Ingeniería Eléctrica

Para el diseño de interfaces o dispositivos que utilizan sensores es recomendable utilizar, micro-controladores o mejor aún, sistemas ensamblados como el AVR-Mini,Wiring, Arduino o Basic Stamp. La ventaja de utilizar estos sistemas se traduce en poder acondicionar los datos y la señal producida por cada sensor, volviéndola útil en diferentes modelos y aplicaciones. Estas señales normalmente se convierten en información que crea una reacción del lado de la aplicación o mecanismo de la interfaz. La señal es acondicionada para que haga sentido (i.e. información) en el sistema. Señal que no es útil se considera ruido y es indeseable en el sistema. El micro-controlador se programa para distinguir entre señal útil y ruido. Con la señal útil, el algoritmo del micro-controlador decide que cause debe tomar la información e inclusive que formato se le debe adjudicar. Consecuentemente los micro-controladores mencionados, resuelven el problema de conversión de señal analógica a digital, de acondicionamiento y re-dirección, entre otras.

El conocimiento necesario en Ingeniería Eléctrica para trabajar con sensores debe incluir los siguientes términos y sus cantidades:

• Voltaje $V$ o $E,$ (Voltios).
• Corriente $I,$ (Amperios).
• Impedancia $Z,$ (Ohmios).
• Potencia $P,$ (Vatios).

Los componentes electrónicos normalmente se ínter-conectan formando un circuito. En aplicaciones con sensores se utilizan los siguientes componentes y sus cantidades:

• Resistencia (Ohmios),
  $$Z=R.$$

• Condensadores (Faradios),
  $$Z = \frac{1}{sC},$$
  donde $s=j2\pi f,$ o componente de frecuencias en $Hz$ y $C,$ capacitancia.

• Interruptores
• LEDs
• Sensores
• Op Amps.

Las ecuaciones y matemática necesarias para el trabajo con sensores están basadas en la ley de Ohm:

• Ley de Ohm:
  $$E = IZ,$$
  donde, $E$ es voltaje, $I$ es corriente y $Z$ impedancia.

• Ecuación del divisor de voltajes:
  $$\frac{V_o}{V_i} = \frac{Z_2}{(Z_1 + Z_2)},$$

• Impedancia equivalente entre dos circuitos en series:
  $$Z_{eq} = Z_1 + Z_2,$$

• Impedancia equivalente entre dos circuitos en paralelo:
  $$Z_{eq} = \frac{Z_1 Z_2}{(Z_1 + Z_2)},$$
  $$\frac{1}{Z_{eq}} = \frac{1}{Z_1} + \frac{1}{Z_2}$$

El circuito con mayor utilidad al trabajar con sensores es el divisor del voltajes que obviamente consta de una entrada y una salida de voltaje, una resistencia conectada a tierra y otra conectada a la entrada de voltaje. Ambas resistencias van hacia la salida de voltaje. En sensores con el principio de resistencia, se cambia una de las resistencias por el sensor. La figura 5, muestra un diagrama del divisor de voltaje.

Figura 5: Diagramas del divisor del voltajes