practica sensores opticos

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA EN INGENIERGÍA Y TECNOLOGÍAS AVANZADAS SENSORES ÓPTICOS 1. OBJETIVO: El alumno conocerá: 1. Las características básicas de los sensores ópticos (foto-resistencia, foto-transistor). 2. Los circuitos que permiten trabajar con cada uno de los sensores ópticos. CONOCIMIENTO PREVIOS Es necesario que el alumno investigue las fórmulas del puente de Wheatstone con el fin de que pueda calibrar la foto-resistencia como sensor óptico. Son necesarias las hojas de datos de los dispositivos para poder calcular y comparar las características de los sensores ópticos. MATERIAL Y EQUIPO • 2 Foto-resistencias de valor escogido por el alumno. • 2 Led IR. • 2 Foto-transistores IR apareados con el Led IR. • Led de diferentes colores. • Diversas resistencias. • 2 Potenciómetros. • Material calculado. • 1 Foco de 100 W con socket , cable (1.5m) y clavija bien aislado. • Cinta de aislar. • 1 cartulina color blanco. • 1 relevador a 5V o 6V con un contacto NO o 2 contactos (NO y NC). • 1 transistor 2N2222. • 1 ventilador 5V, 100mA. • 1 diodo 1N914. DESARROLLO 1.- Para el primer circuito se considerará una de las foto-resistencias compradas. Como primer paso es necesario medir el valor de la foto resistencia bajo la condición de luz en la que se encuentre (condición del lugar en donde se harán las mediciones). Posteriormente será necesario calcular el valor de la resistencia R de forma tal que se tenga la máxima transferencia de potencia en ella (revisar el postulado de máxima transferencia de potencia de la teoría de los circuitos).

Figura 1. Circuito serie con foto-resistencia.

2.- Para el segundo circuito considerado para la práctica será necesario calcular un circuito con puente de Wheatstone de forma tal que bajo la condición de luz de laboratorio el voltaje diferencial V0 = 0V.

Figura 2. Circuito puente de Wheatstone con foto-resistencia.

Una vez calculados los circuitos de la figura 1 y 2 será necesario, para cada uno de ellos, colocar la cartulina en forma de cilindro y hacer orificios cada 10 cm de forma tal que ésta pueda se colocada sobre la foto-resistencia. Posteriormente se introducirá el foco por la parte superior de la cartulina y se medirán los voltajes respectivos para cada circuito conforme el foco se encuentre a diversas distancias del sensor. Será necesario llenar la tabla 1.

Figura 3. Cilindro armado para medir la incidencia de luz en las foto-resistencias.

Tabla 1. Voltaje en la foto-resistencia

Distancia [cm]

Voltaje en la fotoresistencia en el Circuito de la Figura 1 [V]

Corriente en el Circuito de la Figura 1 [mA]

Voltaje V0 en el Circuito Figura 2 [V]

Sin catulina (calibración) 60 50 40 30 20 10 3.- El tercer circuito de la práctica se basará en uno de los foto-transistores comprados. En función de las hojas del fabricante será necesario seleccionar un punto de operación de la gráfica V CE vs Ic. Partiendo de este punto se calculará la resistencia RC del circuito.

Figura 4. Circuito utilizado para implementar el foto-transistor como sensor.

Una vez configurado el punto de operación del foto-transistor, se colocará sobre éste el cilindro de cartulina y se llenará la siguiente tabla. Tabla 2. Punto de operación del foto-transistor en función de la intensidad de luz.

Distancia [cm] 60 50 40 30 20 10

VCE [V]

IC [mA]

4.- Conocido el punto de operación del foto-transistor y la forma en la que trabaja, será necesario calcular al valor de los elementos del siguiente circuito.

Figura 5. Circuito activador de un motor de CD a través de un relé y un foto-transistor