Flexpoint, sensores de flexión

El sensor Bend Sensor® consiste en un sustrato recubierto, como ser plástico, que cambia en conductividad eléctrica a medida que se dobla. Pueden diseñarse dispositivos electrónicos que se conecten al sensor y midan con gran detalle la cantidad de flexión o movimiento que se produce en el mismo. El diseño esta realizado en una sola capa del Bend Sensor® eliminando muchos de los problemas asociados con los sensores convencionales, como ser el polvo, la suciedad, los líquidos,  el calor y la presión. Se pueden aplicar laminados a los sensores para una mayor protección del medio ambiente. Los sistemas para sensórica Flexpoint ofrecen diseños estándar y a medida , tal que el sensor cumpla con las dimensiones y requisitos de la aplicación.

La durabilidad

Según los testeos realizados configurados en  una curva de 90 ° en un radio de ¼ ”[6 mm], los sensores basados ​​en polimida completarán> 30 millones de ciclos y los sensores basados ​​en poliéster completarán> 10 millones de ciclos.

Características de temperatura

Un sensor de curvatura estándar funcionará constantemente entre 100 ° C y -40 ° C. Con algunas modificaciones es posible llegar a 200 ° C y -60 ° C

Tensión de alimentación

Esta característica depende del circuito utilizado para leer el sensor. Se han utilizado 12, 5 y ~3V en los diseños que se han realizado.

Variación de resistencia del sensor

El cambio en la resistencia es una función del radio de curvatura y la desviación angular. El sensor también cambiará si se estira linealmente. Son posibles cambios superiores a 100X.

¿A qué sustancias puede ser sometido el sensor?

Los sensores se han empapado en gasolina, combustible diesel, líquido de frenos DOT3, anticongelante, alcohol, aceite de motor y bebidas sin obtenerse efectos perjudiciales para el sensor. Los disolventes como la acetona y la metil etil cetona disolverán algunas de las tintas y destruirán el sensor.

Métodos de lectura del sensor

El sensor es básicamente una resistencia variable. Por lo general, solo tiene dos pistas. En un circuito basado en microprocesador, el sensor se configura en un divisor de voltaje y el procesador leerá el cambio de voltaje utilizando un ADC. Hay algunos procesadores que tienen un DAC de corriente integrado para polarizar el sensor con una corriente constante. El voltaje a través del sensor se mide utilizando el ADC del microprocesador. También es posible utilizar lecturas resistivas en PBASIC o Basic Stamps por medio de las funciones RCTime.

La humedad y el sensor de flexión resistivo

La humedad afectará al sensor. Es muy repetible y predecible. Flexpoint tiene una patente emitida basada en el uso del sensor como indicador de humedad.

¿Cuál es la diferencia entre un sensor de flexión y uno de fuerza?

Los sensores de fuerza poseen capas múltiples que interactúan entre sí. La resistencia de reposo es generalmente bastante alta si no está abierta y cuando las capas se comprimen juntas, la resistencia disminuye. El sensor de curvatura es una construcción de una sola capa. Comienza con una resistencia relativamente baja cuando está plano y aumenta a medida que se dobla.

¿Cuál es la diferencia entre un sensor de flexión y uno piezo eléctricos?

Los sensores piezoeléctricos suelen dar una salida de voltaje cuando se dobla. Una vez inmóvil, el sensor no retroalimenta hasta que se mueve nuevamente. El sensor de curvatura mantendrá su valor de resistencia más alto cuando se dobla y regresará al valor de resistencia más bajo cuando regrese a su estado plano.

Medición de flexión en ambos sentidos

Hay una versión bidireccional que utiliza material de sensor en ambos lados y tiene una conexión de tres pines. Este sensor le dará el cambio de resistencia en cada dirección de forma independiente.

Algunas de sus aplicaciones

Detección de ocupante en un automotor

Según la Administración Nacional de Seguridad del Transporte en Carreteras (NHTSA) de EEUU, las muertes de al menos 130 niños y adultos pequeños se han atribuido a la velocidad y la fuerza de la inflación de las bolsas de aire del lado del pasajero.

Los fabricantes de automóviles y los reguladores coinciden en que los sistemas inteligentes de bolsas de aire son la solución. Los sistemas inteligentes de bolsas de aire son aquellos que pueden detectar no solo la presencia de un ocupante del asiento, sino también el tamaño y la posición del ocupante del asiento. Estos datos se utilizan para adaptar la velocidad del despliegue del airbag a las condiciones de ocupación del asiento en el momento del impacto. Los sensores de asiento analógicos confiables como la tecnología Bend Sensor® son un componente clave de este sistema.

En noviembre y diciembre de 1997, Lear Corporation exhibió los tapetes de los asientos Bend Sensor® para su uso en sistemas de bolsas de aire inteligentes en Alemania, Francia y España. Desde entonces, otras corporaciones europeas han expresado interés en las aplicaciones de sensores de asiento. General Motors, Ford, Chrysler, TRW, Lear, Takata, Magna, Allied Signal, Autoliv, Johnson Controls, Siemens y Delphi han pedido a Flexpoint que demuestre su tecnología Bend Sensor® en aplicaciones de detección de ocupantes de asientos. La respuesta ha sido positiva.

El sensor puede distinguir entre un asiento infantil para automóvil y un pasajero adulto y desactivar una bolsa de aire cuando una persona de menos de 66 libras o un asiento para automóvil está en el asiento. La oportunidad de mercado es tremenda, considerando que 15,000,000 de vehículos se venden anualmente en Norteamérica y 55,000,000 en todo el mundo.

Detección de impacto peatonal PID

Las regulaciones europeas de seguridad peatonal crean demanda de nuevas tecnologías. Cada año mueren hasta 9,000 peatones y ciclistas; un promedio de 25 muertes por día, y otras 200,000 personas resultan heridas solo en los países de la Unión Europea, lo que representa el 20% por ciento de todas las muertes de tráfico. Una proporción significativa de víctimas son el resultado del contacto con un vehículo en movimiento; notablemente con las estructuras frontales de los turismos.

En un esfuerzo por combatir esta creciente tragedia, el Consejo Europeo y el Parlamento han adoptado nuevas normas que obligan a todos los nuevos modelos de vehículos a pasar una serie de pruebas de seguridad para peatones. En una primera fase, a partir de 2005, los nuevos tipos de vehículos deben cumplir con dos pruebas relacionadas con la protección contra lesiones en la cabeza y en las piernas. En una segunda fase, a partir de 2010, se requerirán cuatro pruebas de mayor gravedad, basadas en las recomendaciones del Comité Europeo de Vehículos Mejorados (EEVC), para nuevos tipos de vehículos, dos pruebas sobre lesiones en la cabeza y dos sobre lesiones en las piernas.

En respuesta, los ingenieros de Flexpoint han diseñado y creado un Sistema de detección de impacto peatonal (PIDS) que es capaz de detectar el impacto en milisegundos y puede distinguir entre una pierna humana y objetos inanimados. El sistema integra una serie de Bend Sensors® a lo largo del parachoques delantero y, al contacto, activa una respuesta de seguridad de acuerdo con los estándares de los fabricantes de automóviles. Esto podría incluir levantar el capó para evitar que la cabeza golpee el bloque del motor o desplegar un airbag externo. El sistema ha sido probado por varios proveedores de automóviles Tier One y fabricantes de automóviles europeos.

En la próxima edición publicaremos en detalle esta aplicación y sus testeos.

En aplicaciones médicas

En el área de productos médicos, tales aplicaciones pueden incluir bombas de infusión, equipo de terapia respiratoria, equipo obstétrico, equipo de rehabilitación y terapia física, dispositivos de estabilización pélvica, dispositivos de monitoreo de presión, etc.

El Bend Sensor® se está utilizando en numerosas aplicaciones interactivas de guantes en los campos médico y de juego. El sensor proporciona retroalimentación inmediata al movimiento de la mano. En noviembre de 2009, la tecnología Bend Sensor® apareció en un estudio realizado por la Universidad de Roma Tor Vergeta, utilizando un guante interactivo, y se recomendó como una posible herramienta para ayudar a los médicos en estudios de neurociencia a determinar el nivel de habilidad del monitoreo de un paciente o después de evaluación quirúrgica y terapia o para ayudar a los discapacitados. Debido a la capacidad del sensor para medir el rango de movimiento, el estudio también recomienda usar la tecnología Bend Sensor® como herramienta para diseñar dispositivos ergonómicos. La Universidad ha continuado su investigación y ha identificado aplicaciones médicas adicionales de nuestros sensores.

El sensor Flexpoint Bend también se incluyó en un estudio de posibles medios de consideraciones de diseño para un monitor portátil para medir la postura de los dedos, publicado en el Journal of Neuro-Engineering and Rehabilitation. El Flexpoint Bend Sensor® fue el más confiable y repetible de todos los sensores probados.


Fuentes:

Esta nota fue publicada gracias a la autorización de  Flexpoint Sensor Systems

 

Gustavo Reimondo
Acerca de Gustavo Reimondo 67 Artículos
Coordinador de Tecnología Humanizada. Coordinador del proyecto Realidad Empoderada. Un proyecto de realidad virtual para la concientización en una praxis solidaria. Miembro del grupo: "La familia de la calle", organización conformada por personas indigentes y no indigentes en una relación igualitaria. Coordinador de proyectos de Infraestructura Física de Telecomunicaciones. Experto en Robótica, Instrumentación & Control, IoT, Sensórica y sistemas microcontrolados.

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