Universidad Carlos III de Madrid. Madrid (Spain)
September 27th, 2019
Summary:
En los últimos años se han reportado multitud de sensores pasivos trabajando en el rango de microondas o radiofrecuencia. Estos sensores son capaces de medir todo tipo de magnitudes. Por este motivo, su uso se extiende a aplicaciones tan variadas como la medida de la velocidad, el desplazamiento angular, la biomedicina, la detección de gases, la detección de espesores o la medida de la temperatura y humedad, entre otras.
En la actualidad, existe una gran demanda de desarrollar sensores baratos y, a ser posible, inalámbricos. Los sensores electromagnéticos pasivos parecen buenos candidatos para conseguir estos requisitos. En concreto, en esta tesis doctoral se han diseñado varios sensores basados en Split Ring Resonators (SRR, por sus siglas del inglés). Estos, han sido diseñados para realizar la caracterización de la permitividad dieléctrica de materiales sólidos y líquidos. Además, también pueden ser utilizados como sensores para medir espesores de materiales delgados. La caracterización de la permitividad dieléctrica de materiales resulta una aplicación interesante en muchas industrias. Por un lado, en el caso de los sólidos es útil, por ejemplo, para certificar controles de calidad de materiales formados por láminas delgadas. Por otro lado, en el caso de los líquidos, resultan útiles para realizar la caracterización de aceites, disolventes o disoluciones binarias. Además, se podrían llegar a inferir ciertas propiedades de los líquidos (la densidad, por ejemplo) relacionándolas con la respuesta obtenida en cada caso.
El principal problema reside en la lectura de las medidas de los sensores, ya que los datos de estos sensores se obtienen mediante herramientas o equipos de laboratorio caros y difíciles de manejar, necesitando disponer de personal cualificado para poder utilizarlos. Por este motivo, en esta tesis doctoral se propone el desarrollo de un sistema de lectura para sensores pasivos completamente funcional, inalámbrico e integrado con el Internet de las Cosas (IoT, por sus siglas del inglés, Internet of Things).
Finalmente, después de demostrar que los sensores diseñados son perfectamente válidos para las aplicaciones propuestas, se ha realizado la implementación del sistema completo. Para lograr un sistema completamente funcional, se ha propuesto un esquema de lector basado en capas. Cada una de estas capas ha sido diseñada y fabricada durante la realización de esta tesis doctoral. En primer lugar, se ha diseñado la capa de enlace, la cual puede ser cableada o radiante de largo o corto alcance, dependiendo de la aplicación. En esta tesis se muestran ejemplos de los tres sistemas. En segundo lugar, se ha diseñado la interfaz de radiofrecuencia, encargada tanto de generar la señal de interrogación necesaria para leer la respuesta del sensor, como de detectar la señal reflejada. A continuación, se ha utilizado un mini-ordenador para realizar la digitalización de la señal recibida del sensor. Este mini-ordenador está dotado con funcionalidades IoT, pudiendo enviar la información del sensor a través de Internet. Finalmente, se ha diseñado la unidad de potencia, necesaria para alimentar a cada una de las capas activas. Después de comprobar el correcto funcionamiento de cada una de las capas por separado, se han ensamblado para realizar un conjunto de medidas, demostrando la viabilidad del sistema. Las medidas realizadas presentan un error muy pequeño en comparación con la caracterización obtenida mediante kits de instrumentación comerciales.
Descriptors: Microwave devices, Radiowaves and microwaves, Sensor systems design, Dielectrics
Keywords: Microwave devices; Radiowaves and microwaves; Sensor systems design; Dielectric materials.
Citation:
G. Galindo-Romera (2019), Diseño e implementación de sensores y lectores IoT para la caracterización dieléctrica y la detección de espesores. Universidad Carlos III de Madrid. Madrid (Spain).
