Los sensores electrónicos son componentes vitales en la tecnología moderna, ya que permiten a los dispositivos interactuar con su entorno detectando cambios en las magnitudes físicas y convirtiéndolos en señales eléctricas. Estos sensores son fundamentales para una amplia gama de aplicaciones, entre las que se incluyen la automatización industrial, la monitorización sanitaria, los sistemas de automoción, la electrónica de consumo, la monitorización medioambiental y las infraestructuras inteligentes.

Este documento ofrece una descripción técnica detallada de los distintos tipos de sensores electrónicos, clasificados según los parámetros físicos que miden.

1. Sensores de temperatura

1.1 Termopares Los termopares consisten en dos hilos metálicos diferentes unidos por un extremo. Funcionan según el efecto Seebeck, por el cual se genera un voltaje proporcional a la diferencia de temperatura entre el extremo unido y los otros extremos. Son robustos, tienen un amplio rango de temperaturas y se utilizan ampliamente en entornos industriales.

1.2 Detectores de temperatura por resistencia (RTD) Los RTD utilizan materiales como el platino, que cambian su resistencia con la temperatura. Ofrecen una alta precisión y estabilidad, pero son más caros y menos resistentes que los termopares.

1.3 Termistores Los termistores son resistencias sensibles a la temperatura. Los termistores de coeficiente de temperatura negativo (NTC) disminuyen su resistencia al aumentar la temperatura, mientras que los termistores de coeficiente de temperatura positivo (PTC) la aumentan. Son muy sensibles y adecuados para la monitorización precisa de la temperatura.

1.4 Sensores infrarrojos (IR) Los sensores de temperatura IR detectan la radiación térmica y se utilizan en mediciones de temperatura sin contacto. Son comunes en termómetros médicos y en la termografía industrial.

2. Sensores de presión

2.1 Sensores piezorresistivos Estos sensores utilizan materiales cuya resistencia cambia con la tensión mecánica. Se utilizan habitualmente en dispositivos médicos y de automoción.

2.2 Sensores de presión capacitivos Los cambios de presión alteran la distancia entre dos placas capacitivas, lo que modifica la capacitancia. Estos sensores son sensibles y consumen poca energía.

2.3 Sensores piezoeléctricos Generan una carga eléctrica en respuesta a la tensión mecánica. Estos sensores son muy sensibles y se utilizan en mediciones de presión dinámica, como las ondas sonoras.

2.4 Sensores basados en galgas extensométricas Utilizan galgas extensométricas que cambian de resistencia cuando se estiran o se comprimen. Se utilizan a menudo en células de carga y en la monitorización del estado estructural.

3. Sensores de movimiento y posición

3.1 Acelerómetros Miden las fuerzas de aceleración y se utilizan en teléfonos inteligentes, vehículos y dispositivos portátiles. Suelen basarse en principios capacitivos o piezorresistivos.

3.2 Giroscopios Miden la velocidad angular y suelen combinarse con acelerómetros en unidades de medición inercial (IMU). Los giroscopios MEMS son comunes en drones y teléfonos inteligentes.

3.3 Magnetómetros Miden los campos magnéticos y se utilizan en brújulas digitales y sistemas de navegación.

3.4 Sensores de proximidad Detectan la presencia o ausencia de objetos sin contacto físico. Los tipos más comunes son los sensores capacitivos, inductivos y ópticos.

3.5 Transformadores diferenciales lineales variables (LVDT) Sensores electromecánicos utilizados para medir el desplazamiento lineal. Son muy precisos y se utilizan en aplicaciones aeroespaciales e industriales.

4. Sensores ópticos y de luz

4.1 Fotodiodos Dispositivos semiconductores que convierten la luz en corriente. Se utilizan en medidores de luz, comunicaciones ópticas y sistemas de seguridad.

4.2 Fototransistores Similares a los fotodiodos, pero ofrecen amplificación interna. Adecuados para condiciones de poca luz.

4.3 Resistencias dependientes de la luz (LDR) La resistividad disminuye al aumentar la intensidad de la luz. Se utilizan en sensores de luz ambiental y sistemas de iluminación automática.

4.4 Sensores infrarrojos Detectan la radiación infrarroja y se utilizan para la detección de movimiento, la visión nocturna y la detección de calor.

4.5 Sensores de imagen (CCD y CMOS) Convierten las imágenes ópticas en señales electrónicas. Los CCD ofrecen una mayor calidad, mientras que los sensores CMOS son más eficientes en cuanto al consumo de energía y más rápidos.

5. Sensores de gases y químicos

5.1 Sensores electroquímicos Miden las concentraciones de gases mediante una reacción química que produce una corriente. Se utilizan para la detección de gases tóxicos (CO, NO2).

5.2 Sensores de semiconductores de óxido metálico (MOS) Detectan gases a través del cambio de resistencia en los óxidos metálicos. Son comunes en la monitorización de la calidad del aire.

5.3 Sensores de gases por infrarrojos Utilizan la absorción de infrarrojos para detectar gases como el CO2. Proporcionan una alta precisión y se utilizan en sistemas de climatización y invernaderos.

5.4 Sensores catalíticos de perlas Miden los gases combustibles mediante la oxidación del gas y la medición del calor resultante.

5.5 Sensores de pH Miden la concentración de iones de hidrógeno en una solución, indicando su acidez o alcalinidad. Se utilizan ampliamente en el tratamiento de aguas y en procesos químicos.

6. Sensores de humedad

6.1 Sensores de humedad capacitivos Detectan los cambios en la capacitancia causados por los niveles de humedad que afectan a un material dieléctrico. Son los más comunes debido a su precisión y estabilidad.

6.2 Sensores de humedad resistivos Utilizan una capa conductora higroscópica cuya resistencia cambia con la humedad. Son económicos, pero menos precisos.

6.3 Sensores de humedad térmicos Miden la diferencia en la conductividad térmica del aire en función de su contenido de vapor de agua.

7. Sensores acústicos y ultrasónicos

7.1 Micrófonos Convierten las ondas sonoras en señales eléctricas. Entre los tipos se incluyen los micrófonos dinámicos, de condensador y MEMS.

7.2 Sensores ultrasónicos Emiten ondas ultrasónicas y miden el tiempo de reflexión para calcular la distancia. Se utilizan en sensores de aparcamiento y navegación robótica.

7.3 Hidrófonos Micrófonos submarinos que detectan señales acústicas en el agua. Se utilizan en la investigación marina y en sistemas de sonar.

8. Biosensores

8.1 Biosensores enzimáticos Utilizan reacciones catalizadas por enzimas para detectar moléculas biológicas, como los sensores de glucosa para el control de la diabetes.

8.2 Sensores de ADN Detectan secuencias específicas de ADN mediante reacciones de hibridación. Se emplean en pruebas genéticas y en medicina forense.

8.3 Inmunosensores Utilizan las interacciones entre anticuerpos y antígenos para la detección de patógenos o biomarcadores. Son comunes en el diagnóstico médico.

8.4 Biosensores ópticos Utilizan propiedades ópticas para detectar eventos biológicos. La resonancia plasmónica superficial (SPR) es un ejemplo común.

9. Sensores de radiación

9.1 Contadores Geiger-Muller Detectan la radiación ionizante a través de la ionización de gases. Son comunes en la monitorización de radiaciones y en instalaciones nucleares.

9.2 Detectores de centelleo Utilizan materiales que emiten luz cuando son golpeados por la radiación. La luz se convierte en una señal eléctrica mediante tubos fotomultiplicadores.

9.3 Detectores de radiación semiconductores Utilizan materiales como el silicio o el germanio para detectar la radiación a través de la generación de pares de electrones-huecos.

Conclusión

Los sensores electrónicos constituyen la base de muchos sistemas tecnológicos, ya que sirven de puente entre el mundo físico y el digital. Su diversidad les permite medir casi cualquier parámetro físico, químico o biológico, lo que hace posible la automatización, la seguridad, la monitorización de la salud y la concienciación medioambiental. A medida que la tecnología evoluciona, los sensores se miniaturizan, se hacen más eficientes desde el punto de vista energético y se integran cada vez más, allanando el camino para sistemas más inteligentes y con mayor capacidad de respuesta en todos los sectores.

Referencias

1. Fraden, J. (2010). Handbook of Modern Sensors. Springer.
2. Webster, J. G. (2009). Measurement, Instrumentation, and Sensors Handbook. CRC Press.
3. Doebelin, E. O. (2003). Measurement Systems: Application and Design. McGraw-Hill.