PROYECTO SENSOR INFRARROJO

Marco teórico

La radiación infrarroja, o radiación IR es un tipo de radiación electromagnética y térmica, de mayor longitud de onda que la luz visible, pero menor que la de las microondas. Consecuentemente, tiene menor frecuencia que la luz visible y mayor que las microondas. Su rango de longitudes de onda va desde unos 0,7 hasta los 1000 micrómetros.1 La radiación infrarroja es emitida por cualquier cuerpo cuya temperatura sea mayor que 0 Kelvin, es decir, −273,15 grados Celsius (cero absoluto).

Los infrarrojos son clasificados, de acuerdo a su longitud de onda, de este modo

infrarrojo cercano (de 800 nm a 2500 nm)

infrarrojo medio (de 2.5 µm a 50 µm)

infrarrojo lejano (de 50 µm a 1000 µm)

La materia, por su caracterización energética emite radiación. En general, la longitud de onda donde un cuerpo emite el máximo de radiación es inversamente proporcional a la temperatura de éste (Ley de Wien). De esta forma la mayoría de los objetos a temperaturas cotidianas tienen su máximo de emisión en el infrarrojo. Los seres vivos, en especial los mamíferos, emiten una gran proporción de radiación en la parte del espectro infrarrojo, debido a su calor corporal.

Modos de transmisión:

A la hora de transmitir, las estaciones infrarrojas pueden usar tres tipos de métodos para ello: punto a punto, casi-difuso y difuso.

En el modo punto a punto, el tipo de emisión por parte del transmisor se hace de forma direccional. Por ello, las estaciones deben verse directamente, para poder dirigir el haz de luz directamente de una hacia la otra. Por este motivo, este es el tipo de red inalámbrica más limitado, pues a todos los inconvenientes de las comunicaciones infrarrojas hay que unir el hecho de tener que colocar las estaciones enfrentadas. Este método se suele usar en redes inalámbricas Token Ring, donde el anillo está formado por una unión de enlaces punto a punto entre las distintas estaciones, conformando cada uno de los segmentos.

En el modo casi-difuso, el tipo de emisión es radial; esto es, la emisión se produce en todas direcciones, al contrario que en el modo punto a punto. Para conseguir esto, lo que se hace es transmitir hacia distintas superficies reflectantes, las cuales redirigirán el haz de luz hacia la/s estación/es receptora/s. De esta forma, se rompe la limitación impuesta en el modo punto a punto de la direccionalidad del enlace. En función de cómo sea esta superficie reflectante,podemos distinguir dos tipos de reflexión: pasiva y activa. En la reflexión pasiva, la superficie reflectante simplemente refleja la señal, debido a las cualidades reflexivas del material. En la reflexión activa, por el contrario, el medio reflectante no sólo refleja la señal, sino que además la amplifica. En este caso, el medio reflectante se conoce como satélite. Destacar que, mientras la reflexión pasiva es más flexible y barata, requiere de una mayor potencia de emisión por parte de las estaciones, debido al hecho de no contar con etapa repetidora.

El modo de emisión difuso, por otro lado, se diferencia del casi-difuso en que debe ser capaz de abarcar, mediante múltiples reflexiones, todo el recinto en el cual se encuentran las estaciones. Obviamente, esto requiere una potencia de emisión mayor que los dos modos anteriores, puesto que el número de rebotes incide directamente en el camino recorrido por la señal y las pérdidas aumentan.

Según el caso que comentábamos antes de las empresas que utilizaban enlaces de un edificio a otro mediante antenas en las ventanas, podemos observar que, obviamente, este enlace será punto a punto, mientras que en las redes interiores lo más lógico es realizar enlaces difusos.

Descripción del proyecto

Este proyecto cosiste en irradiar una señal infrarroja y hacer que la capte un led receptor infrarrojo, al estar encendidos estos leds habrá una transmisión de señal que al ser interrumpida se accionara un led color rojo indicando la presencia de un objeto entre el receptor y el emisor.

Recursos y materiales

-       Una pila de 9 V.

-       Una pila de 3.5 V.

-       Dos resistencia de 1 K Ohm.

-       Una resistencia de 100 Ohm.

-       Una resistencia de 100 K Ohm

-       Un diodo led emisor infrarrojo.

-       Un diodo led receptor infrarrojo.

-       Un transistor 2N2222A.

-       Cable

-       Carton

-       Silicon

-       Soldadura

-       Cautin

-       Pintura

-       Tijeras 

-       Estaño

-       Psta para estaño

-       Portapilas  

Justificación del proyecto

Este proyecto se realiza con un fin principal en la cual es hacer un sensor de movimiento útil para instalar en interiores de hogar, mientras el detector de movimiento sera modificado para poderlo instalar en exteriores, así podremos detectar  movimiento el cual enviarán una señal que disparó al SCR de la alarma para activar el led y dar la alarma.

Esquema del circuito

Ejercicio 4.2

Visita radio televisión de Hidalgo

El propósito de esta esta visita fue el poder adentrarnos un poco a lo que es parte del campo laboral que le corresponde a nuestra carrera, por parte de la materia de ondas electromagnéticas guiadas.
Pudimos darnos cuenta como se aplican los conocimientos adquiridos en la carrera y ver mas de cerca lo que es ya la practica de toda la teoría, y que siempre habrá cosas nuevas por aprender en el el campo laboral ya que la tecnología va en constante avance y actualización.

Se observo el proceso de creación de la transmisión de la señal de Radio y Tv, entendiendo que en cada oficina/departamento tiene que pasar por ciertos protocolos para así obtener la señal más optima, tanto como en una señal en vivo y un programa previamente grabado.

Primeramente se crea la señal, que en este caso sería audio y video, de ahí pasamos al cuarto de control de video y de audio, para así procesar las señales y tratar de que estén lo más aptas posibles para así salir al "máster" que es ahí donde se le da el formato necesario para de ahí salir a la antena transmisora hacia el satélite con aproximadamente una frecuencia de 6 GHz de subida por 3 GHz de bajada, para poder llegar de la manera más optima y con la potencia suficiente para llegar hasta el satélite y de ahí, poder regresar el mismo satélite la señal hacia las antenas que propagan la señal terrestre. De manera similar con la radio

Concluimos que las lineas de transmisión son importantes en la comunicación y transmisión de datos, en este recorrido por las instalaciones vimos como en cada departamento o área son utilizadas las lineas de transmisión, guías de onda, fibra óptica antenas y para las transmisiones de las señales.

Ejercicio Carta de Smith

Canal 11

CANAL ONCE

                           

Misión

Generar y transmitir contenidos que impulsen y fomenten el desarrollo humano

Visión

Ser el medio de comunicación público más importante de México, líder en la generación y transmisión de contenidos educativos y culturales de habla hispana.

HISTORIA

Canal Once se ha caracterizado por ofrecer contenidos con temáticas variadas y enriquecedoras, que contribuyen al desarrollo humano de su audiencia. El ingenio, la visión y el trabajo constante han construido una señal vanguardista y propositiva que es una alternativa sólida para las audiencias mexicanas.

A lo largo de su historia, ha logrado el reconocimiento nacional e internacional, gracias a programas que aportan conocimiento, información, cultura y entretenimiento para público de todas las edades, con el objetivo de contribuir a la construcción de ciudadanía.

Esta señal se retransmite en distintas ciudades de la República Mexicana en la red de estaciones concesionadas al Instituto Politécnico Nacional y en la red del Sistema Público de Radiodifusión del Estado Mexicano.

Adicionalmente, también se retransmite de manera independiente por medio de un convenio realizado con el gobierno del Estado de Quintana Roo por la estación XHCOZ en Cozumel.9

Por disposición oficial, el canal virtual asignado para esta señal es el 11.1

RESUMEN FIBRA OPTICA

FIBRA ÓPTICA

Las fibras ópticas son filamentos de vidrio de alta pureza extremadamente compactos: El grosor de una fibra es similar a la de un cabello humano. Fabricadas a alta temperatura con base en silicio, su proceso de elaboración es controlado por medio de computadoras, para permitir que el índice de refracción de su núcleo, que es la guía de la onda luminosa, sea uniforme y evite las desviaciones, entre sus principales características se puede mencionar que son compactas, ligeras, con bajas pérdidas de señal, amplia capacidad de transmisión y un alto grado de confiabilidad debido a que son inmunes a las interferencias electromagnéticas de radio-frecuencia.

Las fibras ópticas no conducen señales eléctricas por lo tanto son ideales para incorporarse en cables sin ningún componente conductivo y pueden usarse en condiciones peligrosas de alta tensión. Tienen la capacidad de tolerar altas diferencias de potencial sin ningún circuito adicional de protección y no hay problemas debido a los cortos circuitos Tienen un gran ancho de banda, que puede ser utilizado para incrementar la capacidad de transmisión con el fin de reducir el costo por canal; De esta forma es considerable el ahorro en volumen en relación con los cables de cobre.

Opciones de medios para el transporte

El objetivo general de las telecomunicaciones es permitir comunicaciones de voz, datos, video a distancia de alta calidad, sin importar  la localización de los extremos. Para determinar el tipo de medio que se debe utilizar es considerar dos aspectos en general: el primero la distancia que existe entre los extremos: y el segundo la cantidad de información que se desea transmitir. Esto de alguna manera va asociado con el costo para cada opción de comunicación. Otro factor que también puede influir es el tiempo en el que se desea contar con los medios de comunicación.

	Distancia entre repetidores	Vida útil	Efectos Climáticos	Complejidad de Operación	Capacidad
Satélite	Solo uno	Limitada	Si	Alta	Media
Par de Cobre Cable coaxial	Corta 2-10 Km	Larga	No mucho Humedad	Moderada	Media
Microondas	Media 25-75 km	Larga	Si Lluvias	Moderada	Media-alta
Fibras ópticas	Larga Hasta 600 km	Muy larga	Nulos	Moderada	Muy alta

Tabla - Opciones de medios de transporte

Existen diversas opciones  de medios de transporte, pero definitivamente las fibras ópticas cuentan con el mejor escenario para la implementación de redes de transporte. Proveen  la mayor capacidad, la mayor distancia entre repetidores, la mejor calidad y por lo tanto relación costo beneficio. En la siguiente figura  se comparan los diferentes medios de transporte desde diferentes medios de transporte desde diferentes puntos de vista.

VENTAJAS  DE LAS FIBRAS ÓPTICAS

Tenemos  diversas ventajas que favorecen la utilización de las fibras óptica sobre redes de telecomunicaciones.

Muy altas capacidades, en el orden de los  Tbps.

Calidad en transmisión, en el orden de BER=10^-12

Niveles bajos de atenuación, en el orden de 0.2 dB/km.

Respuesta a la frecuencia plana dentro de las ventanas ópticas, por lo tanto se prescinde

prácticamente de ecualización.

Distancia grande entre repetidores, entre 150 y 600 kms.

Inmunidad a ruidos e interferencias.

Menor costo por circuito que cualquier otro medio.

Cables más ligeros, pequeños y flexibles.

No generan interferencia y por lo tanto no existe la diafonía.

Seguridad en la transmisión.

Facilidad de mantenimiento.

La alta capacidad que se consigue sobre las fibras ópticas se debe al gran ancho de banda que estas pueden manejar. En la figura anterior se compara la capacidad de un enlace de radio digital frente a uno con fibra óptica, en función del ancho de banda de la portadora y la frecuencia de operación.

DESVENTAJAS DE LAS FIBRAS ÓPTICAS

ATENUACIÓN

 El espectro de la curva de atenuación de una típica fibra óptica hecha de silicio. La curva tiene tres características principales. Una gran tendencia de atenuarse conforme se incrementa la longitud de onda (Dispersión Rayleigh),  Atenuación en los picos de absorción asociados con el ión hidroxyl (OH-), y  Una tendencia por la atenuación para incrementar las longitudes de onda por arriba de los 1.6 um, debidas a las pérdidas inducidas por la absorción del silicio.

        Nuevos sistemas de transmisión usan fibras multimodo, operadas en la primera ventana de longitud de onda cercana a las .85 um, mostrado en la figura 3, y después en la segunda ventana cerca de 1.3 um. Una fibra de modo simple primeramente opera en la segunda ventana, donde la atenuación de la fibra es típicamente menor que 0.35 dB/Km. Sin embargo la región de menos pérdida ( típicamente pérdidas cercanas a las 0.20 dB/Km) permanece en una longitud de onda amplia y los laceres y receptores operan en esa ventana cercanos a 1.55 um, estos llegaron a ser disponibles a finales de los 80´s.

DISPERSIÓN

La dispersión cromática describe la tendencia para diferentes longitudes de onda que viajan a diferentes velocidades en una fibra. En longitudes onda donde la dispersión cromática es alta, los pulsos ópticos tienden a expandirse en el tiempo y provocar interferencia, lo cual puede producir una inaceptable velocidad del bit, muestra como la dispersión cromática cambia con la longitud de onda para tres diferentes tipos de fibra. La dispersión cromática de una fibra consiste de dos componentes - Material y Guía de  Onda- como se muestra en la, el componente material depende de las características de dispersión de los dopantes y del silicio de construcción. Estos materiales no ofrecen mucha flexibilidad a ajustes significantes en la dispersión de la fibra, así que ese esfuerzo se ha enfocado en alterar la dispersión de guías de ondas de las fibras ópticas. 

COMPONENTES DE LA FIBRA ÓPTICA

 La fibra es tan pequeña y frágil, que se le ubica dentro de un cable, como se ve en la figura. 

El núcleo que consiste de vidrio de cuarzo, tiene un índice de refracción más alto que el revestimiento de vidrio, cuarzo o plástico que lo rodea. A su vez la superficie del revestimiento esta protegida por una cubierta primaria de acrilato. La fibra esta protegida contra esfuerzos mecánicos debidos al cableado, instalación, cambios de temperatura, etc., ya que usualmente se coloca libre en el tubo que forma la cubierta secundaria.

Los aspectos principales para la propagación de luz en las fibras ópticas son:

Que la pureza del material del núcleo sea tan alta, que la atenuación se mantenga dentro de los límites razonables.

Que los rayos, que por una razón u otra tiendan a cambiar su dirección de propagación, se mantengan dentro del núcleo de la fibra.

        La alta pureza fue un problema en el procesamiento del material de la fibra que ya ha sido resuelto. Se debe tener en cuenta que tanto el índice de refracción como la transparencia, varían con la longitud de onda y la temperatura. Una cierta pérdida por dispersión de la fibra no puede ser evitada por razones teóricas. A mayores longitudes de onda las perdidas aumentan debido a la absorción de rayos infrarrojos (absorción del calor). Los rayos son mantenidos en el núcleo debido a que el índice de refracción disminuye cuando aumenta la distancia desde el centro de una sección transversal imaginaria del núcleo de la fibra. Por esto el índice de refracción puede disminuir por pasos, como en la fibra con índice escalonado o hacerlo gradualmente como en la fibra con índice gradual. Las fibras ópticas son también unos medios especialmente adecuados para el transporte de impulsos digitales de alta velocidad.

       

 Formados por finos tubos de vidrio plástico o cuarzo fundido metidos de varias milésimas de milímetro. Su nombre deriva del hecho de que son excelentes guías de onda para los impulsos lumínicos, y se emplean para transmitir informaciones de cualquier naturaleza transformadas en bits, en forma de ondas electromagnéticas de elevadísimas frecuencias, iguales a la de la luz. 

PROPAGACIÓN DE LA LUZ EN LAS FIBRAS ÓPTICAS.

En la siguiente figura se muestra el perfil de la capa longitudinal central de la fibra, se ve detalladamente como sigue su trayecto la luz al propagarse al interior de la fibra:

 Para poder entender este diagrama iniciaremos con la frontera vertical que se forma entre el medio 0 y el núcleo que es el medio 1.Dado que hay una frontera, entonces existe un ángulo critico que depende de n₀ y de n₁, para que el haz de luz en el punto A pueda traspasar al núcleo es necesario que incida en esta frontera con un ángulo menor a ese ángulo crítico determinado por n₀  y n_1. Requerimos de una refracción en el punto A

Una vez que el haz de luz ha entrado en el núcleo, éste debe incidir en la frontera horizontal formada por el núcleo y el revestimiento, de tal forma que haya una reflexión total interna. Para que eso sea posible el ángulo de incidencia en el punto B debe ser mayor al ángulo crítico determinado por n₁ y n_2.

Dado que el ángulo de reflexión es igual al ángulo de incidencia, el haz de luz saldrá del punto B con la misma dirección con la que llego y llegará al siguiente punto de la frontera núcleo-recubrimiento con las mismas condiciones y se tendrá en ese siguiente punto otra vez una  reflexión interna total.

En conclusión; la luz entra al núcleo retractándose en la frontera formada por los medios

0-1; posteriormente se ira rebotando a lo largo de la fibra mediante reflexiones internas totales en las fronteras formadas por los medios 1-2.

MUSEO CENTRO DE DIFUSIÓN DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA

MUSEO DEL POLITÉCNICO

Este museo es como un laboratorio a gran escala. Cuenta con 2,500 metros cuadrados llenos de juegos didácticos, maquetas e instalaciones que acercan al público al mundo de la ciencia.

La intención de este recinto, que forma parte del Centro de Difusión de la Ciencia y la Tecnología, del Instituto Politécnico Nacional, es explicar de manera sencilla fenómenos físicos. Lo logran al relacionar actividades de la vida cotidiana con principios teóricos que podrían parecer muy difíciles de entender. Por ejemplo, explican cómo los refrigeradores funcionan gracias a los principios de la termodinámica, o que gracias al viento se puede generar energía.

Sus exhibiciones permanentes son diseñadas y construidas por el equipo del museo. Su colección incluye figuras robotizadas, maquetas y esquemas en tercera dimensión; brazos mecánicos y modelos a escala de microscopios. Una de las salas favoritas de los visitantes es aquella en la que se resuelven enigmas sobre la energía y el Universo. Está ambientada con piezas que representan a los planetas de la Vía Láctea y se explica cómo la energía del sol influye en diferentes fenómenos físicos, químicos y hasta biológicos.

Es un museo muy interesante, pues se denota como sus objetivos, el fomento a la educación y a la investigación científica, mediante la utilización de herramientas interactivas como son las tecnologías.