Un interesante tipo de sensor para aplicaciones específicas es el sensor formado por cables coaxiales piezoeléctricos. Sensibles a flexión, doblado y fuerzas estos sensores pueden ser usados en aplicaciones importantes como, por ejemplo, alarmas, acústica submarina, deportes, etc. En este artículo, cómo funcionan estos sensores.
Los cables coaxiales piezoeléctricos son similares a los cables coaxiales comunes, excepto por el hecho de que el material dieléctrico que separa el conductor interno de la malla es un material con propiedades piezoeléctricas, como muestra la figura 1.
Por el hecho de que el material dieléctrico se piezoeléctrico, en el caso de una cubierta de película, el cable presenta propiedades importantes. Cuando es flexionado, comprimido, doblado o estirado, genera una tensión entre la malla y el conductor central.
La tensión generada es proporcional al esfuerzo al cual el cable es sometido lo que permite su utilización como un sensor para diversas aplicaciones.
Este tipo de construcción, en forma de cable, hace del cable un sensor especialmente indicado para determinados tipos de aplicación.
Por ejemplo, por el hecho de que la malla externa funciona como blindaje, el cable tiene una gran inmunidad a EMI siendo, por lo tanto, indicado para ambientes en los que la interferencia electromagnética es un problema.
El cable mostrado en la figura 1 es del tipo AWG 20 por el hecho de que el conductor interno tiene este calibre.
Como su construcción es lineal, puede monitorear grandes áreas no necesitando conexiones adicionales, pues la conexión es el propio sensor.
Así, una de las aplicaciones de este tipo de sensor es en la detección de intrusos o en cercas. También se puede utilizar como sensor de golpes, vibraciones y esfuerzos. Otra aplicación es en acústica submarina.
También podemos citar como aplicación el monitoreo de pacientes y aplicaciones en deportes en que él detecta el paso por una línea de llegada, por ejemplo.
Mouser Electronics dispone en su línea de productos los cables de Measurement Specialitys cuyas características se pueden acceder en http://www.mouser.com/ds/2/418/Piezo_Spiral_Wrapped_Coaxial_Cable-736553.pdf
Los cables normalmente se venden en longitudes múltiples de 1 metro y su compra puede hacerse en el sitio web de Mouser Electronics en: http://www.mouser.com/Wire-Cable/_/N-5ggl?keyword=piezo
En la figura 2 tenemos el aspecto de estos cables.
- Entre las características destacadas para este cable tenemos:
- Longitud ilimitada
- Resistente al agua y flexible
- Estable a temperaturas hasta 85ºC.
- Respuesta a alta tensión
- Baja impedancia por unidad de longitud
- Interconexiones simplificadas
- Reparable en campo
El uso de estos sensores es simple, requiriendo circuitos con componentes comunes.
La configuración más simple hace uso de amplificadores operacionales, como la mostrada en la figura 3.
La configuración más recomendada es la que hace uso de un amplificador de bajo nivel de ruido, como mostramos, donde la fuente es simétrica con tensión de acuerdo con el circuito de interfaz.
En la figura 4 tenemos un circuito en el que una fuente simple es usada, pero sin la posibilidad de cancelar la tensión offset.
Un circuito con transistores se muestra en la figura 5.
Observe la necesidad de colocar un resistor en la entrada de los circuitos del orden de 20 M ohmios para formar el recorrido para la corriente de polarización.