Desarrollo del libro de notas "Sensores y Actuadores" para el mejoramiento de la enseñanza en las carreras de Ingeniería en Mecatrónica e Ingeniería en Electrónica

Abstract

La necesidad de sensar o medir variables físicas de diferentes tipos se ha incrementado en décadas recientes. Esto se debe en gran parte al esfuerzo por automatizar productos puramente mecánicos con una combinación de ingeniería mecánica y electrónica (mecatrónica). En la automatización industrial, se emplean sensores y transductores clásicos, mientras que en el diseño mecatrónico un simple sensor es integrado a circuitos electrónicos y microprocesadores para desarrollar soluciones de valor agregado. Por lo anterior, la necesidad por entender los principios de funcionamiento de sensores y actuadores ha venido en aumento.

La habilidad para diseñar y llevar a cabo experimentos es catalogado como una de las cualidades técnicas más deseables que se buscan en los egresados de las carreras de ingeniería.

En el Grupo de Electrónica y en el Grupo de Micromecánica y Mecatrónica del CCADET se tiene una amplia experiencia en el manejo de sensores y actuadores para su aplicación en sistemas mecatrónicos, parte de esta experiencia ha sido trasmitida a estudiantes de licenciatura, maestría y doctorado que han desarrollado sus trabajos de tesis. El principal objetivo en la formación de los estudiantes ha sido ligarlos en proyectos con problemáticas específicas para que se involucren en el proceso de conceptualización, diseño y fabricación de prototipos, los cuales en su mayoría tienen un perfil mecatrónico. Ejemplo de ello es la tesis Interferómetro Láser tipo Michelson para la caracterización de micromáquinas herramienta, en la cual se presentó el desarrollo de un sensor de desplazamiento basado en el principio de interferometría láser con resolución de 33.3 nm [4].

Es por ello que tanto el Grupo de Micromecánica y Mecatrónica como el Grupo de Electrónica del CCADET están interesados en plasmar toda su experiencia en el área de sensores y actuadores en un libro de notas que permita, tanto a profesores de carreras afines como a estudiantes, mejores herramientas dentro del proceso enseñanza-aprendizaje dirigido a actividades de nivel licenciatura de las carrera de ingeniería en mecatrónica e ingeniería en electrónica con el fin de profundizar en el manejo de sensores y actuadores con un esquema basado en el desarrollo de prácticas de laboratorio apoyadas en aspectos teóricos que podrán ser utilizadas dentro de las asignaturas de instrumentación, diseño mecatrónico, instrumentación electrónica e instrumentación biomédica.

Las notas y prácticas estarán enfocadas en tres aspectos: 1) que el alumno aprenda los principios de funcionamiento de algunos sensores y actuadores por medio de prácticas que fortalezcan lo aprendido en la clase de teoría; 2) que el alumno experimente con los sensores y actuadores en alguna aplicación práctica preestablecida; y 3) que el alumno fortalezca su experiencia educativa por medio del diseño experimental de sistemas y/o subsistemas con respecto a un marco de especificaciones dadas.

Para lograr lo anterior, el libro de notas estará dividido en tres bloques:

1) En el primer bloque se cubrirán los temas relacionados con sensores. En esta parte se busca reafirmar los conceptos relacionados con los componentes de un sistema de medición como son el transductor, el acondicionamiento de señal, el procesamiento de señal, protocolos de comunicación y el despliegue de datos. Las actividades se centrarán en el uso de transductores y sensores clásicos y actuales, por ejemplo, Efecto hall, MEMS, principio láser, entre otros.

2) En el segundo bloque se cubrirán temas relacionados con actuadores con el objetivo de acercar al estudiante a entender el principio de funcionamiento de actuadores clásicos y actuales, como lo son los actuadores piezoelectricos, actuadores ultrasónicos, motores voicecoils, entre otros. Todo esto con la finalidad de incluir dentro de la formación del estudiante todos los elementos necesarios para su correcta selección y operación.

3) Finalmente, En el tercer bloque se desarrollarán p