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Instrumentos para la seguridad

Cuando las máquinas pueden ver

Xavier Borràs09/03/2011

9 de marzo de 2011

La optoelectrónica es el nexo de unión entre los sistemas ópticos y los sistemas electrónicos. Los componentes optoelectrónicos son aquellos cuyo funcionamiento está relacionado directamente con la luz. En este contexto, por luz se entiende no sólo el espectro visible de la luz, sino también (y especialmente) sus formas invisibles (rayos X, luz ultravioleta y luz infrarroja). Los dispositivos optoelectrónicos son transductores eléctrico-a-ópticos o óptico-a-eléctricos, o instrumentos que utilizan tales dispositivos en su funcionamiento.
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En su aplicación a maquinaria pesada o a robots, la optoelectrónica se destina, principalmente a solucionar problemas de seguridad y control de calidad: en este contexto, los dispositivos optoelectrónicos y electrosensibles protegen las zonas peligrosas de las máquinas.

Mediante estos dispositivos se pueden supervisar tanto superficies horizontales como verticales para evitar la puesta en marcha de la máquina si un operario se encuentra en la zona supervisada, o proceder al paro de la máquina si el operario accede a la zona establecida como peligrosa. Estos dispositivos optoelectrónicos de seguridad son principalmente las cortinas, barreras, rejillas y escáneres láser de seguridad, mediante los cuales son supervisados perímetros, accesos, o superficies próximas a la zona de peligro. Por otro lado, están los sistemas electrosensibles de seguridad, como por ejemplo las alfombras, bordes sensibles y búmpers de seguridad que son fabricados según las dimensiones establecidas por el cliente y que permiten su aplicación en ambientes difíciles donde, por ejemplo, una elevada suciedad supondría un inconveniente para otro tipo de dispositivos.

Estos dispositivos optoelectrónicos de seguridad son principalmente las cortinas, barreras, rejillas y escáneres láser de seguridad, mediante los cuales son supervisados perímetros, accesos, o superficies próximas a la zona de peligro
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Tipos de dispositivos

Fotodiodo: Un fotodiodo consiste en esencia de una unión de material Py material N polarizada inversamente, en la cual la corriente inversa está en función de la luz que incide en el fotodiodo y se considera que a mayor intensidad de luz existe una corriente de fuga mayor. Cuando la luz de longitud de onda apropiada es dirigida hacia la unión, se crean pares hueco-electrón que se desplazan a través de la unión debido al campo generado en la región deprimida. El resultado es un flujo de corriente, denominado fotocorriente, en el circuito externo, que es proporcional a la irradiancia efectiva en el dispositivo. El fotodiodo se comporta básicamente como un generador de corriente constante hasta que se alcanza la tensión de avalancha. En la mayoría de dispositivos comerciales, la corriente del fotodiodo se halla en el margen comprendido entre el sumicroamperio y las decenas de microamperios, pudiendo añadirse a la pastilla un amplificador por un coste mínimo.

Fotodiodo de avalancha: Es posible incorporar un tipo de sistema amplificador de empleo común formando parte del propio fotodiodo. El fotodiodo de avalancha utiliza la multiplicación por avalancha para conseguir amplificar la fotocorriente creada por los pares hueco-electrón. Esto proporciona una elevada sensibilidad y gran rapidez. Sin embargo, el equilibrio entre ruido y ganancia es difícil de conseguir y como consecuencia, el coste es alto. Asimismo, la estabilidad de temperatura es deficiente y se requiere una tensión de alimentación de valor elevado (100-300V), estrechamente controlada. Por estas razones, el fotodiodo de avalancha tiene limitadas aplicaciones.

Se comercializan fotodiodos con amplificadores, compensación de temperatura y estabilización en el mismo chip. La integración reduce los problemas debidos a corrientes de fuga, interferencias y picos de ganancia debidos a capacitancias parásitas.

Fototransistor: Un fototransistor es una combinación integrada de fotodiodo y transistor bipolar npn (sensible a la luz) donde la base recibe la radiación óptica. Es una de las combinaciones fotodiodo amplificador más simples. Dirigiendo una fuente de luz hacia la unión PN polarizada en sentido inverso (colector-base), se genera una corriente de base, que es amplificada por la ganancia de corriente del transistor.

Fotodarlington: Básicamente, este dispositivo es el mismo que el transistor sensible a la luz, excepto que tiene una ganancia mucho mayor debido a las dos etapas de amplificación, conectadas en cascada, incorporadas en una sola pastilla.

Existen muchas aplicaciones en las que la información debe ser transmitida entre dos circuitos eléctricamente aislados uno de otro. Este aislamiento puede ser conseguido mediante relés, transformadores de aislamiento y receptores de línea.

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Foto: RS Amidata

El optoacoplador

Existe, no obstante, otro dispositivo que puede ser utilizado de manera igualmente efectiva para resolver estos problemas. Este dispositivo es el optoacoplador. Su empleo es muy importante en aplicaciones en las que el aislamiento de ruido y de alta tensión y el tamaño son características determinantes.

Un optoacoplador es un dispositivo que contiene una fuente de luz y un detector fotosensible separados a una cierta distancia y sin contacto eléctrico entre ellos. La clave del funcionamiento de un optoacoplador está en el emisor, un LED que generalmente es un Ired cuya energía radiante está dentro de la región de los infrarrojos, y en el detector fotosensible a la salida, el cual puede ser un fototransistor.

Dichos componentes se encapsulan conjuntamente y de tal forma que las radiaciones emitidas por el diodo incidan sobre el fototransistor. Al estar compuestos por un componente electroluminiscente (generalmente un diodo Ired) y otro fotosensible (fototransistor), cuyos comportamientos ya han sido estudiados, nos fijaremos en su funcionamiento como bloque.

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