sistema incorporado con
los sensores inteligentes TEDS puede automatizar el paso de configuración,
mientras incrementa de manera general la integración y confiabilidad del sistema.
Mientras otras tecnologías de sensores inteligentes también proporcionan la
operación plug and play, IEEE 1451.4 es único ya que mantiene la salida análoga
del sensor. Por lo tanto, los sensores inteligentes TEDS son compatibles con
sistemas anteriores que incluyen interfaces análogas tradicionales. Además, la
simplicidad de las implementaciones IEEE 1451.4 tienen ventajas significativas y
pragmáticas para usar los sensores anteriores. Los dos componentes principales
del IEEE 1451.4 estándar son las hojas de datos estandarizadas (TEDS) y la
interface de modo mixto.

11. 11
El corazón del estándar IEEE1451.4 es la definición del TEDS, la estructura de
información que contiene la información crítica del sensor para permitir la operación
plug-and-play. Los TEDS, que típicamente residen en el EEPROM incorporado en
el sensor, son accesados por el sistema de medición con la ayuda de una interface
serial de bajo costo.
IEEE 1451.4 define a la estructura TEDS como muy compacta y a la vez flexible y
extensible como para manejar un rango amplio de sensores y requerimientos. La
información TEDS está dividida en varias secciones clave. La primera porción del
TEDS, el TEDS Básico, contiene la información de identificación del sensor
requerida, incluyendo fabricante, número de modelo, y número de serie del sensor.
Al TEDS Básico puede seguirle un TEDS estándar IEEE que contiene la información
específica de la ‘hoja de datos’ para los sensores – típicamente los datos necesarios
para configurar de manera apropiada la interface eléctrica y convertir los datos de
medición a unidades de ingeniería. Los parámetros típicos del TEDS incluyen
rangos de medición, rango de salida eléctrica, sensibilidad, requerimientos de
potencia, y datos de calibración. La sección de TEDS estándar describe todo lo
necesario para realizar mediciones utilizando los sensores.
TIPOS DE SENSORES
POR SU FORMATO TEDS ESTÁNDAR
La diversidad de sensores inteligentes TEDS se encuentra el elemento primario a
usar de ahí que el IEEE estándar especifica una colección de formatos TEDS
estándar, definidos como plantillas, para diferentes tipos de sensores primarios. Las
plantillas proporcionan las herramientas para que el sistema de medición convierta
los datos binarios almacenados en los sensores EEPROM (o archivos Virtuales
TEDS) de los TEDS inteligentes en especificaciones significativas para ese sensor.
La colección de las plantillas IEEE estándar incluyen acelerómetros IEPE (corriente
de potencia constante) y micrófonos, sensores de presión IEPE, sensores de puente
Wheatstone, calibradores, transductores de carga y fuerza, termopares, RTDs,
termistores, LVDT/RVDT, sensores de resistencia y sensores amplificados
(cualquier tipo) con salida de voltaje o corriente. El estándar también permite a los
manufactureros definir sub plantillas que pueden utilizarse en vez de, o además de,
las plantillas estándar para acomodar parámetros y requerimientos específicos.
A continuación, se muestra una tabla con algunas estructuras de los formatos TEDS
estándar:

12. 12
Como puede observarse, la última porción del TEDS está disponible para usuarios
para almacenar datos fijos e información residente en el sensor. Esta característica
es muy útil para almacenar la localización del sensor (codificado con un ID),
información de mantenimiento adicional, u otra información residente en el sensor.
POR SU INTERFACE MODO MIXTO
Un sensor inteligente TEDS como se define por IEEE 1451.4 incluye una interface
de modo mixto que acomoda tanto señales análogas (para medición de señales)
como canales digitales en serie (para accesar la información digital TEDS). Existen
dos tipos de interfaces de modo mixto definidas en el estándar – interfaces Clase 1
y Clase 2.
Interfaces Clase 1 son principalmente para transductores piezoeléctricos con
corriente constante (acelerómetros, micrófonos, etc.) y definen un esquema para
hacer cambios secuenciales entre TEDS de modo digital y análogo en un solo par
de cables transductores.
Interfaces Clase 2, la cual requiere de cables adicionales para la comunicación
digital TEDS. La entrada-salida análoga de los transductores no se modifica, y la
interface TEDS de 2-cables se agrega en paralelo a la interface análoga.
SENSOR TEDS VIRTUAL

13. 13
La National Instruments y vendedores de sensores en todo el mundo han
reconocido los beneficios implícitos del concepto TEDS, el cual provee una
descripción del lenguaje estándar para sensores. La estructura de datos TEDS
puede describir cualquier sensor análogo, sin importar si el TEDS está físicamente
o no localizado en el EEPROM incorporado al sensor. Un archivo virtual TEDS se
almacena en una computadora local o base de datos en web accesible en vez de
en una EEPROM. Esto permite que la inmensa instalación de sensores análogos
ya establecidos puedan aprovechar los beneficios del TEDS sin necesitar el
EEPROM incorporado. Los TEDS virtuales son también valiosos en aplicaciones
donde las condiciones de operación del sensor previenen el uso de electrónicos..
En la siguiente figura se muestra TEDS Virtuales:
CONSTRUCCIÓN
La construcción de un sensor inteligente TEDS,
parte del elemento primario que se va emplear
para la medición de la variable física. Por
ejemplo para la construcción de un acelerómetro
se puede emplear un piezoeléctrico como
sensor primario y a partir de éste adaptar un
circuito integrado DS2430A o DS2431 que es
una memoria EEPROM que permiten identificar
y almacenar información relevante del sensor,
como el mostrado a continuación.

14. 14
Con este circuito que almacena el TEDS y un circuito acondicionador como los
propuestos a continuación en la siguientes secciones, se puede construir un sensor
inteligente TEDS.
Otro ejemplo de construcción de sensores inteligentes TEDS a partir de sensores
primarios son los siguientes:
CIRCUITOS ACONDICIONADORES DE SEÑAL
Como se mencionó anteriormente existen dos tipos de interface de modo mixto que
acomoda tanto señales análogas (para mediciónde señales) como canales digitales
en serie (para accesar la información digital TEDS) que son la Clase 1 y Clase 2.
Interfaces Clase 1 son principalmente para transductores piezoeléctricos con
corriente constante (acelerómetros, micrófonos, etc.) y definen un esquema para
hacer cambios secuenciales entre TEDS de modo digital y análogo en un solo par
de cables transductores. Transductores energizados con corriente constante,
generalmente referidos como transductores electrónicos integrados piezoeléctricos
(IEPE), incorporan acondicionamiento interno de señales energizados por una
corriente constante provisto por el sistema de medición en los cables de señales.
Los transductores Clase 1 toman ventaja de esta característica estándar análoga al
agregar al TEDS un interruptor controlado por la dirección de la fuente de corriente.
Al revertir la dirección de la corriente, el sistema de instrumentación cambia el
sensor a un TEDS de modo digital.
En el siguiente circuito se esquematiza la interface clase 1

15. 15
Por otra parte, la mayoría de los tipos de sensores implementan la interface Clase
2, la cual requiere de cables adicionales para la comunicación digital TEDS. La
entrada-salida análoga de los transductores no se modifica, y la interface TEDS de
2-cables se agrega en paralelo a la interface análoga. Con esta referencia, puede
usted implementar TEDS en virtualmente cualquier tipo de sensor o actuador
amplificado o no amplificado, incluyendo termopares, RTDs, termistores, sensores
de puente, celdas químicas electroquímicas y sensores de corriente de 4-20 mA.
De hecho, con la incorporación de la Clase 2, es muy fácil seguir utilizando sensores
existentes, con una variedad de opciones de empaque. En la Figura ilustra un
ejemplo de implementación de la interface modo mixto Clase 2 con un puente
transductor.
Otros ejemplos de circuito acondicionadores se muestran a continuación:

16. 16
APLICACIÓN INDUSTRIAL
Existen muchas aplicaciones industriales que han desarrollado los fabricantes. Por
ejemplo la National Instruments incluye la comunicación serial adicional de circuito
para sensores TEDS inteligentes. El NI SCXI-1314T es un bloque terminal de
montaje frontal para el módulo de entrada del sensor puente NI SCXI-1520. Este
bloque terminal de ocho canales proporciona la interface TEDS entre los sensores
TEDS inteligentes y el módulo de entrada universal SCXI-1520. El SCXI-1314T
introduce una interface de entradas/salidas fácil para conectarse hasta con ocho
sensores puente o calibradores a través de los estilos de conectores ethernet RJ-
50.

17. 17
Para usuarios que requieren de un sistema DAQ portátil y una interface para
sensores TEDS inteligentes de Clase 2, National Instruments ha introducido el
nuevo módulo SCC. Compatible con todos los módulos SCC, el NI SC-2350
incorpora todas las ventajas de los TEDS en un pequeño sistema portátil para
usuarios que tengan menos cuentas de canales y que requieran de factor de forma
más pequeño. El SC-2350 es ideal para sistemas de adquisición de datos portátil
con una laptop.
El NI BNC-2096 es un estante de 19 pulgadas para sensores TEDS inteligentes de
bloque terminal Clase 1, incluyendo aceleradores y micrófonos TEDS inteligentes.
El BNC-2096 permite la conexión de hasta dieciséis sensores TEDS inteligentes.

18. 18
Otro fabricante como PCB Piezotronics tiene disponible una gama amplia de
acelerómetros TEDS, como los mostrados en la siguiente figura.
y en la siguiente tabla se muestra alguna características de ellos

19. 19
Problema Práctico
Se necesita medir la temperatura de un
horno de fundición de chatarra que alcanza
niveles 1100ºC. Es necesario que el sensor
que se implemente pueda ser calibrado, sea
estable, tenga una salida de 4-20 mA y sea
un sensor inteligente TEDS.
Existen varias propuestas de algunos
fabricantes para solucionar este problema.
Una de estas propuestas es la planteada por
el fabricante Watlow con su WATCOUPLE.
Es un sensor inteligente diseñado según el
estándar IEEE 1451.4, lo que implica que es
un sensor inteligente TEDS, que permite identificar al sensor, fabricante, fecha de
fabricación, curva de calibración, posee comunicación externa, entre otras. Por otra
parte emplea como sensor primario un termopar cuatro veces más preciso que un
termopar tipo K con un valor máximo pico de temperatura de 1316ºC y valor nominal
de 1177ºC, con una salida de 4-20mA.
LOS SENSORES INTELIGENTES PERMITEN OPORTUNIDADES PARA LAS
EMPRESAS
Hitos Destacados:
 Se utilizan sensores inteligentes para medir en casi todas las industrias.
 Las redes son posibilitadoras cruciales de aplicaciones de sensores.
 Los CSPs están idealmente posicionados para ayudar a las empresas a
beneficiarse de los sensores inteligentes.
Detectar nuevas oportunidades:
A medida que aumenta la utilización de sensores inteligentes, también aumentan
las oportunidades de negocio de los proveedores de servicios de comunicaciones
(CSPs) y de las empresas. Actualmente, casi todas las industrias usan sensores
para medir temperatura, humedad, presión y otros valores. Es crucial obtener dichas
medidas para el destino adecuado en un instante.

20. 20
Dependiendo de la industria, los sensores inteligentes suelen ayudar a incrementar
la eficiencia operacional y a ahorrar dinero. Pero también pueden tener un impacto
directo en las vidas y en el entorno.
Asistencia sanitaria: Hasta un cambio pequeño en la temperatura o humedad
puede afectar a la salud del paciente. Acciones instantáneas para mantenerlas
constantes puede significar la diferencia entre la vida y la muerte.
Edificios ecológicos: Aplicaciones de sensores pueden analizar medidas de
sensores de luz y temperatura en edificios para determinar si las luces deberían
apagarse automáticamente o las temperaturas ajustarse. Estas acciones se pueden
basar en la hora o en otros factores, como entrar o salir de una habitación en un
hotel.
Cadena de suministros: Sensores inteligentes en bodegas de carga o en
contenedores miden la temperatura o humedad para impedir el deterioro de
productos perecederos. El deterioro es muy costoso. También puede afectar a la
calidad de vida de los que están esperando los alimentos.
Petróleo y gas: Sensores de presión a lo largo de conductos lejanos aseguran
detección instantánea de fugas. Estos sensores inteligentes reducen la necesidad
de costosas visitas a los conductos, protegen los activos, y ayudan a prevenir
desastres medioambientales.
Bautizada por algunos como “sensorconomy”, el creciente mercado de aplicaciones
de sensores es un subconjunto del mercado más amplio de aplicaciones máquina
a máquina. Cada día, las empresas conectan más sensores inteligentes a redes
para proporcionar información a las aplicaciones. Aunque se usan sensores
inteligentes para aplicaciones especializadas, no suelen formar parte del
ecosistema del negocio. Ahora esto está cambiando. CSPs y empresas están
reconociendo oportunidades para hacer que sensores inteligentes formen parte de
sus estrategias comerciales básicas. Por ejemplo:
 CSPs pueden usar sus redes y prácticas de servicios profesionales para
ampliar sus relaciones con clientes de empresa y mejorar su posición en la
cadena de valor de sensores inteligentes.
 Las empresas pueden obtener más valor de sensores inteligentes y
aplicaciones de sensores al incorporar inteligencia de red y crear enlaces
más estrechos con procesos de negocio.
Los CSPs pueden construir su negocio de empresa:

21. 21
Los CSPs están en una posición única para proporcionar a las empresas las
facilidades que necesitan en múltiples niveles de la cadena de valor de sensores
inteligentes incluyendo conectividad, servicios, aplicaciones, y procesos de negocio.
Pueden asumir un papel cada vez mayor al permitir aplicaciones de sensores para
aumentar su valor y expandir su negocio de empresa.
.Etapa 1: Suministrar conectividad
Como primera etapa, los CSPs pueden suministrar conectividad fija y Wireless a
empresas que requieren sensores inteligentes. Es una extensión natural de los
servicios de conectividad que los CSPsya proporcionan a empresas. Su experiencia
y competencia proporciona a los CSPs credibilidad en el mercado de sensores
inteligentes.
Probablemente, los CSPs ya han proporcionado a sus clientes de empresa tarjetas
SIM como parte de sus servicios Wireless. Las tarjetas SIM están consideradas
como objetos inteligentes ya que obtienen información sobre localización, estado
del dispositivo y otros factores. Esto quiere decir que los CSPs ya están
suministrando eficientemente aplicaciones máquina a máquina – un súper conjunto
de aplicaciones de sensores.
Etapa 2: Añadir servicios y aplicaciones
Para ir más allá del papel de proveedor de conectividad, los CSPs pueden explotar
la inteligencia IP en High Leverage Network (HLN) para añadir servicios y permitir
aplicaciones que ayuden a las empresas a aprovecharse de los sensores
inteligentes:
 Los servicios podrían incluir suministrar redes privadas virtuales (VPNs) IP o
privadas.
 Las aplicaciones podrían incluir comunicaciones unificadas que ayuden a las
empresas a incrementar la productividad de los empleados y a asegurar que
la información de sensores inteligentes llegue a las personas adecuadas en
el momento justo.
Los CSPs pueden usar la inteligencia de su HLN para desarrollar aplicaciones de
sensores. También pueden exponer firmemente su inteligencia de red para que
diseñadores de aplicaciones con garantía pueden crear aplicaciones de sensores
más avanzadas. Una estrategia de habilitación de aplicaciones ayuda a que los
CSPs aumenten su valor a empresas y diseñadores de aplicaciones.

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Etapa 3: Permitir servicios de negocio en tiempo real
El tercer nivel de valor para los CSPs es encontrar su capacidad para permitir
servicios de negocio en tiempo real en la empresa. Como aplicaciones de sensores
disparan eventos o acciones basadas en información de sensores inteligentes, ellas
afectan a los procesos centrales de negocio de la empresa. Los CSPs pueden
ayudar a las empresas a construir el caso de negocio para sensores inteligentes e
integrar aplicaciones de sensores en procesos de negocio con comunicaciones.
En muchos casos, las empresas ya están desplegando procesos de negocio con
comunicaciones. Y los CSPsya están asesorando a sus clientes de empresas sobre
como añadir comunicaciones a aplicaciones IP. En muchos casos, pueden
adaptarse o ampliarse aplicaciones y procesos comerciales para aprovecharse de
sensores inteligentes.
Hace diez años cuando los procesos centrales de negocio se basabanen tecnología
y técnicas propietarias, esto habría sido difícil. Sin embargo, como los actuales
procesos y aplicaciones comerciales se basan en estándares, no existe la
necesidad de ‘eliminar y sustituir’ existentes procesos y aplicaciones comerciales.
Se trata simplemente de usar interfaces abiertos para añadir facilidades de
sensores.
Obtener más valor de sensores inteligentes
Con CSPs como socios, las empresas se encuentran en una mejor posición para
aprovecharse de sensores inteligentes y aplicaciones de sensores. Tienen un único
socio que les proporciona experiencia en redes, servicios, aplicaciones y procesos
comerciales con comunicaciones. Esta combinación permite a las empresas:
 Empezar a usar sensores inteligentes y aplicaciones de sensores sin grandes
inversiones iniciales. Con una suscripción de ‘pagar cuando funciona de su
CSP, las empresas pueden adoptar un modelo de negocio flexible que les
ayude a aprovecharse rápidamente de oportunidades de sensores
inteligentes. Por ejemplo pueden pagar una cuota anual o mensual para
aplicaciones de sensores basadas en el número de sensores inteligentes
conectados a la red o en el número de transacciones de sensores en la red.
 Desplegar aplicaciones que analicen las medidas de sensores inteligentes y
tomar las acciones apropiadas basadas en dichos análisis. Para tomar las
acciones adecuadas, las aplicaciones de sensores necesitan combinar
información de sensores inteligentes con inteligencia de la red del CSP. Al

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incorporar inteligencia de red, estas aplicaciones de sensores crean un
enlace entre la red que los sensores inteligentes usan para transmitir
información y los procesos de negocio, bases de datos o aplicaciones web
que se necesitan contactar o ejecutar una vez que el sensor inteligente ha
enviado su información.
 Eliminar la latencia en procesos comerciales. Cuando la gente se comunica
como parte de procesos de negocio, suelen reaccionar a algo que han visto
una alarma o un indicador. Al incorporar directamente medidas de sensores
inteligentes en los procesos de negocio con comunicaciones se elimina este
retardo. En el preciso momento en el que se supera un umbral, la información
se transmite a los sistemas y procesos adecuados para actuar. Tras ello, se
transmite a las personas adecuadas o a otros objeto para nuevas acciones.
EL PRESENTE Y EL FUTURO
Los sensores inteligentes diseñados eran incompatibles hasta que se decidió definir
una norma que permitiera su interconexión: La norma IEEE-P1451 (Transducer to
Microprocessor Interface), la cual fija las directivas de los sensores inteligentes, así
como la comunicación con el bus digital. A continuación se exponen unas ideas
generales sobre la posible repercusión futura de esta norma. La norma generaliza
el concepto de sensor inteligente al de Transductor Inteligente, todos montados
sobre una red común y con la información necesaria para saber en cualquier
momento quien es sensor y quien es actuador, y que propiedades tiene cada uno.
Hay varios dispositivos, sensores y actuadores, de diversos fabricantes, con
diversas tecnologías. Algunos pueden ser más complejos que otros, pero
comparten los requerimientos mínimos de identificación, direccionalidad y
comunicación. De esta manera el sensor, no sólo podrá «conocerse a sí mismo»,
sino que también podrá «conocer a sus compañeros». Esta comunicación
interactiva permitirá saber qué tipo de transductor es el dispositivo (sensor o
actuador), cuál es su función (sensor de presión, caudal, etc.), posibilidades,
ubicación y fabricante. Así podrán realizarse enlaces online de identificación,
corrección de parámetros, optimización del proceso, y un amplio etcétera de
posibilidades. Desde el punto de vista del sensor, éste es un circuito (integrado o
no), que tiene una o más de las funciones de sensado (uno o más sensores), interfaz
(acondicionamiento de la señal, conversión entre dominios, estandarización de la
salida), calibración (cero, linealidad, sensibilidad, corrección de temperatura), e
inteligencia (auto-comprobación, auto-calibración y auto-identificación). El NCAP es
un microprocesador encargado de administrar la comunicación con la red donde se
instale el dispositivo. El TEDS es una ROM donde se guarda la información de
identificación del componente (tipo, fabricante, funciones, etc.). El funcionamiento

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es muy simple: Los sensores, vía un multiplexor, entregan la información a un
acondicionador de señal, el cual se encarga de corregir los errores fundamentales
de la señal (linealidad, offset, derivas, etc.). Luego esta señal se digitaliza a digital;
esta información, junto con la del TEDS, se envía al NCAP para que sea
normalizada y colocada en la red. El proceso inverso también es válido. La
información proveniente de la red se convierte al lenguaje propio del fabricante a
través del NCAP, con el fin de poder actuar sobre el sensor, ya sea para corregir
algún parámetro o simplemente para identificarlo. El futuro de la instrumentación
pasa por hacer realidad esta norma, desde el punto de vista de la compatibilidad,
ya que fabricantes como Motorola o Siemens, han implementado los conceptos,
pero con sus equipos y sus redes. Este mundo de la instrumentación física, termina
por conectarse y complementarse con el de la instrumentación virtual. Esta última
busca proyectar en un computador personal toda la información necesaria para
supervisar y controlar los componentes presentes en una red, de tal forma que se
integre la instrumentación y se transforme al computador en un instrumento.
Claro que más allá del PC, la instrumentación virtual mediante el uso de la red de
redes, Internet, transportará todas estas funciones a cualquier dispositivo:
Televisores domésticos, tercera generación de teléfonos móviles, etc. A pesar del
gran esfuerzo realizado por algunas instituciones como la IEEE y su norma, la
fundación Fieldbus, IVI, etc., el reto del futuro próximo seguirá siendo la
interconectividad entre sensores.
CONCLUSIONES
Según los fabricantes e ingenieros que trabajan con los SI, se
concluye:
 Contribuyen efectivamente en un incremento de la
integridad y confiabilidad de los sistemas de
automatización, ya que son menos propensos a fallas;
incluso incorporan rutinas de detección de fallas.
 La implementación de redes permite optimizar la operación global de los
procesos, ya que es posible implementar un manejo armónico de todas los
subprocesos, independiente de su distribución geográfica.
 Se espera una reducción de los costos de mantenimiento e instalación de
esquemas de automatización trabajando con señales y protocolos de
comunicación estándares.

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 Hay un desarrollo en las interfaces hombre-máquina consiguiendo una
comunicación más inteligible para el operador.
 Se implementarán redes de sensores distribuidos
geográficamente o en una planta industrial enviando
información a un centro de recopilación de datos para
efectuar mediciones y decisiones zonales.
 Otra de las áreas de desarrollo es incluir transmisión en
el sensor y formar redes inalámbricas con comunicación
en RF, evitando los cableados y la posición fija.
 En un futuro próximo los sensores incluirán el sensor, un núcleo de
procesamiento de alta velocidad y capacidad, gran cantidad de memoria,
elementos de comunicación tanto alambrado como inalámbrico, de tal
manera que se programe y monitoree en forma local o remota.
 Un sistema electrónico de identificación individual.