
Un sensor se define a menudo como un dispositivo que recibe y responde a una señal o estímulo . El estímulo es la cantidad, propiedad o condición que se detecta y se convierte en una señal eléctrica. [ 1 ]
En su definición más amplia, un sensor es un dispositivo, módulo, máquina o subsistema que detecta eventos o cambios en su entorno y envía la información a otros componentes electrónicos, frecuentemente a un procesador informático.
Los sensores como el sensor PIR o el sensor táctil se utilizan en objetos cotidianos como los botones de ascensor sensibles al tacto ( sensor táctil ) y las lámparas que se atenúan o se iluminan al tocar la base, y en innumerables aplicaciones de las que la mayoría de la gente nunca es consciente. Con los avances en micromáquinas y plataformas de microcontroladores fáciles de usar , los usos de los sensores se han expandido más allá de los campos tradicionales de medición de temperatura, presión y flujo, [ 2 ] por ejemplo en sensores MARG .
Los sensores analógicos, como los potenciómetros y las resistencias sensibles a la fuerza, siguen utilizándose ampliamente. Sus aplicaciones abarcan la fabricación y la maquinaria, la aviación y la industria aeroespacial, la automoción, la medicina, la robótica y muchos otros aspectos de nuestra vida cotidiana. Existe una amplia gama de otros sensores que miden las propiedades químicas y físicas de los materiales, incluyendo sensores ópticos para la medición del índice de refracción, sensores vibracionales para la medición de la viscosidad de fluidos y sensores electroquímicos para el control del pH de los fluidos.
La sensibilidad de un sensor indica cuánto cambia su salida cuando cambia la magnitud de entrada que mide. Por ejemplo, si el mercurio de un termómetro se mueve 1 cm cuando la temperatura cambia 1 °C, su sensibilidad es de 1 cm/°C (básicamente es la pendiente dy/dx, suponiendo una característica lineal). Algunos sensores también pueden afectar lo que miden; por ejemplo, un termómetro de temperatura ambiente insertado en una taza con líquido caliente enfría el líquido mientras que el líquido calienta el termómetro. Los sensores suelen diseñarse para tener un efecto pequeño en lo que miden; reducir su tamaño a menudo mejora esto y puede introducir otras ventajas. [ 3 ]
Technological progress allows for sensors to be manufactured in bulk on a microscopic scale as microsensors using MEMS technology. In most cases, a microsensor reaches a significantly faster measurement time and higher sensitivity compared with macroscopic approaches.[3][4] Demand has increased for disposable sensors for short‐term monitoring or single‐shot measurements, due to their low cost and simpiclity of use. Using this class of sensors, information can be obtained without the need for recalibration, and without potential contamination.[5]
Classification of measurement errors

A good sensor obeys the following rules:[5]
- it is sensitive to the measured property
- it is insensitive to any other property likely to be encountered in its application, and
- it does not influence the measured property.
Most sensors have a lineartransfer function. The sensitivity is then defined as the ratio between the output signal and measured property. For example, if a sensor measures temperature and has a voltage output, the sensitivity is constant with the units [V/K]. The sensitivity is the slope of the transfer function. Converting the sensor's electrical output (for example V) to the measured units (for example K) requires dividing the electrical output by the slope (or multiplying by its reciprocal). In addition, an offset is frequently added or subtracted. For example, −40 must be added to the output if 0 V output corresponds to −40 C input.
For an analog sensor signal to be processed or used in digital equipment, it needs to be converted to a digital signal, using an analog-to-digital converter.
Sensor deviations
Since sensors cannot replicate an ideal transfer function, several types of deviations can occur which limit sensor accuracy:
- Since the range of the output signal is always limited, the output signal will eventually reach a minimum or maximum when the measured property exceeds the limits. The full scale range defines the maximum and minimum values of the measured property.
- The sensitivity may in practice differ from the value specified. This is called a sensitivity error. This is an error in the slope of a linear transfer function.
- If the output signal differs from the correct value by a constant, the sensor has an offset error or bias. This is an error in the y-intercept of a linear transfer function.
- Nonlinearity is deviation of a sensor's transfer function from a straight line transfer function. Usually, this is defined by the amount the output differs from ideal behavior over the full range of the sensor, often noted as a percentage of the full range.
- Deviation caused by rapid changes of the measured property over time is a dynamic error. Often, this behavior is described with a bode plot showing sensitivity error and phase shift as a function of the frequency of a periodic input signal.
- If the output signal slowly changes independent of the measured property, this is defined as drift. Long term drift over months or years is caused by physical changes in the sensor.
- Noise is a random deviation of the signal that varies in time.
- A hysteresis error causes the output value to vary depending on the previous input values. If a sensor's output is different depending on whether a specific input value was reached by increasing vs. decreasing the input, then the sensor has a hysteresis error.
- If the sensor has a digital output, the output is essentially an approximation of the measured property. This error is also called quantization error.
- If the signal is monitored digitally, the sampling frequency can cause a dynamic error, or if the input variable or added noise changes periodically at a frequency near a multiple of the sampling rate, aliasing errors may occur.
- The sensor may to some extent be sensitive to properties other than the property being measured. For example, most sensors are influenced by the temperature of their environment.
All these deviations can be classified as systematic errors or random errors. Systematic errors can sometimes be compensated for by means of some kind of calibration strategy. Noise is a random error that can be reduced by signal processing, such as filtering, usually at the expense of the dynamic behavior of the sensor.
Resolution
The sensor resolution or measurement resolution is the smallest change that can be detected in the quantity that is being measured. The resolution of a sensor with a digital output is usually the numerical resolution of the digital output. The resolution is related to the precision with which the measurement is made, but they are not the same thing. A sensor's accuracy may be considerably worse than its resolution.
- Por ejemplo, la resolución de distancia es la distancia mínima que puede medirse con precisión mediante cualquier dispositivo de medición de distancia . En una cámara de tiempo de vuelo , la resolución de distancia suele ser igual a la desviación estándar (ruido total) de la señal expresada en unidades de longitud .
- El sensor puede ser sensible, en cierta medida, a propiedades distintas de la que se está midiendo. Por ejemplo, la mayoría de los sensores se ven afectados por la temperatura de su entorno.
Sensor químico
Un sensor químico es un dispositivo analítico autónomo que proporciona información sobre la composición química de su entorno, ya sea una fase líquida o gaseosa . [ 6 ] [ 7 ] La información se proporciona en forma de una señal física medible que se correlaciona con la concentración de una determinada especie química (denominada analito ). El funcionamiento de un sensor químico consta de dos pasos principales: reconocimiento y transducción . En el paso de reconocimiento, las moléculas del analito interactúan selectivamente con moléculas o sitios receptores incluidos en la estructura del elemento de reconocimiento del sensor. En consecuencia, un parámetro físico característico varía, y esta variación se registra mediante un transductor integrado que genera la señal de salida. Un sensor químico basado en un material de reconocimiento de naturaleza biológica es un biosensor . Sin embargo, dado que los materiales biomiméticos sintéticos sustituirán en cierta medida a los biomateriales de reconocimiento, una distinción tajante entre un biosensor y un sensor químico estándar resulta superflua. Los materiales biomiméticos típicos utilizados en el desarrollo de sensores son los polímeros de impronta molecular y los aptámeros . [ 8 ]
Conjunto de sensores químicos
Un conjunto de sensores químicos es una arquitectura de sensores con múltiples componentes que crean un patrón para la detección de analitos a partir de las respuestas aditivas de los componentes individuales. Existen varios tipos de conjuntos de sensores químicos, incluyendo dispositivos electrónicos, ópticos, de ondas acústicas y potenciométricos. Estos conjuntos pueden emplear múltiples tipos de sensores que presentan reactividad cruzada o están optimizados para detectar analitos específicos. [ 9 ] [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ]
Biosensor
In biomedicine and biotechnology, sensors which detect analytes thanks to a biological component, such as cells, protein, nucleic acid or biomimetic polymers, are called biosensors. Whereas a non-biological sensor, even organic (carbon chemistry), for biological analytes is referred to as sensor or nanosensor. This terminology applies for both in-vitro and in vivo applications. The encapsulation of the biological component in biosensors, presents a slightly different problem that ordinary sensors; this can either be done by means of a semipermeable barrier, such as a dialysis membrane or a hydrogel, or a 3D polymer matrix, which either physically constrains the sensing macromolecule or chemically constrains the macromolecule by bounding it to the scaffold.
Neuromorphic sensors
Neuromorphic sensors are sensors that physically mimic structures and functions of biological neural entities.[13] One example of this is the event camera.
MOS sensors
The MOSFET invented at Bell Labs between 1955 and 1960,[14][15][16][17][18][19] MOSFET sensors (MOS sensors) were later developed, and they have since been widely used to measure physical, chemical, biological and environmental parameters.[20]
Biochemical sensors
Se han desarrollado varios sensores MOSFET para medir parámetros físicos , químicos , biológicos y ambientales . [ 20 ] Los primeros sensores MOSFET incluyen el transistor de efecto de campo de puerta abierta (OGFET) introducido por Johannessen en 1970, [ 20 ] el transistor de efecto de campo sensible a iones (ISFET) inventado por Piet Bergveld en 1970, [ 21 ] el FET de adsorción (ADFET) patentado por PF Cox en 1974, y un MOSFET sensible al hidrógeno demostrado por I. Lundstrom, MS Shivaraman, CS Svenson y L. Lundkvist en 1975. [ 20 ] El ISFET es un tipo especial de MOSFET con una puerta a cierta distancia, [ 20 ] y donde la puerta metálica se reemplaza por una membrana sensible a iones , una solución electrolítica y un electrodo de referencia . [ 22 ] El ISFET se utiliza ampliamente en aplicaciones biomédicas , como la detección de hibridación de ADN , la detección de biomarcadores en sangre , la detección de anticuerpos , la medición de glucosa , la detección de pH y la tecnología genética . [ 22 ]
A mediados de la década de 1980, se habían desarrollado numerosos otros sensores MOSFET, incluidos el FET sensor de gas (GASFET), el FET accesible en superficie (SAFET), el transistor de flujo de carga (CFT), el FET sensor de presión (PRESSFET), el transistor de efecto de campo químico (ChemFET), el ISFET de referencia (REFET), el FET biosensor (BioFET), el FET modificado enzimáticamente (ENFET) y el FET modificado inmunológicamente (IMFET). [ 20 ] A principios de la década de 2000, se habían desarrollado tipos de BioFET como el transistor de efecto de campo de ADN (DNAFET), el FET modificado genéticamente (GenFET) y el BioFET de potencial celular (CPFET). [ 22 ]
sensores de imagen
La tecnología MOS es la base de los sensores de imagen modernos , incluyendo el dispositivo de carga acoplada (CCD) y el sensor de píxeles activos CMOS (sensor CMOS), utilizados en imágenes digitales y cámaras digitales . [ 23 ] Willard Boyle y George E. Smith desarrollaron el CCD en 1969. Mientras investigaban el proceso MOS, se dieron cuenta de que una carga eléctrica era la analogía de una burbuja magnética y que podía almacenarse en un pequeño condensador MOS. Como era bastante sencillo fabricar una serie de condensadores MOS en fila, les conectaron un voltaje adecuado para que la carga pudiera transferirse de uno a otro. [ 23 ] El CCD es un circuito semiconductor que posteriormente se utilizó en las primeras cámaras de vídeo digitales para la transmisión de televisión . [ 24 ]
El sensor de píxeles activos MOS (APS) fue desarrollado por Tsutomu Nakamura en Olympus en 1985. [ 25 ] El sensor de píxeles activos CMOS fue desarrollado posteriormente por Eric Fossum y su equipo a principios de la década de 1990. [ 26 ]
Los sensores de imagen MOS se utilizan ampliamente en la tecnología de ratones ópticos . El primer ratón óptico, inventado por Richard F. Lyon en Xerox en 1980, utilizaba un chip sensor NMOS de 5 μm . [ 27 ] [ 28 ] Desde el primer ratón óptico comercial, el IntelliMouse, presentado en 1999, la mayoría de los dispositivos de ratón óptico utilizan sensores CMOS. [ 29 ]
Sensores de monitorización

Los sensores de monitoreo MOS se utilizan para el monitoreo de casas , oficinas y agricultura , monitoreo de tráfico (incluyendo velocidad de automóviles , atascos y accidentes de tráfico ), monitoreo meteorológico (como lluvia , viento , rayos y tormentas ), monitoreo de defensa y monitoreo de temperatura , humedad , contaminación del aire , incendios , salud , seguridad e iluminación . [ 31 ] Los sensores detectores de gas MOS se utilizan para detectar monóxido de carbono , dióxido de azufre , sulfuro de hidrógeno , amoníaco y otras sustancias gaseosas . [ 32 ] Otros sensores MOS incluyen sensores inteligentes [ 33 ] y tecnología de redes de sensores inalámbricos (WSN). [ 34 ]
sensores electrónicos
Las CPU , GPU y SoC modernas típicas suelen integrar sensores eléctricos para detectar temperaturas, voltajes y potencias de los chips. [ 35 ]
Véase también
Referencias
- ↑ FRADEN, JACOB (2004). MANUAL DE SENSORES MODERNOS (3.ª ed.). Nueva York: Springer. pág. 1. ISBN 0-387-00750-4.
- ↑ Bennett, S. (1993). Historia de la ingeniería de control 1930–1955 . Londres: Peter Peregrinus Ltd. en nombre de la Institución de Ingenieros Eléctricos. ISBN 978-0-86341-280-6La fuente menciona "controles" en lugar de "sensores", por lo que se da por sentado su aplicabilidad. Muchas unidades se derivan de las mediciones básicas a las que se refiere, como el nivel de un líquido medido por un sensor de presión diferencial.
{{cite book}}: CS1 mantenimiento: postscript ( enlace ) - 1 2 Jihong Yan (2015). Pronóstico de maquinaria y gestión del mantenimiento orientada al pronóstico . Wiley & Sons Singapore Pte. Ltd. pág. 107. ISBN 978-1-118-63872-9.
- ^ Ganesh Kumar (septiembre de 2010). Conocimiento general moderno . Upkar Prakashan. pag. 194.ISBN 978-81-7482-180-5.
- 1 2 Dincer, Can; Bruch, Richard; Costa-Rama, Estefanía; Fernández-Abedul, Maria Teresa; Merkoçi, Arben; Manz, Andreas; Urban, Gerald Anton; Güder, Firat (2019-05-15). "Sensores desechables en diagnóstico, alimentos y monitoreo ambiental" . Advanced Materials . 31 (30) 1806739. Bibcode : 2019AdM....3106739D . doi : 10.1002/adma.201806739 . hdl : 10044/1/69878 . ISSN 0935-9648 . PMID 31094032 .
- ^ Toniolo, Rosana; Dossi, Nicolò; Giannilivigni, Emanuele; Fattori, Andrea; Svigelj, Rossella; Bontempelli, Gino; Giacomino, Agnese; Daniele, Salvatore (3 de marzo de 2020). "Electrodo Serigrafiado Modificado Adecuado para Mediciones Electroquímicas en Fase Gaseosa" . Química Analítica . 92 (5): 3689– 3696. doi : 10.1021/acs.analchem.9b04818 . ISSN 0003-2700 . PMID 32008321 . S2CID 211012680 .
- ↑ Bǎnicǎ, Florinel-Gabriel (2012). Sensores químicos y biosensores: fundamentos y aplicaciones . Chichester, Reino Unido: John Wiley & Sons. pág. 576. ISBN 978-1-118-35423-0.
- ↑ Svigelj, Rossella; Dossi, Nicoló; Pizzolato, Stefania; Toniolo, Rosana; Miranda-Castro, Rebeca; de-los-Santos-Álvarez, Noemí; Lobo-Castañón, María Jesús (1 de octubre de 2020). "Aptámeros truncados como receptores selectivos en un sensor de gluten que respalda la medición directa en un disolvente eutéctico profundo". Biosensores y Bioelectrónica . 165 112339. doi : 10.1016/j.bios.2020.112339 . hdl : 10651/57640 . PMID 32729482 . S2CID 219902328 .
- ↑ Albert, Keith J.; Lewis, Nathan S.; Schauer, Caroline L.; Sotzing, Gregory A.; Stitzel, Shannon E.; Vaid, Thomas P.; Walt, David R. (2000-07-01). "Matrices de sensores químicos de reactividad cruzada" . Chemical Reviews . 100 (7): 2595– 2626. doi : 10.1021/cr980102w . ISSN 0009-2665 . PMID 11749297 .
- ↑ Johnson, Kevin J.; Rose-Pehrsson, Susan L. (10 de julio de 2015). "Diseño de matrices de sensores para tareas de detección complejas" . Annual Review of Analytical Chemistry . 8 (1): 287– 310. Bibcode : 2015ARAC....8..287J . doi : 10.1146/annurev-anchem-062011-143205 . ISSN 1936-1327 . PMID 26132346 .
- ↑ Li, Zheng; Askim, Jon R.; Suslick, Kenneth S. (2019-01-09). "La nariz optoelectrónica: matrices de sensores colorimétricos y fluorométricos" . Chemical Reviews . 119 (1): 231– 292. doi : 10.1021/acs.chemrev.8b00226 . ISSN 0009-2665 . PMID 30207700. S2CID 206542436 .
- ↑ Askim, Jon R.; Mahmoudi, Morteza; Suslick, Kenneth S. (21-10-2013). "Matrices de sensores ópticos para detección química: la nariz optoelectrónica" . Chemical Society Reviews . 42 (22): 8649– 8682. doi : 10.1039/C3CS60179J . ISSN 1460-4744 . PMID 24091381 .
- ↑ Vanarse, Anup; Osseiran, Adam; Rassau, Alexander (2016). "Una revisión de los enfoques neuromórficos actuales para los sensores visuales, auditivos y olfativos" . Frontiers in Neuroscience . 10 : 115. doi : 10.3389/fnins.2016.00115 . PMC 4809886. PMID 27065784 .
- ↑ Huff, Howard; Riordan, Michael (1 de septiembre de 2007). "Frosch y Derick: cincuenta años después (prólogo)" . The Electrochemical Society Interface . 16 (3): 29. doi : 10.1149/2.F02073IF . ISSN 1064-8208 .
- ↑ Frosch, CJ; Derick, L (1957). "Protección de superficie y enmascaramiento selectivo durante la difusión en silicio" . Journal of the Electrochemical Society . 104 (9): 547. doi : 10.1149/1.2428650 .
- ↑ KAHNG, D. (1961). "Dispositivo de superficie de silicio-dióxido de silicio". Memorando técnico de los Laboratorios Bell : 583–596 . doi : 10.1142/9789814503464_0076 . ISBN 978-981-02-0209-5.
{{cite journal}}: Incompatibilidad de ISBN/Fecha ( ayuda ) - ↑ Lojek, Bo (2007). Historia de la ingeniería de semiconductores . Berlín, Heidelberg: Springer-Verlag Berlin Heidelberg. pág. 321. ISBN 978-3-540-34258-8.
- ↑ Ligenza, JR; Spitzer, WG (1960). "Los mecanismos de oxidación del silicio en vapor y oxígeno" . Journal of Physics and Chemistry of Solids . 14 : 131–136 . Bibcode : 1960JPCS...14..131L . doi : 10.1016/0022-3697(60)90219-5 .
- ↑ Lojek, Bo (2007). Historia de la ingeniería de semiconductores . Springer Science & Business Media . pág. 120. ISBN 978-3-540-34258-8.
- 1 2 3 4 5 6 Bergveld, Piet (octubre de 1985). "El impacto de los sensores basados en MOSFET" (PDF) . Sensores y Actuadores . 8 (2): 109– 127. Bibcode : 1985SeAc....8..109B . doi : 10.1016/0250-6874(85)87009-8 . ISSN 0250-6874 .
- ↑ Chris Toumazou; Pantelis Georgiou (diciembre de 2011). "40 años de tecnología ISFET: De la detección neuronal a la secuenciación de ADN" . Electronics Letters . Consultado el 13 de mayo de 2016 .
- 1 2 3 Schöning, Michael J.; Poghossian, Arshak (10 de septiembre de 2002). "Avances recientes en transistores de efecto de campo biológicamente sensibles (BioFETs)" (PDF) . Analyst . 127 (9): 1137– 1151. Bibcode : 2002Ana...127.1137S . doi : 10.1039/B204444G . ISSN 1364-5528 . PMID 12375833 .
- 1 2 Williams, JB (2017). La revolución electrónica: inventando el futuro . Springer. págs. 245 y 249. ISBN 978-3-319-49088-5.
- ↑ Boyle, William S; Smith, George E. (1970). "Dispositivos semiconductores de carga acoplada". Bell Syst. Tech. J. 49 ( 4): 587– 593. Bibcode : 1970BSTJ...49..587B . doi : 10.1002/j.1538-7305.1970.tb01790.x .
- ↑ Matsumoto, Kazuya; et al. (1985). "Un nuevo fototransistor MOS que opera en modo de lectura no destructiva". Japanese Journal of Applied Physics . 24 (5A): L323. Bibcode : 1985JaJAP..24L.323M . doi : 10.1143/JJAP.24.L323 . S2CID 108450116 .
- ↑ Eric R. Fossum (1993), "Sensores de píxeles activos: ¿Son los CCD dinosaurios?" Proc. SPIE Vol. 1900, pág. 2–14, Dispositivos de carga acoplada y sensores ópticos de estado sólido III , Morley M. Blouke; Ed.
- ↑ Lyon, Richard F. (2014). «El ratón óptico: Visión integrada biomimética temprana» . Avances en visión por computadora integrada . Springer. págs. 3–22 (3). ISBN 978-3-319-09387-1.
- ↑ Lyon, Richard F. (agosto de 1981). «El ratón óptico y una metodología arquitectónica para sensores digitales inteligentes» (PDF) . En HT Kung; Robert F. Sproull; Guy L. Steele (eds.). Sistemas y computación VLSI . Computer Science Press. págs. 1–19 . doi : 10.1007/978-3-642-68402-9_1 . ISBN 978-3-642-68404-3.
- ↑ Brain, Marshall; Carmack, Carmen (24 de abril de 2000). "Cómo funcionan los ratones de ordenador" . HowStuffWorks . Consultado el 9 de octubre de 2019 .
- ↑ "LiDAR vs. Sensores 3D ToF: cómo Apple está mejorando la realidad aumentada para teléfonos inteligentes" . 31 de marzo de 2020. Consultado el 3 de abril de 2020 .
- ↑ Omura, Yasuhisa; Mallik, Abhijit; Matsuo, Naoto (2017). Dispositivos MOS para aplicaciones de bajo voltaje y baja energía . John Wiley & Sons . págs. 3–4 . ISBN 978-1-119-10735-4.
- ↑ Sun, Jianhai; Geng, Zhaoxin; Xue, Ning; Liu, Chunxiu; Ma, Tianjun (17 de agosto de 2018). "Un minisistema integrado con un sensor de óxido metálico-semiconductor y una columna cromatográfica de gases microempaquetada" . Micromachines . 9 (8): 408. doi : 10.3390/mi9080408 . ISSN 2072-666X . PMC 6187308. PMID 30424341 .
- ↑ Mead, Carver A.; Ismail, Mohammed, eds. (8 de mayo de 1989). Implementación analógica VLSI de sistemas neuronales (PDF) . The Kluwer International Series in Engineering and Computer Science. Vol. 80. Norwell, MA: Kluwer Academic Publishers . doi : 10.1007/978-1-4613-1639-8 . ISBN 978-1-4613-1639-8.
- ↑ Oliveira, Joao; Goes, João (2012). Amplificación de señales analógicas paramétricas aplicada a tecnologías CMOS a nanoescala . Springer Science & Business Media . pág. 7. ISBN 978-1-4614-1670-8.
- ↑ "Página 486" . xem.github.io . Consultado el 23 de enero de 2025 .
Lecturas adicionales
- M. Kretschmar y S. Welsby (2005), Sensores de desplazamiento capacitivos e inductivos, en Manual de tecnología de sensores, J. Wilson editor, Newnes: Burlington, MA.
- CA Grimes, EC Dickey y MV Pishko (2006), Enciclopedia de sensores (conjunto de 10 volúmenes), American Scientific Publishers. ISBN 1-58883-056-X
- Blaauw, FJ, Schenk, HM, Jeronimus, BF, van der Krieke, L., de Jonge, P., Aiello, M., Emerencia, AC (2016). Consigamos Physiqual: un método intuitivo y genérico para combinar tecnología de sensores con evaluaciones ecológicas momentáneas . Revista de Informática Biomédica, vol. 63, páginas 141-149.
- http://www.cbm-sweden.se/images/Seminarie/Class_Descriptions_IDA_MEMS.pdf (ver https://web.archive.org/web/20160304105724/http://www.cbm-sweden.se/images/Seminarie/Class_Descriptions_IDA_MEMS.pdf )
- Instrumentos de medición
- Sensores
- Transductores