Sensores digitales, el camino hacia adelante
Durante años, la industria de productos de sensores se ha centrado principalmente en lo analógico. Los sensores operaban utilizando circuitos y componentes analógicos, en parte debido a los frontales analógicos presentes en casi todos los dispositivos de medición electrónica. Los sensores analógicos han sido dispositivos relativamente sencillos, a veces proporcionando salidas analógicas básicas, y en algunos casos añadiendo amplificación o ganancia, y acondicionamiento de señal antes de enviar la salida a un sistema de medición o control. Hoy en día, estos sistemas se están volviendo más sofisticados y, como resultado, requieren un procesamiento adicional de señales para lograr el rendimiento deseado del sistema.
En el pasado, los ingenieros de sistemas de sensores eran reacios a pasar a productos digitales debido a los desafíos que suponía añadir la digitalización a las rutas de señal de sensor analógico existentes. Los costos de I+D necesarios para realizar estos cambios estaban fuera del alcance de muchas pequeñas empresas de sensores que se centraban en tipos de productos, aplicaciones y mercados específicos. Durante las últimas dos décadas, algunos sensores digitales han entrado en el mercado, pero la falta de un estándar de interfaz o protocolos de comunicación hizo que el esfuerzo fuera caro y arriesgado. No hace falta decir que la adopción digital fue lenta.
Debido a la mayor disponibilidad de componentes electrónicos de bajo costo que pueden procesar y convertir señales analógicas a formatos digitales, la migración de sensores analógicos al mundo digital está en marcha de manera decisiva. En los últimos años, los fabricantes de sensores han comenzado a integrar elementos del sensor, conversión A/D, capacidad de procesamiento, memoria, administración de energía y capacidad de comunicaciones digitales en solo unos pocos chips que encajan fácilmente en el paquete del sensor. Además, la proliferación de protocolos de comunicación estándar como I2C y SPI ha facilitado la integración de sensores equipados con estas capacidades en sistemas electrónicos de monitoreo y control.
La digitalización de productos de sensores tiene beneficios que van mucho más allá de la capacidad de comunicarse fácilmente con sistemas de control digital. Por ejemplo, la mayoría de los sensores digitales incluyen una función de "modo de reposo" que apaga el sensor cuando no es necesario para las funciones del sistema. Al reducir la energía requerida, se mejora la vida útil de la batería en sistemas remotos y móviles que dependen de la recolección de energía o de la energía de la batería. Los sensores digitales también pueden aprovechar las rutinas de optimización de software que no están disponibles en el modo analógico. Técnicas como sobremuestreo y filtrado digital pueden mejorar significativamente la resolución del sensor y la discriminación de frecuencias. Lo mejor de todo es que estas mejoras de rendimiento no implican un aumento de costo. Todo está en el software.
There are a number of more subtle benefits that come with digital sensor products. Because a digital sensor has on-board memory, information can be stored. Nonvolatile information such as the device part number, revision level, serial number, and calibration factors can be included and easily accessed. Dynamic information such as number of interrogations, error logs, and hours of operation can be programmed in the senor software. This data can support a robust reliability and quality assurance program for the systems utilizing these sensors.
La tecnología de sensores digitales ha permitido a los fabricantes de sensores crear productos que satisfacen las necesidades únicas del sistema de un cliente. Muchos productos de sensores digitales de hoy en día contienen más de un elemento de detección. Por ejemplo, un sensor de humedad digital también puede contener un sensor de temperatura, y al acceder a los datos de ambos y realizar un pequeño cálculo en el procesador anfitrión del sistema, se puede generar el punto de rocío. Se crean tres piezas de información (humedad relativa, temperatura, punto de rocío) utilizando los datos de solo dos elementos de detección, ambos en el mismo paquete de sensor de bajo costo.
Los sistemas complejos de hoy en día están impulsados por la demanda de capacidades “inteligentes”. Esto ha incrementado la necesidad de sensores digitales adicionales en los diseños de sistemas. Los sistemas y productos requieren más información para aumentar sus capacidades. Los productos necesitan ser conscientes del entorno que los rodea, de su propio estado de salud y tiempo de actividad, de las interacciones humanas recibidas, así como de otras interacciones del sistema, todo lo cual requiere el uso de sensores adicionales. Estos sensores envían datos críticos a los microcontroladores a través de interfaces fluidas, permitiéndoles tomar decisiones basadas en los datos recibidos de los sensores. Cuantos más datos se proporcionen, más inteligentes serán las decisiones. Los sistemas más inteligentes requieren más sensores.
Los sensores digitales ahora son capaces de proporcionar soluciones de bajo costo con mayor rendimiento y capacidad. La migración a sensores digitales ha permitido sistemas más inteligentes al ofrecer un mejor rendimiento, todo mientras se construyen e integran a precios muy atractivos y cumplen con los requisitos de diseño del cliente.
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