Vistas: 222 Autor: Leah Publicar Tiempo: 2025-04-11 Origen: Sitio
Menú de contenido
● Introducción a la impedancia
● Cómo la impedancia afecta el rendimiento del sensor
>> Pérdida de señal y atenuación
>> Distorsión e interferencia de ruido
>> Técnicas de coincidencia de impedancia
● Técnicas para la coincidencia de impedancia
● Medición de impedancia de sensores
>> Mediciones de dominio de tiempo
● Sensores de tomografía de impedancia eléctrica acoplada con capacidad
● Sensores de impedancia sin contacto
>> 1. ¿Cuál es el impacto de la alta impedancia de salida en las señales del sensor?
>> 2. ¿Cómo mejora la coincidencia de la impedancia el rendimiento del sensor?
>> 3. ¿Cuáles son las técnicas comunes para la coincidencia de impedancia?
>> 4. ¿Por qué es importante la medición de la impedancia para la optimización del sensor?
>> 5. ¿Cómo funcionan los sensores de impedancia sin contacto?
● Citas:
La impedancia juega un papel crucial en el rendimiento de los sensores, lo que afecta cómo se transmiten y reciben las señales dentro de los sistemas electrónicos. Comprender la impedancia es esencial para optimizar la integración del sensor y garantizar mediciones precisas. Este artículo profundizará en el concepto de impedancia, sus tipos y cómo afecta Rendimiento del sensor , incluida la transmisión de señal, la interferencia de ruido y las técnicas de coincidencia de impedancia.
La impedancia es una medida de la oposición total al flujo de corriente en un circuito de CA, que abarca los componentes de resistencia y reactancia. En el contexto de los sensores, la impedancia se refiere a la resistencia eléctrica de los circuitos de salida del sensor, que interactúa con la impedancia de carga del dispositivo o sistema receptor [1].
1. Impedancia de baja salida: muchos sensores modernos, como sensores electrónicos activos o sensores con amplificadores incorporados, tienen una baja impedancia de salida. Esto les permite conducir señales más fuertes y entregar su voltaje de salida o corriente a etapas posteriores en el circuito sin pérdidas significativas [1].
2. Impedancia de alta salida: algunos sensores, particularmente los sensores pasivos, pueden tener una alta impedancia de salida. La alta impedancia de salida limita la capacidad del sensor para suministrar la corriente, lo que resulta en mayores gotas de voltaje cuando se conectan a una carga [1].
3. Impedancia de salida variable: ciertos sensores, como sensores variables resistivos o capacitivos variables, pueden tener una impedancia de salida variable basada en el parámetro medido. Por ejemplo, en algunos sensores de presión, la impedancia de salida podría cambiar con diferentes niveles de presión [1].
4. Impedancia compleja: algunos sensores, especialmente aquellos que usan elementos reactivos como sensores inductivos o capacitivos, pueden tener impedancia compleja. Este tipo de impedancia incluye componentes de resistencia y reactancia, a menudo con diferencias de fase entre el voltaje y la corriente [1].
Cuando la impedancia de salida de un sensor es significativamente mayor que la impedancia de entrada del dispositivo receptor, la pérdida de señal puede ocurrir debido a un efecto de divisor de voltaje. Este desajuste también puede causar atenuación de la señal, lo que resulta en una señal debilitada o distorsionada que alcanza el receptor [1].
La alta impedancia de salida puede introducir la distorsión de la señal debido a las interacciones entre la impedancia de la fuente y la impedancia de entrada del dispositivo receptor. Además, la alta impedancia hace que la señal sea más susceptible a la interferencia de ruido de fuentes externas, como campos electromagnéticos o radiación [1].
Para garantizar una transmisión de señal precisa y confiable, es crucial coincidir con la impedancia de salida del sensor lo más cerca posible con la impedancia de entrada del dispositivo receptor. Las técnicas para la coincidencia de impedancia incluyen el uso de redes de coincidencia, transformadores, circuitos de coincidencia de impedancia, amplificadores de búfer, filtros activos y redes de resistencia [1].
Se puede agregar una red coincidente, como una red de sección L o Sección PI, entre el sensor y el dispositivo receptor. Esta red ajusta la impedancia para que coincida con los valores deseados utilizando componentes discretos como resistencias, condensadores e inductores [1].
Los transformadores se pueden usar para aumentar o bajar los niveles de impedancia, proporcionando aislamiento eléctrico y coincidencia de impedancia [1].
Los amplificadores de búfer aislan el sensor del dispositivo receptor y proporcionan una fuente de impedancia de bajo rendimiento que coincide con la impedancia de entrada del dispositivo receptor [1].
Se pueden emplear filtros activos para dar forma a la respuesta de frecuencia y coincidir con la impedancia simultáneamente, proporcionando ganancia y funcionalidad de coincidencia de impedancia [1].
Las redes de resistencia en serie y paralelo se pueden configurar para lograr la coincidencia de impedancia seleccionando los valores de resistencia apropiados [1].
La medición de la impedancia es crítica para comprender cómo los cambios en el entorno detectado se traducen en variaciones de impedancia. Esto implica identificar la frecuencia de trabajo óptima del sensor, donde tiene la mayor sensibilidad [4].
Un enfoque común es barrer la frecuencia mientras mide la respuesta de la impedancia y la muestra en una gráfica de Bode o Nyquist. Esto ayuda a identificar la frecuencia a la que el sensor funciona de manera más efectiva [4].
Barriar la amplitud del voltaje de sondeo permite encontrar el voltaje de trabajo óptimo para el sensor [4].
La medición de la variación de impedancia desencadenada por un cambio de paso en el entorno detectado externo ayuda a determinar el tiempo de respuesta del sensor [4].
Los sensores de tomografía de impedancia eléctrica (EIT) acoplada con capacidad utilizan capacitancia para medir los cambios de impedancia en los materiales o tejidos. Estos sensores a menudo se usan en imágenes médicas y aplicaciones de pruebas no destructivas [3].
En una configuración experimental, se aplica un voltaje de excitación a un par de electrodos, y la señal de corriente resultante se convierte en un voltaje de salida por un convertidor I/V. Esta señal de voltaje se muestra y se procesa para obtener mediciones de impedancia [3].
Los sensores de impedancia sin contacto, también conocidos como sensores de conductividad, se utilizan en mediciones de flujo y análisis de fase líquida. Operan detectando cambios en la impedancia debido a las variaciones en la conductividad del medio [2].
El rendimiento de estos sensores está influenciado por parámetros operativos como el ancho y la forma del electrodo, el espacio de detección, la frecuencia y la amplitud de la señal de entrada. La disminución del ancho de la brecha entre los electrodos aumenta la sensibilidad de detección [2].
La impedancia juega un papel fundamental en el rendimiento del sensor, que afecta la transmisión de la señal, la interferencia del ruido y la precisión general de la medición. Comprender y gestionar la impedancia a través de técnicas de correspondencia es esencial para optimizar la integración del sensor en sistemas electrónicos. Al emplear estrategias de coincidencia de impedancia apropiadas, los ingenieros pueden garantizar la adquisición de datos confiable y precisa de los sensores.
La alta impedancia de salida puede conducir a la degradación de la señal, incluida la pérdida, la distorsión y la mayor susceptibilidad a la interferencia del ruido. Esto es particularmente problemático cuando el sensor está conectado a dispositivos con mayor impedancia de entrada [1].
La coincidencia de impedancia asegura que la impedancia de salida del sensor coincida estrechamente con la impedancia de entrada del dispositivo receptor, minimizando la pérdida de señal y la distorsión. Esto optimiza la transferencia de potencia y la integridad de la señal [1].
Las técnicas comunes incluyen el uso de redes coincidentes, transformadores, circuitos de coincidencia de impedancia, amplificadores de búfer, filtros activos y redes de resistencia. Cada método ajusta la impedancia para lograr una coincidencia óptima entre el sensor y el dispositivo receptor [1].
La medición de la impedancia ayuda a identificar la frecuencia y voltaje de trabajo óptimos del sensor, asegurando que el sensor funcione con su mayor sensibilidad. Esto es crucial para lograr mediciones precisas y confiables [4].
Los sensores de impedancia sin contacto operan detectando cambios en la impedancia debido a las variaciones en la conductividad del medio. Se utilizan en aplicaciones como mediciones de flujo y análisis de fase líquida, donde el contacto directo no es factible [2].
[1] https://gebrabit.com/sensor-output-impedance/
[2] https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/pmc3658714/
[3] https://www.mdpi.com/1424-8220/20/20/5787
[4] https://www.zhinst.com/fr/applications/Imppedance-Measurement/Imppedance-Measurement-Onsensores
[5] https://gebrabit.com/sensor-input-impedance/
[6] https://www.youtube.com/watch?v=ite6wwsuis0
[7] https://www.pcb.com/contentstore/mktgcontent/linkeddocuments/technotes/tn-32_howimpedanceinfluencesmeurement.pdf
[8] https://www.zhinst.com/it/applications/Imppedance-Measurement/Imppedance-Measurement-Onsensores
[9] https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/s221171562400184X
[10] https://www.mdpi.com/2076-3417/7/6/538
[11] https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/s0263224122010491
[12] https://www.monolithicpower.com/en/learning/mpscholar/sensors/basics-of-sensor-operation/sensor-output-types
[13] https://kirj.ee/wp-content/plugins/kirj/pub/eng-4-2007-455-478_20230511161257.pdf
[14] https://www.mdpi.com/1424-8220/20/7/1961
[15] https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/s24058444024088777
[16] https://www.analog.com/high_impedance_sensors?doc=cn0363.pdf
[17] https://patents.google.com/patent/us20180095054a1/en
[18] https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/s0925400512011744
[19] https://en.wikipedia.org/wiki/electrical_impedance
[20] https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/s0003267025002065
[21] https://www.youtube.com/watch?v=3yclafsxyee
[22] https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/s266702242200007x
[23] https://www.youtube.com/watch?v=UlyUodimmws
[24] https://www.arisewebguiding.com/what- are-diferent-types-of-tension-sensors--dow-to-select-the-right-type
[25] https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsomega.4c10384
[26] https://www.ameteksi.com/library/product-and-application-videos/eis-and-technique-videos
[27] https://nuem.ct.utfpr.edu.br/research/sensor-technology/impedance-sensors/
[28] https://scispace.com/pdf/image-regonstruction-of-Electrical-impedance-Tomography-2zsfvhhody.pdf
[29] https://na.industrial.panasonic.com/video-library
[30] https://www.zhinst.com/en/blogs/what-basic-acuracy-impedance-analyzer
[31] https://gebrabit.com/learning-upout-sensor-accuracy/
[32] https://www.enesas.com/en/products/automotive-products/automotive-sensors/automotive-impedance-sensors
[33] https://www.analog.com/high_impedance_sensors
