MÉTODOS DE PROCESAMIENTO AVANZADO E ... - Editorial Reverte

MÉTODOS DE 

PROCESAMIENTO AVANZADO 

E INTELIGENCIA ARTIFICIAL 

EN SISTEMAS SENSORES 

Y BIOSENSORES 

Lorenzo Leija 

Coordinador 

Barcelona • Bogotá • Buenos Aires • Caracas • México 

2009

Título de la obra: 

Métodos de Procesamiento Avanzado e Inteligencia Artificial 

en Sistemas Sensores y Biosensores 

Primera edición, 2009 

Coordinador: 

Lorenzo Leija 

S. de Bioelectrónica, 

Departamento de Ingeniería Eléctrica, 

CINVESTAV IPN, México 

Diseño y formación: 

Reverté-Aguilar, S.L. 

www.reverte-aguilar.com 

Diseño de cubierta: 

David Kimura y Gabriela Varela 

Reservados todos los derechos. La reproducción total o parcial de esta obra, por cualquier medio 

o procedimiento, comprendidos la reprografía y el tratamiento informático, queda rigurosamente 

prohibida, salvo excepción previa en la ley. Asimismo queda prohibida la distribución de ejemplares 

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Este documento se ha realizado con la ayuda financiera de la Comunidad Europea. El contenido 

de este documento es responsabilidad exclusiva de los autores de este libro y en modo alguno 

debe considerarse que refleja la posición de la Unión 

Europea. 

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ISBN 978-607-7815-01-3 México 

ISBN 978-84-291-8013-8 España 

Impreso en México. Printed in Mexico. 

F. (3493) 419 51 89 

www.reverte.com

Agradecimientos 

Una obra de esta magnitud requiere el esfuerzo de múltiples personas e instituciones. En primer 

lugar es importante mencionar al programa ALFA, dedicado a la cooperación entre Instituciones de 

Educación Superior (IES) de la Unión Europea y América Latina, que otorgó los fondos para el 

funcionamiento de la Red ALFA-BioSenIntg (Métodos de procesamiento avanzado e inteligencia 

artificial en sistemas sensores y biosensores). La Red se integró con ocho laboratorios de Europa en 

España, Francia y Portugal y seis de Latinoamérica en Brasil, Cuba, México y Perú. Todos ellos 

han sido participantes entusiastas del proyecto de escribir esta obra, orientada a los estudiantes de 

Ingeniería de habla hispana. Mi reconocimiento al esfuerzo de cada uno de ellos. 

Cabe destacar la participación de colegas y personal del CINVESTAV-IPN: Roberto, Arturo, 

Rubén, Hugo y Gina, quienes asumieron el proyecto como un reto personal y siempre estuvieron 

presentes cuando el esfuerzo de corrección de figuras y de escritura lo demandó. 

Agradezco al CYTED, Programa Iberoamericano de Ciencia y Tecnología para el Desarrollo, 

su apoyo decidido en la edición de la presente obra, tanto a su Secretario General, Fernando 

Aldana, como al Coordinador Científico y Tecnológico, Jordi Aguiló; ambos colegas y amigos de 

años en las relaciones iberoamericanas. 

Igualmente al personal de Editorial Reverté, en particular a Judith Sandoval, que no han escatimado 

tiempo y esfuerzo para mejorar el contenido de la misma. 

A todos ellos mi reconocimiento por su contribución para que este libro sea una realidad. 

- v - 

Lorenzo Leija Salas. 

Profesor del CINVESTAV-IPN, México

Prólogo 

Aunque la publicación de un libro representa siempre el final de una etapa, creo y deseo que en este 

caso se trate sólo del fin de una primera, del arranque inicial necesario para formar un buen equipo 

de trabajo. 

En esta obra, el lector podrá disfrutar de un texto completo y prácticamente autocontenido que 

aborda la ciencia y la tecnología de base en los micro y nano sistemas realmente en el estado del 

arte. Desde una lectura menos técnica, es claro que distintos grupos iberoamericanos comparten y 

han compartido sus conocimientos y la experiencia adquirida como resultado tangible de los proyectos 

y redes llevados a cabo en común. De esa lectura se deduce también que, posteriormente, 

estos grupos han sabido incorporarse e integrarse a grupos similares en Europa, con objeto de 

fomentar sinergias e incrementar su propio potencial. Sin duda alguna, éste es un inicio prometedor, 

con un presente encomiable y unas potencialidades inmensas. Hoy, el programa CYTED se siente 

orgulloso de haber contribuido a este proyecto desde sus orígenes. 

Por otra parte, la temática genérica del libro: sensores, microsensores y los sistemas electrónicos 

que se sustentan sobre ellos, no puede ser más actual. Nuestra sociedad apuesta decididamente por 

ello, es decir, que en la Sociedad de la Información no sean sólo los ordenadores los que generen, 

traten y difundan esa información. Actualmente el reto reside en que fluya además información propia 

de los seres vivos, y que la produzcan, traten y difundan unos u otros indistintamente: ordenadores 

y seres vivos compartiendo recursos sin fronteras preestablecidas. Es innegable que a partir de 

esa sinergia y del inicio de este trabajo conjunto se generarán conocimientos en torno a los complejos 

mecanismos de funcionamiento y de control en los seres vivos. Lo que permitirá desarrollar, a 

través de una retroalimentación, interfases que hagan amigables -a muy bajo nivel- al ser vivo, la 

electrónica, la información y el conocimiento. 

Asimismo, el desarrollo de la investigación que ha derivado en este libro ha surgido del trabajo 

en red, de compartir conocimiento, experiencia y saber hacer con grupos muy diversos y geográficamente 

distantes, lo que no puede ser también más actual. Y en este sentido no sólo nuestra sociedad 

está apostando al respecto, sino que es casi imposible concebir de otra forma el progreso. Y me 

refiero desde luego al progreso científico y tecnológico, pero también al industrial. La empresa que 

aspire a ser viable en el futuro no tiene más remedio que apoyarse en grupos como los presentes, en 

su I+D, trabajar con ellos en red y compartir conocimientos y tecnologías con otras empresas. Gestionar 

adecuadamente lo que se ha dado en llamar la “coopetición” (cooperación simultánea con la 

competición), parece ser la única salida viable para la innovación en las empresas y especialmente 

en las empresas de base tecnológica. 

Reiterando el orgullo que siente CYTED de haber contribuido a este proyecto, vaya por escrito 

y públicamente su compromiso y el de quien suscribe para dar todo el soporte posible al grupo, con 

el fin de que siga avanzando por esta vía con paso firme y con el mismo entusiasmo y la misma 

generosidad que hasta el momento. 

Jordi Aguiló 

Coordinador Científico y Tecnológico de CYTED 

- vii -

Índice de Contenidos 

Agradecimientos - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - v 

Prólogo - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - vii 

Introducción a los Sensores e Inteligencia Artificial1 

A.1 Ordenadores, sensores y actuadores.......................................................................1 

A.2 Inteligencia artificial .......................................................................................................2 

A.3 Sensores químicos.........................................................................................................3 

A.3.1 Reconocimiento químico, biológico y biomimético..............................4 

A.3.2 Transductores ...............................................................................................6 

A.4 Integración en ciencia y tecnología............................................................................6 

A.4.1 Sistemas analíticos integrados....................................................................7 

A.5 Integración de sensores e inteligencia artificial.......................................................7 

A.5.1 Arreglos de sensores y aproximaciones biomimética..........................7 

A.5.2 Sensores y tecnologías de la información y la comunicación .............9 

A.5.3 Sensores y convergencia de tecnologías .................................................9 

A.6 Bibliografía recomendada...........................................................................................10 

Parte 1: Generalidades sobre los Sensores 1.A Sensores Físicos - - - - - - - - - - - - 11 

Presentación ..............................................................................................................................11 

Capítulo 1: Sensores de Temperatura - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 13 

1.1 Introducción..................................................................................................................13 

1.2 Sensores de temperatura resistivos (RTDs) .........................................................14 

1.3 Termistores ..................................................................................................................17 

1.4 Termocuplas o Termopares .....................................................................................20 

1.5 Sensores de temperatura basados en fibras ópticas............................................25 

1.6 Sensores de temperatura basados en uniones de semiconductores...............28 

- ix -


1.7 Termómetros de expansión o dilatación de líquido ...........................................31 

1.8 Sensores de radiación.................................................................................................33 

1.9 Bibliografía recomendada...........................................................................................34 

Capítulo 2: Principios y Aspectos Prácticos de los Sensores Ultrasónicos - - - - - - - - - 35 

2.1 Introducción..................................................................................................................35 

2.2 Piezoelectricidad..........................................................................................................37 

2.2.1 Piroelectricidad y electrostricción..........................................................37 

2.2.2 Acciones piezoeléctricas...........................................................................38 

2.2.3 Envejecimiento ............................................................................................39 

2.3 Materiales piezoeléctricos .........................................................................................39 

2.3.1 Cristales de cuarzo.....................................................................................40 

2.3.2 Cristales solubles en agua.........................................................................40 

2.3.3 Monocristales con alto punto de fusión................................................40 

2.3.4 Semiconductores piezoeléctricos ...........................................................41 

2.3.5 Cerámicas piezoeléctricas ........................................................................41 

2.3.6 Compuestos piezoeléctricos....................................................................41 

2.4 La propagación ultrasónica........................................................................................41 

2.4.1 Ley de Hooke: la relación entre esfuerzo y deformación.................42 

2.4.2 Consideraciones generales.......................................................................42 

2.4.3 Propagación longitudinal y transversal...................................................42 

2.5 Propagación de la onda ultrasónica.........................................................................42 

2.5.1 Velocidad de propagación.........................................................................43 

2.5.2 Impedancia acústica ....................................................................................44 

2.5.3 Atenuación acústica....................................................................................44 

2.5.4 Medida de la absorción de energía ultrasónica....................................46 

2.6 El campo ultrasónico...................................................................................................47 

2.7 Medición del campo ultrasónico ..............................................................................48 

2.8 El transductor ultrasónico.........................................................................................52 

2.9 Patrón de propagación del haz ultrasónico ...........................................................53 

2.10 Focalización de transductores ..................................................................................54 

2.10.1 Transductores esféricos............................................................................54 

2.10.2 Focalizado eléctrico....................................................................................55 

2.10.3 Arreglo de transductores .........................................................................55 

2.11 Partes básicas de un equipo de ultrasonido ..........................................................56 

2.12 Diagramas eléctricos de referencia del pulsador-receptor de equipos 

de ultrasonido...............................................................................................................57 

2.13 Consideraciones a tomar en cuenta en la selección de un transductor.........61 

2.13.1 Consideraciones en la selección de un transductor...........................61 

2.13.2 Las aplicaciones de los transductores ultrasónicos en la medicina........63 


- x -

- xi - 


Capítulo 3: Sensores Ultrasónicos Piezoeléctricos. Aspectos Básicos y Modelos Circuitales - - - 67 

3.1 Introducción..................................................................................................................67 

3.2 Estructura básica y aplicaciones ...............................................................................69 

3.3 Aspectos generales de diseño y parámetros de eficiencia.................................71 

3.4 Transductores piezoeléctricos trabajando en modo “espesor”.......................73 

3.5 Modelos circuitales de los transductores basados en placas 

piezoeléctricas vibrando en modo espesor...........................................................75 

3.6 Modelos y simulación utilizando PSPICE para su implementación...................79 

3.7 Adaptación circuital del modelo de Redwood para su implementación 

mediante Spice .............................................................................................................80 

3.7.1 Adaptación de Morris y Hutchens en formato Spice.........................81 

3.7.2 Otras adaptaciones para implementación en Spice ............................83 


Capítulo 4: Sensores Ópticos - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 87 

4.1 Introducción..................................................................................................................87 

4.2 La naturaleza de la luz.................................................................................................88 

4.3 Sensores interferométricos.......................................................................................89 

4.4 Sensores de fibra óptica.............................................................................................92 

4.4.1 Propagación de la onda electromagnética a través de una guía 

de onda..........................................................................................................94 

4.4.2 Sensores extrínsecos de fibra óptica .....................................................94 

4.4.3 Sensores intrínsecos de fibra óptica.......................................................97 

4.5 Sensores optoquímicos. Un esquema integrado ..................................................99 

4.5.1 Conceptos básicos......................................................................................99 

4.5.2 Ejemplos prácticos de sensores ópticos integrados........................ 101 

4.5.3 Sensor óptico integrado de refracción, del tipo 

interferométrico ...................................................................................... 103 

4.6 Bibliografía recomendada........................................................................................ 105 

Capítulo 5: Sensores de Imágenes - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 107 

5.1 Las imágenes en biología y en medicina .............................................................. 107 

5.2 Los sensores de imágenes ...................................................................................... 108 

5.2.1 El Ojo.......................................................................................................... 108 

5.2.2 Los sensores CCD y CMOS................................................................. 109 

5.2.3 Sensores de color.................................................................................... 113 

5.2.4 Los espacios de representación del color ......................................... 114 

5.2.5 Los sensores de Rayos X y Gamma (y).............................................. 117 

5.2.6 Los sensores de infra-rojo..................................................................... 120 

5.2.7 Los sensores de ultrasonidos................................................................ 121 

5.2.8 Las imágenes láser y la luz estructurada............................................. 121 

5.3 Bibliografía recomendada........................................................................................ 125


Capítulo 6: Sistemas Microelectromecánicos (MEMS) - - - - - - - - - - - - - - - - - - 127 

6.1 Medición y monitoreo de sistemas naturales con MEMS................................ 128 

6.2 Materiales ...................................................................................................................129 

6.3 Grabado......................................................................................................................130 

6.4 Fotolitografía.............................................................................................................. 132 

6.5 Mascarillas................................................................................................................... 132 

6.6 Encapsulamiento ....................................................................................................... 133 

6.7 Aplicaciones ............................................................................................................... 133 

6.7.1 Microsensores en la audición humana ................................................ 136 


Capítulo 7: Sensores Magnéticos - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 145 

7.1 Sensores inductivos.................................................................................................. 145 

7.1.1 Sensores inductivos con núcleo de aire ............................................. 145 

7.1.2 Sensores inductivos con núcleo ferromagnético.............................. 148 

7.1.3 Interfaces electrónicas para los sensores inductivos....................... 152 

7.2 Sensores fluxgate ...................................................................................................... 155 

7.2.1 Modelización de la característica de magnetización B-H 

en un material magnético....................................................................... 155 

7.2.2 Sensor fluxgate basado en varilla de material magnético ............... 157 

7.2.3 Sensor fluxgate basado en dos varillas de material 

magnético (fluxgate de Vacquier)......................................................... 159 

7.2.4 Interfaces electrónicas para sensores fluxgate.................................. 161 

7.3 Sensores magnetorresistivos: principios y propiedades.................................. 162 

7.3.1 Sensores magnéticos de estado sólido ............................................... 163 

7.3.2 Efecto magnetorresistivo galvanomagnético ..................................... 163 

7.3.3 Efecto magnetorresistivo anisotrópico............................................... 164 

7.3.4 Efecto magnetorresistivo gigante ......................................................... 167 

7.3.5 Interfaces electrónicas para sensores magnetorresistivos............. 169 

7.4 Sensores basados en el efecto Hall ...................................................................... 170 

7.4.1 El efecto Hall............................................................................................. 171 

7.4.2 Elementos Hall de película delgada...................................................... 172 

7.4.3 Sensores Hall integrados........................................................................ 174 

7.4.4 Interfaces electrónicas para sensores Hall......................................... 176 

7.4.5 Aplicaciones de los sensores Hall........................................................ 176 

7.5 Inductor Rogowski-Chattock ................................................................................ 179 

7.5.1 Caracterización física .............................................................................. 179 

7.5.2 Caracterización eléctrica ....................................................................... 180 

7.5.3 Aspectos prácticos a tener en cuenta................................................. 182 

7.5.4 Interfaz electrónico para inductor de Rogowski-Chattock ........... 183 

7.5.5 Aplicaciones .............................................................................................. 184 


- xii -

- xiii - 


Parte I: Generalidades sobre sensores 1.B Sensores químicos - - - - - - - - - - - - 187 

Presentación ........................................................................................................................... 187 

Capítulo 8: Sensores Potenciométricos - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 189 

8.1 Introducción............................................................................................................... 189 

8.2 Electrodos selectivos de iones .............................................................................. 191 

8.2.1 Diferentes tipos de electrodos selectivos ......................................... 193 

8.2.2 Electrodos compuestos.......................................................................... 196 

8.3 Electrodos de alambre recubierto........................................................................ 197 

8.4 Sensores tipo ISFET ................................................................................................. 198 

8.4.1 El modelo de la doble capa eléctrica................................................... 200 

8.4.2 EL EnFET.................................................................................................... 203 

8.4.3 Principio de funcionamiento de los EnFETs....................................... 203 

8.5 Conclusiones ............................................................................................................. 204 


Capítulo 9: Sensores Amperométricos- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 207 

9.1 Introducción............................................................................................................... 207 

9.2 La técnica voltamperométrica ............................................................................... 208 

9.3 Técnicas amperométricas....................................................................................... 210 

9.3.1 Voltamperometría cíclica ....................................................................... 210 

9.3.2 Voltamperometría diferencial de pulsos............................................. 210 

9.3.3 Voltamperometría de redisolución...................................................... 210 

9.4 Sensores amperométricos...................................................................................... 211 

9.4.1 Electrodos modificados químicamente ............................................... 212 

9.4.2 Biosensores amperométricos ............................................................... 214 

9.4.3 Otros dispositivos amperométricos destacados.............................. 214 

9.5 Conclusiones ............................................................................................................. 216 


Capítulo 10: Biosensores - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 219 

10.1 Introducción............................................................................................................... 219 

10.2 Biosensores: Clasificación....................................................................................... 220 

10.2.1 Según el elemento de reconocimiento ............................................... 220 

10.2.2 Según el elemento transductor ............................................................ 227 

10.3 Técnicas de inmovilización ..................................................................................... 231 

10.3.1 Adsorción física........................................................................................ 232 

10.3.2 Atrapamiento o copolimerización dentro de una matriz 

polimérica .................................................................................................. 232 

10.3.3 Entrecruzamiento .................................................................................... 234 

10.3.4 Enlace covalente....................................................................................... 234 

10.3.5 Interacciones electrostáticas................................................................. 234 

10.3.6 Interacciones de afinidad........................................................................ 235 

10.4 Aplicaciones ............................................................................................................... 235 

10.4.1 Biosensor de glucosa: Un gran éxito comercial ............................... 235


10.4.2 Uso de sensores basados en ácidos nucleicos para 

el diagnóstico de cáncer......................................................................... 237 

10.4.3 Biosensor de microcistina para el control medioambiental 

y clínico ...................................................................................................... 238 

10.4.4 Biosensor de ocratoxina A: evaluación de la calidad de los 

alimentos.................................................................................................... 240 

10.5 Conclusiones y perspectivas .................................................................................. 242 


Parte 2: Fundamentos de la Inteligencia Artificial - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 249 

Presentación ........................................................................................................................... 249 

Capítulo 11: Acondicionamiento de Señal - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 251 

11.1 Sistema de medida.................................................................................................... 251 

11.2 Procesamiento analógico de la señal.................................................................... 252 

11.2.1 Tipos de señales....................................................................................... 253 

11.2.2 Puente de Wheatstone........................................................................... 254 

11.2.3 Amplificador operacional....................................................................... 256 

11.2.4 Etapa de amplificación DC..................................................................... 257 

11.2.5 Amplificacion AC ..................................................................................... 264 

11.3 Multiplexado .............................................................................................................. 266 

11.4 Adquisición en el dominio de las amplitudes CAD .......................................... 268 

11.5 Muestreo y retención .............................................................................................. 270 

11.6 Barreras de aislamiento........................................................................................... 271 

11.7 Interfaces directas sensor-microcontrolador .................................................... 272 


Capítulo 12: Análisis en el Dominio de la Frecuencia - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 275 

12.1 Dominio de la frecuencia........................................................................................ 275 

12.2 Series de Fourier ...................................................................................................... 276 

12.3 Transformada de Fourier........................................................................................ 277 

12.3.1 Densidad espectral de potencia ........................................................... 279 

12.3.2 Función de autocorrelación................................................................... 279 

12.4 Muestreo ....................................................................................................................280 

12.4.1 Periodo de muestreo.............................................................................. 280 

12.4.2 Teorema de muestreo............................................................................ 283 

12.5 Transformada de Fourier Discreta (DFT) .......................................................... 283 

12.6 Efecto del intervalo de tiempo finito en el muestreo ...................................... 287 

12.7 Transformada rápida de Fourier (FFT)................................................................ 290 

12.7.1 Descomposición en el dominio del tiempo....................................... 290 

12.7.2 Descomposición en el domino de la frecuencia............................... 293 


- xiv -

- xv - 


Capítulo 13: Eliminación de Ruido Mediante el Uso de Wavelets - - - - - - - - - - - - - 295 

13.1 Wavelets ortogonales para la eliminación de ruido 

y compresión ............................................................................................................. 295 

13.1.1 Descomposición dispersa de señales .................................................. 296 

13.1.2 Descomposición del ruido..................................................................... 297 

13.1.3 Algoritmo general para la eliminación de ruido ............................... 298 

13.2 Eliminación de ruido mediante la umbralización de la wavelet...................... 300 

13.2.1 Estrategia de umbralización................................................................... 300 

13.2.2 Cálculo del umbral................................................................................... 302 


Capítulo 14: Aplicación de Redes Neuronales Artificiales a la Minería de Datos - - - - - - - 307 

14.1 Introducción............................................................................................................... 307 

14.2 Descubrimiento del conocimiento y minería de datos.................................... 308 

14.3 Perceptrón multicapa (MLP) .................................................................................. 309 

14.4 Algunas aplicaciones de las redes MLPs .............................................................. 312 

14.5 Mapas auto-organizativos (SOM).......................................................................... 313 

14.6 Aplicaciones de las redes SOM ............................................................................. 316 

14.7 Conclusiones ............................................................................................................. 318 


Capítulo 15: Algoritmos Genéticos - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 321 

15.1 Introducción............................................................................................................... 321 

15.2 Estructura del algoritmo genético ........................................................................ 322 

15.3 Implementación del algoritmo genético básico ................................................. 323 

15.4 Representación, codificación y generación de la población inicial ................ 325 

15.5 Evaluación y selección.............................................................................................. 326 

15.6 Operadores genéticos............................................................................................. 326 

15.7 Generación de la nueva población........................................................................ 328 

15.8 Un sencillo ejemplo.................................................................................................. 328 

15.9 Conclusiones ............................................................................................................. 331 

15.10 Revisión bibliográfica................................................................................................ 331 

15.11 Bibliografía recomendada....................................................................................... 332 

Capítulo 16: Máquinas de Vectores Soporte para Clasificación - - - - - - - - - - - - - - 335 

16.1 Introducción............................................................................................................... 335 

16.2 Casos linealmente separables ................................................................................ 338 

16.3 Múltiples categorías.................................................................................................. 343 

16.4 Caso no separable linealmente.............................................................................. 344 

16.5 Maquinas de vectores soporte no lineales.......................................................... 346 

16.6 Revisión bibliográfica................................................................................................ 349 

16.7 Bibliografía recomendada........................................................................................ 349


Parte 3: Algunas Aplicaciones de Sensores con Inteligencia Artificial - - - - - - - - - - 353 

Presentación ........................................................................................................................... 353 

Capítulo 17: Aplicaciones en Sistemas Distribuidos- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 355 

17.1 Introducción............................................................................................................... 355 

17.2 Sistemas de instrumentación.................................................................................. 356 

17.3 Arquitectura de un sistema de instrumentación............................................... 356 

17.3.1 HARDWARE............................................................................................ 357 

17.3.2 SOFTWARE.............................................................................................. 361 

17.4 Redes de sensores.................................................................................................... 363 

17.5 Objetivos de una red de sensores........................................................................ 365 

17.6 Topología de la red de sensores........................................................................... 365 

17.7 Hardware de la red de sensores........................................................................... 366 

17.7.1 Hardware del nodo central................................................................... 370 

17.7.2 Hardware del nodo remoto.................................................................. 371 

17.8 Software de los nodos central y remoto ............................................................ 373 

17.9 Interfaz gráfica de la red de sensores .................................................................. 374 

17.10 Comunicación entre los nodos de la red de sensores .................................... 375 

17.10.1 Red cableada ............................................................................................. 376 

17.10.2 Red inalámbrica ........................................................................................ 378 

17.11 Aplicaciones de los sistemas de medida distribuidos....................................... 381 


Capítulo 18: Sensores de Temperatura y Campo Eléctrico en Hipertermia Oncológica - - - 387 

18.1 Hipertermia oncológica........................................................................................... 387 

18.2 Principios biológicos a nivel celular y fisiológico............................................... 389 

18.2.1 Efectos a nivel celular, metabólico y molecular................................ 389 

18.2.2 Efectos fisiológicos................................................................................... 390 

18.3 Sensor de campo eléctrico..................................................................................... 395 

18.3.1 Detector .................................................................................................... 398 

18.3.2 Línea de transmisión resistiva............................................................... 399 

18.4 Sensores de temperatura: introducción.............................................................. 402 

18.4.1 Sensores invasivos ................................................................................... 405 


Capítulo 19: Diagnóstico de CVA Isquémicos Asistido por Redes Neuronales Mediante 

la Exploración por CT - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 415 

19.1 Introducción............................................................................................................... 416 

19.2 Metodología ............................................................................................................... 416 

19.2.1 Redes neuronales RBF............................................................................ 417 

19.3 Conjunto de datos ................................................................................................... 418 

19.4 Parte experimental................................................................................................... 420 

19.5 Resultados y discusión............................................................................................. 420 

- xvi -

- xvii - 


19.6 Conclusiones y trabajos futuros............................................................................ 423 


Capítulo 20: Aplicación de los Algoritmos Genéticos en Diseño y Estimación Paramétrica 

de Sistemas Sensores Ultrasónicos - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 425 

20.1 Generalidades............................................................................................................ 426 

20.1.1 Analogía biológica de los algoritmos genéticos ................................ 427 

20.2 Estructura del algoritmo genético usada en el diseño de sensores 

ultrasónicos................................................................................................................ 428 

20.3 Aplicaciones de los algoritmos genéticos en el área de los ultrasonidos........ 432 

20.3.1 Necesidad de la estimación de parámetros constructivos 

en sensores ultrasónicos........................................................................ 432 

20.3.2 Conveniencia del empleo de los AGs en el contexto 

de la estimación paramétrica ................................................................ 433 

20.4 Implementaciones del procedimiento de estimación para 

transductores ultrasónicos piezoeléctricos de banda ancha .......................... 435 

20.5 Resultados de estimación aplicando el procedimiento basado en AGs 

para dos transductores ultrasónicos de banda ancha ...................................... 438 

20.5.1 Resultados para la primera implementación: con respuestas 

simuladas de un transductor de alta frecuencia. Análisis 

de viabilidad del procedimiento............................................................ 438 

20.5.2 Resultados con la segunda implementación: aplicación a 

un transductor piezocerámico práctico. Validación con 

mediciones experimentales ................................................................... 440 


Capítulo 21: Métodos de Soft Computing para la Estimación no Invasiva de la Temperatura 

en Medios Multicapa Empleando Ultrasonido Retrodisperso - - - - - - - - - 445 

21.1 Introducción............................................................................................................... 446 

21.2 Disposición experimental y adquisición de datos ............................................. 447 

21.3 Procesamiento de datos.......................................................................................... 450 

21.4 Entrenamiento y selección de la estructura de RBFNN ................................. 451 

21.5 Resultados y discusión............................................................................................. 455 

21.6 Conclusiones ............................................................................................................. 459 


Capítulo 22: Sistemas Sensores Ultrasónicos para Detección e Imagen. Control Electrónico 

y Simulación Circuital - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 463 

22.1 Presentación del capítulo........................................................................................ 464 

22.2 Generalidades. Implicaciones tecnológicas......................................................... 464 

22.3 Esquemas ultrasónicos generales para detección e imagen............................ 465 

22.4 Control de sensores ultrasónicos para las aplicaciones de imagen. 

Principales requerimientos..................................................................................... 467 

22.4.1 Excitación pulsada de Arrays de sensores ultrasónicos 

en alta frecuencia ..................................................................................... 468


22.4.2 Circuitos excitadores mono-canal para transductores 

de imagen ultrasónica ............................................................................. 469 

22.4.3 Circuitos para recepción de señales de banda ancha 

en sensores ultrasónicos........................................................................ 471 

22.5 Excitador eficiente con impulsos AT de sensores para imagen 

ultrasónica .................................................................................................................. 472 

22.6 Modelización circuital para simular la excitación impulsional en alta 

tensión de los sensores piezoeléctricos. Tratamiento de aspectos 

no lineales................................................................................................................... 474 

22.6.1 Adaptación entre los sensores piezoeléctricos 

y la electrónica no lineal asociada........................................................ 474 

22.6.2 Aproximaciones propuestas para modelar las etapas de 

excitación pulsada.................................................................................... 475 

22.7 Implementaciones circuitales para simular la respuesta transitoria 

de los sensores piezoeléctricos en sistemas pulso-eco. 

Adaptación de modelos .......................................................................................... 477 

22.7.1 Resumen de bases teóricas para el análisis transitorio................... 477 

22.7.2 Implementación circuital de Leach del modelo Mason-Redwood 

para vibración en modo “Espesor”...................................................... 480 

228 Representaciones en SPICE del circuito análogo de Leach 

para el sensor ............................................................................................................ 481 

22.9 Simulación circuital global de un emisor-receptor de pulsos 

ultrasónicos................................................................................................................ 485 

22.9.1 Simulación circuital de pérdidas Internas en el sensor 

piezoeléctrico ........................................................................................... 486 


Capítulo 23: Segmentación de Agrupamientos de Microcalcificaciones en las Imágenes 

de Rayos X para su Detección Temprana en Mama- - - - - - - - - - - - - - 489 

23.1 Introducción............................................................................................................... 490 

23.1.1 Contexto médico..................................................................................... 490 

23.1.2 Trabajo previo .......................................................................................... 491 

23.2 Algoritmo de la segmentación............................................................................... 492 

23.2.1 Principio del algoritmo ........................................................................... 492 

23.2.2 Tratamiento de las imágenes de contraste realzado....................... 492 

23.2.3 Tratamiento de las imágenes suavizadas ............................................ 494 

23.2.4 Tratamiento de las imágenes binarias ................................................. 494 

23.2.5 Extracción de características y clasificación de los candidatos ..... 494 

23.3 Pruebas de la segmentación, resultados y discusión ........................................ 496 

23.3.1 Criterios de evaluación de los resultados y base de datos 

de imagen................................................................................................... 496 

23.3.2 Ajuste del parámetro del algoritmo .................................................... 498 

23.3.3 Resultados de la segmentación y discusión ....................................... 498 

23.4 Conclusión y discusión sobre la utilidad del algoritmo de 

la segmentación......................................................................................................... 502 


- xviii -

- xix - 


Capítulo 24: Lenguas Electrónicas Potenciométricas - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 507 

24.1 Introducción............................................................................................................... 507 

24.1.1 La lengua electrónica, un sistema bio inspirado en el sentido 

del gusto..................................................................................................... 508 

24.1.2 Lengua electrónica................................................................................... 509 

24.2 Arreglo de sensores potenciométricos............................................................... 510 

24.2.1 Arreglos redundantes ............................................................................. 511 

24.2.2 Arreglos selectivos .................................................................................. 511 

24.2.3 Arreglos de selectividad cruzada.......................................................... 511 

24.3 Procesamiento........................................................................................................... 511 

24.3.1 Datos de entrenamiento........................................................................ 514 

24.4 Aplicaciones ............................................................................................................... 515 


Capítulo 25: Lenguas Electrónicas Voltamperométricas - - - - - - - - - - - - - - - - - - 519 

25.1 Introducción............................................................................................................... 519 

25.1.1 Sistemas bioinspirados............................................................................ 520 

25.2 Naturaleza de los sensores .................................................................................... 521 

25.2.1 Uso de un único sensor voltamperométrico .................................... 521 

25.2.2 Uso de matrices de sensores voltamperométricos......................... 521 

25.3 Uso de biosensores.................................................................................................. 523 

25.4 Estrategias de procesamiento................................................................................ 523 

25.5 Aplicaciones representativas.................................................................................. 524 

25.6 Conclusiones ............................................................................................................. 527 


Índice alfabético - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 529

A.1 

Introducción a los Sensores 

e Inteligencia Artificial 

SALVADOR ALEGRET 

Universitat Autònoma de Barcelona, España. 

Ordenadores, sensores y actuadores 

La irrupción de los ordenadores o computadores en multitud de ámbitos de nuestra sociedad, tan 

vitales como son los de orden económico, social, político, cultural, artístico y, sobre todo, los de 

tipo científico y técnico, ha sido considerada como una verdadera revolución, y hay quien aventura 

que tendrá un impacto mayor al que supuso la Revolución Industrial. 

El ordenador se ha convertido en un centro neural, una especie de ‘cerebro’, que regula, ayuda, 

calcula, coordina, controla, evalúa, informa, comunica o decide, cada vez más, desde aspectos puntuales 

cotidianos hasta otros de repercusión y alcance mundiales. De hecho, el ordenador no tan 

solo asiste al hombre en multitud de tareas –con gran rapidez, fiabilidad, integridad, seguridad o 

privacidad–, sino que lo sustituye en un gran número de actividades, que hasta hace muy poco eran 

inimaginables. Los ordenadores empiezan a ser unos «ingenios ubicuos». 

Uno de los usos más generalizados de los ordenadores en las sociedades desarrolladas es la gestión 

de la información, de naturaleza muy diversa, la cual se almacena de forma jerarquizada en 

base de datos, de fácil acceso y diseminación a través de redes telemáticas de alcance mundial. 

Nunca antes de ahora, gracias a los ‘cerebros ordenadores y computadores’, no había habido tanta 

información disponible, fácilmente accesible y bien gestionada. Y también nunca antes de ahora, a 

su vez, no había habido la necesidad de generar datos de forma continua para que los ‘cerebros 

electrónicos’ puedan construir sus propios sistemas de información y de conocimiento, y puedan 

intervenir en un sistema exterior de forma inmediata y eficiente. Debido a la alta velocidad en el 

procesamiento de los datos que permiten los ordenadores actuales, uno de los pasos limitantes, para 

que dichos instrumentos puedan tomar decisiones oportunas, más o menos rápidamente, es la forma 

en que el ordenador adquiere los datos o las señales desde el exterior, que le permitirán reaccionar. 

Si, por ejemplo, la adquisición de datos se efectúa físicamente de la mano del hombre, de forma 

más bien lenta, esto imposibilita efectuar reacciones de forma inmediata. 

En este contexto, hay una demanda creciente de dispositivos que sean capaces de suministrar de 

forma continua a los ‘cerebros electrónicos’ información del mundo exterior. Es decir, de dotar a 

los ordenadores de una especie de ‘sentidos’, de unos análogos de la vista, el oído, el tacto, el gusto

Introducción a los Sensores e Inteligencia Artificial 

y el olfato. Dispositivos de este tipo se les conoce con el nombre de sensores. Son muy habituales 

los sensores de temperatura, presión, aceleración, nivel, caudal, sonido, radiactividad, luz, color, 

etc. (sensores físicos). Son menos habituales sensores de componentes (sólidos, líquidos o gaseosos) 

de los sistemas materiales de interés biomédico, ambiental o industrial (sensores químicos), y 

por esto se están haciendo actualmente muchos esfuerzos de I+D en esta dirección. 

Sin dejar este contexto, el retrato no quedaría completo si no tuviésemos en cuenta que la información 

percibida de forma continua por el ordenador mediante los distintos tipos de sensores, debidamente 

procesada, eventualmente con algoritmos de inteligencia artificial (ver § A.2), sirve para 

construir conocimiento, el cual permitirá intervenir en los sistemas materiales de una forma racional, 

mediante los actuadores (válvulas, motores, bombas, pinzas, articulaciones, brazos, dispensadores, 

etc.) que, haciendo el papel de unas ‘extremidades’, permiten al ordenador intervenir en su 

entorno exterior. 

A.2 

Sensores físicos 

Comunicación 

Conocimiento 

Toma de decisiones 

Figura A.1 Sistema simple de control de un proceso a partir de sensores 

y actuadores gobernados por un ordenador, con indicación de 

distintas categorías de actividades informáticas realizadas y de su analogía 

antropomórfica. 

Inteligencia artificial 

Información 

Computador 

Actuadores 

La inteligencia artificial (IA) es el reto más ambicioso de la informática actual. Hace años que se ha 

conseguido que los ordenadores sean más rápidos y tengan más memoria que los humanos. Ahora 

se trata que las máquinas tengan también inteligencia o, es decir, que realicen ciertas tareas que 

hechas por el hombre requieren el uso de la inteligencia. 

Actualmente, cuando se investiga en el campo de la IA se persiguen dos objetivos complementarios, 

que ponen su énfasis, respectivamente, en aspectos teóricos o aplicados. Por un lado se estudian 

los procesos cognitivos en general considerando la inteligencia como computación; cómo los 

ordenadores pueden ser útiles en la comprensión de los principios que hacen posible la inteligencia. 

De aquí los múltiples puntos de contacto de la IA con ciencias como, por ejemplo, la neurofisiología, 

la lógica formal y la lingüística. Por otro lado, la IA intenta obtener sistemas automáticos que 

- 2 - 

Sensores químicos 

Sentidos 

Cerebro 

Extremidades

- 3 - 


puedan realizar tareas reservadas a los humanos. Aquí la IA aparece como una disciplina eminentemente 

tecnológica que persigue la construcción de máquinas y programas capaces de llevar a cabo 

tareas complejas con una competencia y eficiencia iguales o superior a la de los humanos. 

Uno de los temas centrales de la IA son los diferentes sistemas que utiliza para la representación 

del conocimiento y, implícitamente, las posibilidades que dicha representación ofrece para su utilización. 

Los sistemas expertos, que reproducen correctamente el comportamiento de un experto 

humano en el dominio de su competencia, también llamados sistemas basados en el conocimiento, 

es otro campo de la IA. Las redes neuronales artificiales (ANN, artificial neural networks), que pretenden 

reproducir, mediante sistemas informáticos, la estructura y el comportamiento de las redes 

neuronales biológicas, han encontrado aplicaciones en muchos campos y, en especial, en algunos 

problemas clásicos de la IA, como el reconocimiento de formas y de voz. 

Hoy en día las técnicas de IA se aplican en distintos campos, como por ejemplo en sistemas 

expertos, visión por ordenador, lenguaje natural, robótica, sensores, etc. 

A.3 


En electroanálisis, el concepto de sensor químico representa un redescubrimiento de un tipo de instrumentación 

muy habitual en este campo. Los sensores químicos tienen hoy en día un interés renovado 

debido a las perentorias necesidades actuales de disponer más y mejor información analítica en unas 

condiciones no convencionales. En efecto, unas veces en complementariedad, otras en oposición al 

diseño o concepto que representan los grandes equipos analíticos −de elevado coste, de manipulación 

especializada y confinados en recintos acondicionados−, los sensores químicos representan una nueva 

clase de instrumentación analítica, caracterizada por unas pequeñas dimensiones, un bajo coste, una 

utilización amigable y una generación de la información (idealmente) en tiempo real. 

En electroanálisis, atendiéndonos a las características acabadas de mencionar, se utilizan sensores 

químicos desde principios del siglo pasado. Son muy bien conocidos, por ejemplo, los electrodos 

redox, los electrodos selectivos de iones, especialmente el electrodo de vidrio para medir el pH, 

y, en cierta forma, los distintos detectores electroquímicos asociados a la instrumentación analítica, 

por ejemplo en cromatografía. Lo que ha acontecido ahora es que, desde la irrupción y popularización 

de los ordenadores en los laboratorios, se ha impulsado de forma sistemática I + D en sensores, 

tanto físicos como químicos, debido a la extraordinaria innovación que representa el seguimiento 

en continuo con microprocesadores de parámetros físicos y químicos de un proceso complejo (por 

ejemplo, biomédico, ambiental o industrial) y, en consecuencia, poderlo controlar y actuar sobre él 

de forma provechosa mediante actuadores (ver § A.1). 

Idealmente, un sensor químico está formado por dos partes bien diferenciadas. Un elemento de 

reconocimiento molecular o iónico (receptor) (ver § A.3.1), que interacciona selectivamente con un 

determinado componente de la muestra (analito), y un elemento instrumental (transductor) que traduce 

la interacción en una señal procesable (ver § A.3.2). Ambas partes pueden encontrarse más o 

menos integradas, pero en todo caso conectadas, ya que la señal primaria generada en la reacción de 

reconocimiento (de tipo electroquímico, óptico, térmico o másico) será convertida por el transductor 

en una señal secundaria, en último término, del dominio eléctrico (ver Fig. A.2). La ‘conexión’ 

entre el elemento receptor y el transductor se materializa mediante los procesos conocidos como 

inmovilización. 

Cuando el elemento de reconocimiento o receptor (R) es un reactivo sintético denominamos al 

sensor químico quimiosensor, y cuando se trata de un reactivo de naturaleza biológica, lo designamos 

como biosensor. 

Así pues, esta configuración tan simple de reconocimiento + transducción, que integra el proceso 

analítico convencional, ha permitido un diseño de una nueva instrumentación, de característi-

Capítulo 1 Sensores de Temperatura 

Actualmente, los sensores de temperatura se han convertido en elementos esenciales en incontables 

aplicaciones. En este capítulo, se presentan los sensores más utilizados para realizar mediciones de 

temperatura. 

1.2 

Sensores de temperatura resistivos (RTDs) 

Los detectores de temperatura resistivos son aquellos que varían la resistencia eléctrica, R, en función 

del parámetro físico que quiere medirse. Se suelen designar con sus siglas inglesas RTD 

(Resistance Temperature Detector). Pertenecen a la familia de los sensores o detectores que se 

basan en los métodos eléctricos para el control y la medición de la temperatura. En la Figura 1.1 se 

muestra la representación gráfica general para estos detectores. 

+ t 0 

Figura 1.1 Representación gráfica de un RTD. 

La línea recta en diagonal sobre el resistor indica que tienen un comportamiento lineal intrínseco 

y la anotación que la acompaña indica que su variación se debe a la temperatura y que tiene un 

coeficiente positivo. 

El funcionamiento de los RTDs se basa en la propiedad que tienen los metales que constituyen 

dichos detectores de cambiar su resistencia eléctrica de forma casi lineal al variar la temperatura. Al 

aumentar la temperatura, la agitación térmica de los electrones (vibraciones alrededor de su posición 

de equilibrio) también lo hace, reduciendo el espacio físico para el desplazamiento de estos y 

por tanto su velocidad media. Todo ello se traduce en un aumento de la resistencia al aumentar la 

temperatura, de ahí que los RTDs tengan un coeficiente de temperatura positivo. Dicha variación 

puede expresarse de la forma siguiente: 

n 

RT ( ) R(1 T 

) , (1.1) 

0 n1 

n 

donde R0 es la resistencia a la temperatura del material a 0 ºC y viene determinada por las dimensiones 

del RTD y la resistividad del material empleado, T es el incremento de temperatura y es el coeficiente 

de temperatura resistivo del material. Para determinados conductores, los coeficientes a partir 

del segundo orden pueden despreciarse con respecto a 1 en un amplio margen de temperatura y la 

expresión anterior queda como: 

RT ( ) R(1 T) 

. (1.2) 

0 

El empleo de un conductor para la medida de temperaturas, basándose en el comportamiento descrito 

anteriormente, está sometido a varias limitaciones. En primer lugar, es obvio que no se podrán 

medir temperaturas próximas ni superiores a las de fusión del conductor. En segundo lugar, para poder 

- 14 -

- 15 - 

Sensores de temperatura resistivos (RTDs) 

medir una temperatura determinada con este método es necesario que el sensor esté precisamente a 

dicha temperatura. Habrá que evitar, pues, autocalentamientos provocados por el circuito de medida. 

La capacidad de disipación de calor, para un determinado sensor en un ambiente concreto, viene dada 

por el coeficiente de disipación, y depende del tipo de fluido y su velocidad, en el caso que sea posible 

la evacuación de calor por convección. Otra limitación a considerar es la posible presencia de deformaciones 

mecánicas que provocan también un cambio en el valor de la resistencia eléctrica de un conductor. 

Esta situación puede darse, inadvertidamente, al medir, por ejemplo temperaturas superficiales 

mediante un elemento adherido a la superficie (R. P. Areny 2005). 

En general, las ventajas de todos estos termómetros se concentran en la alta repetibilidad, la 

linealidad, estabilidad a largo plazo, su sensibilidad (que es unas diez veces mayor que la de los termopares), 

exactitud (en el caso del platino), y el bajo costo (en el caso del cobre y del níquel). 

Los materiales más frecuentemente utilizados en la fabricación de los RTDs son: níquel, oro, cobre, 

plata y platino. En la Tabla 1.1 se presentan las propiedades más importantes de algunos materiales. 

Las características que deben poseer los materiales para construir un RTD son las siguientes: 

• Alto coeficiente de temperatura de la resistencia (alta sensibilidad). 

• Alta resistividad (alta velocidad de respuesta y menor error). La resistividad es una característica 

propia de un material medido, con unidades de ohmios-metro, que indica cuanto se opone el 

material al paso de la corriente. 

• Relación lineal resistencia-temperatura. 

• Rigidez y ductilidad. 

• Estable en sus características durante la vida útil del RTD. 

Tabla 1.1 Especificaciones de diversos detectores de temperatura resistivos. 

Metales Resistividad a 20 ºC 

(Ω cm) 

Coeficiente 

de temperatura (Ω/Ω/K) 

Platino 10.6 3.85 x 10 –3 

Intervalo 

de temperatura ºC 

–200 a +850 

Níquel 6.844 6.81 x 10 –3 –80 a +320 

Molibdeno 5.7 3.786 x 10 –3 

Cobre 1.673 4.3 x 10 –3 

–200 a +200 

–200 a +260 

El oro y la plata se usan raramente debido a su baja resistividad y alto costo. Los materiales por 

excelencia usados en la fabricación de RTDs son: platino, cobre y níquel. Se construyen termómetros 

de platino depositando películas de metal por evaporación o proyección sobre un soporte cerámico, 

y cortando éste con un láser. Los de cobre o níquel se construyen con menor calidad y más 

baratos, fabricados sobre soportes planos de cerámica o polímeros. La descripción de las ventajas y 

desventajas de cada uno de estos metales será presentada a continuación. 

– El cobre es un metal barato, estable, tiene una variación de resistencia uniforme en el intervalo 

de temperatura cercano a la del ambiente, pero tiene el inconveniente de su baja resistividad, ya 

que hace que las variaciones relativas de resistencia sean menores que las de cualquier otro 

metal. Por otra parte, sus características químicas lo hacen inutilizable por encima de los 180 ºC.

Capítulo 1 Sensores de Temperatura 

– El níquel es un material relativamente de bajo coste, presenta una resistencia más elevada con 

mayor variación por grado, alta resistividad y coeficiente de temperatura, ofrece mayor sensibilidad, 

pero su margen lineal es menor que el del platino, ver la Figura 1.2. En el intervalo de 

temperatura de 0 a 100 ºC, su resistencia aumenta en un 62 % mientras que el platino solo 

aumenta en un 38 %. Los problemas relativos a su oxidación u otro tipo de deterioro químico, 

limitan su utilización e incluso ponen en peligro la reproducibilidad de sus medidas. 

– El platino es el material que ofrece mejores prestaciones desde el punto de vista de precisión y 

estabilidad, además, ofrece un margen lineal más amplio (–200 a 850 ºC, e incluso superior con 

ciertas correcciones), no es reactivo, presenta mejor resistencia a la oxidación, posee una gran 

inercia química y es relativamente fácil de obtener puro. Los sensores de platino son considerados 

más exactos en las mediciones de temperatura, hasta el punto de que se emplean como 

patrones de referencia en los laboratorios de termometría entre las temperaturas de (–182.96 ºC 

y 630.74 ºC). El sensor con sonda de platino es uno de los sensores de temperatura más comunes. 

La tolerancia en los valores de resistencia está entre el 0.1 % y el 1 %. Además, como metal 

noble que es, no es propenso a la contaminación. En aquellas aplicaciones donde puede resultar 

excesivamente caro, se prefieren el níquel o aleaciones de éste. Existen dos configuraciones 

básicas de termómetros de resistencia de platino: Termómetro de Resistencia de Platino Patrón 

(TRPP) y Termómetro de Resistencia de Platino Industrial (TRPI). Un análisis detallado de 

éstos sensores es presentado por P.R.N. Childs et al. (2000). 

Resistencia relativa Rt R0 8 

6 

4 

2 

Niquel 

0 –200 0 200 400 

ºC 

Figura 1.2 Curvas usuales de termómetros de resistencia 

para el platino, cobre y níquel. 

Dado que los RTDs son sensores resistivos, hay que cuidar la medida de resistencia si se quiere 

obtener una medida de precisión. Hay que tener en cuenta que se trata de medir cambios en resistencia 

de décimas de miliohmios. Para ello, la mejor manera para detectar sus variaciones debidas 

al efecto de temperatura es conectarlos a un circuito puente. En una de las ramas del puente se 

coloca el RTD y se denomina malla de medición y en la otra se colocan una relación de resistencias 

que actúan como malla de referencia. Típicamente, una fuente de corriente constante de alta precisión 

se usa como fuente de excitación. Existen varios métodos para la determinación del valor de la 

resistencia, el método más recomendado es el de 4 hilos, con este método se evita que la resistencia 

de los cables sea tomada en cuenta en la medición, además, en un buen indicador debe de existir 

- 16 - 

Cobre 

Platino 

600 800

- 17 - 

Termistores 

inversión de corriente, esto es para eliminar las f.e.m. térmicas (milivolts) que se generan en las 

uniones. La corriente de excitación debe ser bastante pequeña para evitar errores debido al autocalentamiento 

del RTD. También se puede usar el método de tres o dos, hilos, pero con una pérdida 

de la precisión. 

1.3 

Termistores 

Los termistores son termómetros de resistencia. El término se deriva de la palabra inglesa thermistor, 

formado a partir de los vocablos thermally sensitive resistor. Estos están compuestos por materiales 

semiconductores, y no como los RTDs que están basados en conductores, cuya conductividad 

eléctrica varía con la temperatura. Están hechos de materiales cerámicos compuestos por una mezcla 

de óxidos metálicos. Poseen coeficientes de temperatura muy elevados, ya sean positivos o 

negativos, siendo este último más típico y de bajo coste. Coeficientes negativos, implican que la 

resistencia del elemento disminuye según sube la temperatura, y coeficientes positivos al contrario, 

aumentan su resistencia con el aumento de la temperatura. A los termistores con coeficiente de temperatura 

negativo se les denomina NTC (Negative Temperature Coeficient), y los que tienen coeficiente 

de temperatura positivo se les denomina PTC (Positive Temperature Coeficient). En la 

Figura 1.3 se muestran los símbolos del NTC y del PTC, donde el trazo horizontal en el extremo de 

la línea inclinada indica que se trata de una variación lineal. 

PTC 

+ t 0 – t 0 

Figura 1.3 Representación gráfica de los termistores. 

La principal característica de estos tipos de sensores es que tienen una sensibilidad del orden de 

diez veces mayor que la de los sensores metálicos, y como se ha dicho antes, la resistencia aumenta a 

medida que la temperatura decrece y viceversa. Son adecuados para mediciones precisas de temperatura 

ya que tienen una elevada sensibilidad a variaciones de temperatura. Valores comunes de termistores 

son 2252 , 5000 y 10000 . Un termistor de 5000 tiene aproximadamente una 

sensibilidad de 200 /ºC a la temperatura ambiente, comparada con 0.4 /ºC de la Pt100. Se pueden 

utilizar para la medición o la detección de temperatura tanto en gases, como en líquidos o sólidos. 

Su fundamento está en la dependencia de la resistencia de los semiconductores con la temperatura, 

debida a la variación con ésta del número de portadores, reduciéndose la resistencia, y de ahí 

que presenten coeficiente de temperatura negativo. Esta dependencia varía con la presencia de 

impurezas, y si el dopado es muy intenso, el semiconductor adquiere propiedades metálicas con 

coeficiente de temperatura positivo (PTC) en un margen de temperaturas limitado. 

En comparación con los termopares, el termistor no ofrece ventajas de exactitud de salida y 

estabilidad. Posiblemente, una ventaja importante esté en la extremadamente elevada sensibilidad 

NTC

Capítulo 2 

Principios y Aspectos Prácticos 

de los Sensores Ultrasónicos 

LORENZO LEIJA Y ARTURO VERA 

Bioelectrónica, Departamento de Ingeniería Eléctrica, CINVESTAV IPN, México. 

Se describen las bases de funcionamiento de un sensor ultrasónico así como aspectos prácticos 

para su uso en un sistema de medición. Se presentan los fundamentos de los materiales piezoeléctricos, 

se presentan las bases de su polarización electrónica, se hace una descripción de la onda mecánica 

resultante y el camino que sigue la onda, produciendo el campo ultrasónico. Se describen las 

características de la onda y algunos ejemplos de las propiedades ultrasónicas de los cuerpos a sensar. 

Se describe la onda resultante de la suma de las características ultrasónicas del cuerpo a medir y 

la onda incidente, se describe el comportamiento del sensor cuando llega la onda sensada con la 

información del cuerpo a medir. Se hace una descripción general de los circuitos típicos que intervienen 

en la emisión y recepción de la onda ultrasónica. En la parte última del capítulo se ofrecen 

algunos ejemplos de las características de transductores comerciales para terminar con lecturas 

sugeridas y direcciones WWW para profundizar en el tema de sensores ultrasónicos. 

2.1 

Introducción 

Los sensores ultrasónicos ocupan hoy día un lugar importante en la vida moderna. Su influencia en la 

industria, en las tareas de inspección y control de procesos, crece continuamente. En la navegación se 

aplica desde sus inicios con el sonar. En la biología marina tiene uso intensivo en el seguimiento de 

las actividades de los animales marinos. En tareas de vigilancia se utiliza en la detección o ausencia de 

personas. Un uso industrial extendido es la cuantificación de la velocidad de flujo, presencia o ausencia 

de objetos, medidas de distancia, sin olvidar muchas aplicaciones adicionales en otras áreas de la 

industria. En la medicina, su aplicación está presente en los campos de la visualización, diagnóstico y 

terapéutica. Hoy día, este tipo de sensor está presente en prácticamente todas las actividades humanas. 

En usos industriales tiene gran demanda en ensayos no destructivos (END), detector de presencia de 

cuerpos de diferentes materiales, medidor de desplazamiento de fluidos y muchas otras aplicaciones. 

En los últimos años, sin duda, su desarrollo espectacular ha estado influenciado con el desarrollo de la 

microelectrónica, las técnicas digitales, nuevos materiales y el avance de los medios de cómputo.

Capítulo 2 Principios y Aspectos Prácticos de los Sensores Ultrasónicos 

Un sensor ultrasónico es un dispositivo que convierte la energía sonora en energía eléctrica, 

cuando funciona como sensor ultrasónico. Este mismo dispositivo puede funcionar como emisor de 

ondas ultrasónicas cuando es excitado apropiadamente con una fuente de energía eléctrica; entonces 

emite ondas ultrasónicas. En las dos situaciones descritas puede ser el mismo componente, en un 

tiempo es emisor y en otro es receptor. Para tener una mejor idea del funcionamiento, señalamos que 

el componente básico del sensor es una lámina circular de un material piezoeléctrico. El piezoeléctrico 

tiene la propiedad de cambiar una de sus dimensiones cuando un voltaje es aplicado, provocando 

una vibración amortiguada. Este mismo material presenta también el fenómeno inverso, cuando 

recibe una vibración mecánica, recibe una presión mecánica y produce un voltaje entre sus caras. 

La frecuencia de vibración que produce el material piezoeléctrico es función de la geometría y 

las propiedades del material del que está compuesto. Cuando la vibración del piezoeléctrico es 

superior a los 20,000 Hz (ciclos/segundo), decimos, entonces, que emite una onda ultrasónica 

(tomándo como referencia la banda auditiva del oído humano). El término transductor ultrasónico 

es usado para referirse a transductores piezoeléctricos que convierten la energía eléctrica en sonido, 

este mismo transductor se puede usar como sensor ultrasónico. 

Las ondas ultrasónicas tienen ventajas con respecto a otro tipo de energías. Algunas de sus ventajas 

son que es una energía no ionizante, es posible dirigirla y seleccionar cuánta energía queremos 

que llegue al blanco, tiene propiedades de reflexión en objetos sólidos, en usos médicos no presenta 

efectos secundarios, esta propiedad le da ventaja contra otras tecnologías. Esta técnica tiene algunos 

inconvenientes; requiere un medio para propagarse, es pobre su desplazamiento en gases y su 

reflexión depende del acoplamiento acústico del cuerpo en donde incide. 

La acción de las ondas ultrasónicas es similar a un radar o a un sonar. Hacen la exploración de 

los atributos de un cuerpo en exploración combinando la información del blanco con la señal original; 

luego, esta señal es reflejada, produciendo un eco de la señal mezclada. La señal de eco es recibida 

con un sensor de ultrasonido (US) y con circuitería ésta se somete a un procesamiento para 

separar la información útil de la mezcla de información recibida. En la actualidad, la señal que nos 

entrega el sensor no sólo sirve para responder preguntas del estado de un objeto o blanco de la 

medida, sino que también puede hacerse un preprocesamiento de la señal de respuesta entregándola 

dentro de una ventana con valores estandarizados. Los sensores en la actualidad tienen en su cuerpo 

circuitos electrónicos miniatura que permiten hacer filtrados y amplificaciones de la señal de salida. 

A estos sensores modernos que incluyen circuitos electrónicos en su estructura con el que realizan 

un preprocesado de la señal de salida, se les conoce como sensores inteligentes. 

Cada sensor tiene características técnicas que lo identifican; destacan las siguientes: intervalo de 

medida, precisión, offset o desviación de cero, linealidad, sensibilidad, resolución, rapidez de respuesta, 

derivas, repetitividad, entre otras. 

Para introducirnos al ultrasonido, es necesario que hablemos primero de las bases de la acústica; 

a este campo de la física se le conoce como el estudio de las deformaciones que varían con el tiempo (o 

vibraciones) y que además se propagan en medios materiales, éste es el caso del sonido. La clasificación 

del sonido se hace tomando como referencia la fisiología humana. Se toma como base el intervalo de la 

percepción media del oído humano de 20 Hz a 20 kHz. Al intervalo de frecuencias menores a 20 Hz se le 

conoce como infrasonido. El término ultrasonido se refiere a las frecuencias acústicas superiores de 

20 kHz. A las ondas sonoras con frecuencias mayores de 10 9 Hz se le denomina hipersonido. La división 

entre acústica y ultrasónica no es rígida. Teóricamente no hay límites superiores para las vibraciones 

mecánicas. Otros ejemplos, además de los mencionados anteriormente, de usos de la tecnología del 

ultrasonido cuando se utiliza en la medición son: la velocidad y dirección del viento, el llenado de un tanque, 

la aceleración del aire o de un líquido, el estado de salud de un niño en el vientre de la madre, la temperatura, 

la viscosidad, detección de fallas en motores, determinación del estado de las estructuras en 

edificios, detección de fallas en materiales industriales, mecanismos de posicionamiento, determinación 

de presencia o ausencia de objetos y muchas otras aplicaciones que crecen día con día. 

- 36 -

- 37 - 

Piezoelectricidad 

Como sabemos, el sensor por sí solo no es un instrumento de medición. Para que cumpla su función 

de medición, es necesario que se acompañe de la circuitería electrónica que acompaña a cada 

una de las partes del sistema de medida. En el sensor identificamos dos partes: a) La emisión de la 

onda ultrasónica (emisor de US) y b) el receptor de la onda ultrasónica (sensor ultrasónico). El emisor 

es un material piezoeléctrico comercial polarizado con una señal eléctrica con una frecuencia y 

magnitud apropiadas. Al ser polarizado, el piezoeléctrico se contrae y empuja el medio que le 

rodea, generando una onda mecánica con propiedades específicas. La onda viaja en el medio y llega 

al blanco a medir, la geometría y propiedades físicas del blanco altera la onda y la onda resultante 

es el producto de sus propiedades originales más las propiedades añadidas por el blanco a medir. En 

un momento determinado, por la geometría del cuerpo o por un reflector, la onda viaja en sentido 

inverso hasta llegar al receptor ultrasónico. En cuanto a la recepción de la onda ultrasónica (receptor 

de US), la onda ultrasónica que llega al sensor ultrasónico presiona su superficie generando una 

diferencia de potencial proporcional a la onda recibida. El sensor produce una señal eléctrica con 

características de tiempo, frecuencia y amplitud proporcionales a la señal recibida. Esta señal es 

amplificada, luego es sometida a procesamientos electrónicos para separar la información útil; posteriormente 

es adaptada en magnitud para ser mostrada en un visualizador al usuario. La tecnología 

está limitada por las formas de las superficies y la densidad y consistencia del material. Por ejemplo, 

la espuma en la superficie de un fluido puede producir errores en la medición. 

En este capítulo, haremos una descripción de los principios de la piezoelectricidad, los modos 

eléctricos de excitación, la propagación y formación del campo ultrasónico, modos de recepción 

del sensor, de las partes que componen a un sensor de ultrasonido, características de un sensor de 

ultrasonido, la circuitería eléctrica típica de un emisor de US y de un receptor de US y, finalmente, 

mostraremos algunos ejemplos de las características técnicas de algunos sensores ultrasónicos 

comerciales. 

2.2 

Piezoelectricidad 

La palabra piezoelectricidad significa electricidad por presión. La piezoelectricidad es una propiedad de 

ciertos materiales como el cuarzo, la sal de Rochelle, la turmalina, el titanato de bario, etc. y fue descubierta 

por Pierre y Jacques Curie en los años 1880. La piezoelectricidad describe el fenómeno de la generación 

de una carga eléctrica en una sustancia, la cual es proporcional al esfuerzo mecánico aplicado y, 

recíprocamente, un cambio dimensional proporcional al campo eléctrico aplicado. Para que el efecto piezoeléctrico 

ocurra es necesaria la ausencia de un centro de simetría, porque en este caso hay ciertos ejes 

del material que poseen polaridad. Todos los materiales cristalinos están convencionalmente divididos 

en 32 clases de cristales. De los 21 que no tienen centro de simetría, 20 pueden mostrar piezoelectricidad. 

Si el cristal es comprimido en una de esas direcciones, un dipolo es deformado a expensas de los otros y 

se genera un momento de dipolo neto, esto es, se manifiesta el fenómeno piezoeléctrico. 

2.2.1 Piroelectricidad y electrostricción 

Entre los materiales que pueden presentar piezoelectricidad, hay un subgrupo que puede generar, en 

adición a las cargas piezoeléctricas por el esfuerzo aplicado, una carga eléctrica cuando son calentados 

uniformemente, debido al cambio en magnitud del dipolo con la temperatura. Este efecto es 

conocido como piroelectricidad. En los materiales piezoeléctricos que no son piroeléctricos, están 

presentes varios dipolos internos, pero ellos se distribuyen de manera que (bajo no deformación) 

ocurre una compensación y no hay un momento de dipolo neto. Puede verse que, aunque todos los 

piroeléctricos son piezoeléctricos, la piezoelectricidad y la piroelectricidad son fenómenos diferentes 

porque ellos están relacionados con diferentes condiciones de simetría.

- 39 - 

Materiales piezoeléctricos 

trodos de polarización, el elemento experimenta temporalmente una expansión adicional en la 

dirección de polarización y una contracción en la dirección paralela a los electrodos de polarización. 

Recíprocamente, cuando se aplica un voltaje d.c. de polaridad opuesta al voltaje de polarización, 

los elementos se contraen en la dirección de polarización y se expanden en dirección 

paralela a los electrodos. En cualquier caso, el elemento retorna a su dimensión original de polarización 

cuando se retira el voltaje de los electrodos. 

2.2.3 Envejecimiento 

La mayoría de las propiedades de las cerámicas piezoeléctricas cambian con el tiempo después de la 

polarización original, esto es, “envejecen”. Los cambios tienden a ser aproximadamente logarítmicos. 

Como ejemplo, la constante dieléctrica decrece en su valor aproximadamente 1% por década de 

tiempo. La Figura 2.2 muestra la variación de las propiedades con el tiempo, después de polarizado. 

0.00 

–0.05 

–0.10 

Figura 2.2 La caracterización logarítmica del envejecimiento tiene limitaciones, pero se cumple bien en el 

intervalo de las 50 semanas después de la polarización. Después de aproximadamente un año hay un típico 

ligero decrecimiento en la razón de cambio por década de tiempo. 

El envejecimiento de varias de las propiedades depende de la composición de la cerámica y de la 

manera en que fue procesada durante su producción, por lo que no pueden ser especificados ritmos 

exactos de envejecimiento. Los valores exactos de varias propiedades tales como la constante dieléctrica, 

el acoplamiento y el módulo elástico pueden ser especificados para un tiempo establecido después 

de la polarización. Mientras mayor es este tiempo, más estable resulta el material. 

2.3 

De/v Dkp/kp DN 1 /N 1 

1 

0.00 

–0.02 

–0.04 

Materiales piezoeléctricos 

Semanas después de la polarización 

Envejecimiento de las propiedades 

La elección de un material piezoeléctrico depende de la aplicación específica a la cual va a estar 

destinado el transductor. La eficiencia para los emisores y la sensibilidad para los receptores son 

características fundamentales que deben ser maximizadas en los transductores ultrasónicos. 

0.04 

–0.02 

–0.00 

10 100 1 10 100 1 10 100


Ambos están vinculados directamente con el coeficiente de acoplamiento electromecánico k, de 

una manera tal, que siempre un alto valor de k es deseable. De igual manera, junto con un valor 

alto de k para el modo de vibración útil, se requiere una baja k para los otros modos de competencia 

para suprimir respuestas espurias basadas en el modo acoplado. Las propiedades eléctricas 

y las dimensiones de los transductores piezoeléctricos son dependientes de las constantes 

dieléctricas, piezoeléctricas y elásticas del material. Para frecuencias ultrasónicas bajas y 

medias (entre 20 y unos pocos cientos de kHz), altos valores de permitividad y de elasticidad 

pueden ser favorables en obtener valores prácticos de impedancia eléctrica y de la resonancia 

del elemento piezoeléctrico. Los materiales piezoeléctricos normalmente usados para los transductores 

ultrasónicos pueden ser clasificados en: 1- cristales de cuarzo, 2- cristales solubles en 

agua, 3- monocristales con alto punto de fusión, 4- semiconductores piezoeléctricos, 5- cerámicas 

piezoeléctricas, 6- materiales polímeros piezoeléctricos, 7- compuestos cerámicos piezoeléctricos. 

2.3.1 Cristales de cuarzo 

La forma termodinámicamente más estable del SiO 2 a temperaturas hasta de 573 ºC es el tipo 

. Las demás formas son estables a temperatura más elevada y metaestables a la temperatura 

ambiente. Su mayor aplicación es en el control de frecuencia y en filtros de ondas eléctricos. 

En estos campos no tiene competidores. Esto es consecuencia de su gran estabilidad con la 

temperatura. El cuarzo tiene una Q mecánica que es alta en comparación con otros cristales 

piezoeléctricos. El cuarzo sintético se ha hecho comercialmente disponible y es ampliamente 

usado en filtros eléctricos de onda. Fue el primer monocristal empleado para la generación 

acústica, pero como transductor ultrasónico o como medio de retardo en el intervalo de 10 

MHz a 1 GHz el cuarzo ha sido desplazado por materiales con mayor acoplamiento piezoeléctrico 

o transductores depositados con mayor Q. La disponibilidad de cristales grandes de 

cuarzo de alta calidad y bajo costo asegura la continuación de su uso. Sus características hacen 

que su utilidad para la construcción de sensores ultrasónicos se haya reducido notablemente en 

los últimos años. 

2.3.2 Cristales solubles en agua 

A este grupo pertenecen materiales de uso común para transductores electromecánicos como la 

sal de Rochelle (NaKC4H4O6.4H2O), los ADP o fosfatos dihidrógeno de amonio 

(NH4H2PO4), cristales de sulfato de litio y el iodato de litio. Tanto la sal de Rochelle como el 

ADP son usados normalmente en modo longitudinal. La sal de Rochelle se usa principalmente 

en modo de flexión en “bimorfos”, en “pickups” o unidades de tocadiscos (gramófonos), 

micrófonos y audífonos, con sensibilidad mayor que las cerámicas. El ADP tiene mucho menor 

acoplamiento que la sal de Rochelle pero ofrece muy alta estabilidad sobre un intervalo amplio 

de temperatura. Es usado en aplicaciones subacuáticas y en acelerómetros. El sulfato de litio se 

compara con el ADP y la sal de Rochelle por su impedancia acústica mucho mejor acoplada al 

agua o a los líquidos orgánicos que el cuarzo o las cerámicas piezoeléctricas, pero es más frecuentemente 

usado en el modo de alta frecuencia, especialmente como transductor para la 

detección de fallas en materiales. 

2.3.3 Monocristales con alto punto de fusión 

En la búsqueda de alternativas al cuarzo, con mayor k para uso en filtros de onda, (y en algunos 

casos como alternativa al silicio como semi-conductor de alta temperatura) se han encontrado cristales 

piezoeléctricos no solubles como el niobato de litio (LiNbO3) el tantalato de litio (LiTaO3) y 

- 40 -


Incluso cuando se usan las ondas acústicas para estudiar la estructura atómica o molecular del 

medio, relacionamos frecuentemente los parámetros estructurales con las propiedades de un 

medio continuo equivalente. 

2.4.1 Ley de Hooke: la relación entre esfuerzo y deformación 

Un cuerpo que tiende a recobrar su forma y tamaño originales, cuando cesan las fuerzas de deformación 

o torque y sin disipación de energía, es llamado cuerpo elástico. Este comportamiento de 

los cuerpos elásticos es descrito básicamente por la Ley de Hooke: 

Esfuerzo = módulo x deformación 

• Esfuerzo. Es la fuerza aplicada por unidad de área. 

• Deformación. Pertenece a cualquier cambio que ocurra en las posiciones relativas de las partes 

del cuerpo elástico bajo la acción de un esfuerzo. 

• Módulo. Representa una constante que describe la relación lineal entre el esfuerzo y la deformación, 

esto es, el esfuerzo es proporcional a la deformación. La teoría de la elasticidad está 

basada esencialmente en generalizaciones de esta ley. 

Todos los materiales, ya sean sólidos, líquidos o gases poseen elasticidad de volumen. Una 

deformación que consiste en un cambio en el volumen (V) del cuerpo sin cambio en su forma 

es llamada deformación de volumen, ésta puede ser medida por V/Vo, donde Vo es el volumen 

inicial. 

2.4.2 Consideraciones generales 

El siguiente conjunto de leyes fundamentales describen el comportamiento de la onda acústica para 

los materiales: 

1. Su masa permanece constante. 

2. La rapidez de cambio de momento (cantidad de movimiento) es igual a la fuerza resultante. 

3. La rapidez de cambio del momento angular es igual al torque resultante. 

4. El incremento de energía es igual al trabajo externo hecho sobre el cuerpo, más el calor y otras 

energías no mecánicas adicionadas al cuerpo. 

2.4.3 Propagación longitudinal y transversal 

En la Figura 2.3 se observa una representación de la propagación longitudinal y transversal. En el 

caso transversal se observa además el fenómeno de polarización característico. 

2.5 

Propagación de la onda ultrasónica 

Existen tres características que destacan por su importancia en la propagación de la onda de ultrasonido: 

velocidad de propagación, impedancia acústica y atenuación de la onda. El conocimiento de 

estas propiedades nos permite hacer las previsiones de los cambios que sufrirá la onda emitida 

cuando sea afectada por el blanco a sensar y el medio recorrido; esta información llega con la onda 

recibida por el sensor. Es importante mencionar que para este capítulo se han elegido principal- 

- 42 -

- 43 - 

Propagación de la onda ultrasónica 

mente ejemplos en el área médica; sin embargo, la mayoría de las consideraciones hechas aquí pueden 

extrapolarse a otras áreas. 

2.5.1 Velocidad de propagación 

Tomaremos como ejemplo la propagación de la onda en tejido biológico ya que esta propiedad se 

ha estudiado ampliamente. Los valores típicos de la velocidad en el aire, agua, tejidos blandos y 

hueso se muestran en la tabla siguiente, Tabla 2.1. La mayoría de los tejidos suaves tiene una velocidad 

acústica con variación del ±3%, con un valor promedio de 1540 m/s. La grasa es una excepción, 

su valor es menor en 6%. 

u 

y 

Z 

u 

y 

Desplazamiento 

del elemento 

Z´ 

L 

L 

u + du 

u + du 

u + du 

Dirección de 

propagación 

Figura 2.3 Ondas longitudinales y transversales. 

Z 

Z 

(a) 

(b) 

Dirección de propagación 

Rarefacción 

Compresión 

Dirección de 

propagación

Capítulo 3 

Sensores Ultrasónicos 

Piezoeléctricos. 

Aspectos Básicos 

y Modelos Circuitales 

JOSÉ SAN EMETERIO, ABELARDO RUIZ Y ANTONIO RAMOS 

Departamento de Señales, Sistemas y Tecnologías Ultrasónicas, Instituto de Acústica. CSIC, España. 

Se describen aspectos básicos de los sensores ultrasónicos basados en el efecto piezoeléctrico. 

El capítulo se centra en los sensores utilizados en régimen pulsado, en los que el elemento piezoeléctrico 

actúa alternativamente como emisor y receptor. Se hace un resumen de los fundamentos 

teóricos para elementos vibrantes en forma de placa piezoeléctrica delgada, vibrando en modo 

espesor, y se comentan algunas de sus aplicaciones industriales y médicas más importantes. Se 

introducen también los modelos unidimensionales más generales basados en equivalencias electromecánicas 

que permiten calcular las respuestas eléctricas y acústicas de los sensores y que constituyen 

por tanto herramientas de ayuda durante el diseño de estos dispositivos. Se presenta finalmente 

un resumen sobre los métodos y programas para la implementación de estos modelos usando un 

entorno para diseño y análisis de circuitos analógicos PSpice®. Finalmente se describe la adaptación 

de uno de estos modelos para su implementación usando dicho programa de análisis circuital. 

3.1 

Introducción 

Un sensor físico transforma una magnitud física a medir (presión, deformación, temperatura, posición, 

...) en una magnitud eléctrica básica. Los sensores ultrasónicos en particular, que se basan en 

distintas formas de transducción electro-mecánica, se caracterizan por la presencia y utilización de

Capítulo 3 Sensores Ultrasónicos Piezoeléctricos. Aspectos Básicos y Modelos Circuitales 

ondas ultrasónicas. De forma convencional, se consideran ultrasonidos las ondas acústicas o elásticas 

con frecuencia superior a los 20 kHz. 

Existe una gran variedad de sensores ultrasónicos. En una primera aproximación se pueden distinguir 

3 grupos: 

• Sensores que únicamente reciben ondas ultrasónicas, como por ejemplo sensores de emisión 

acústica, hidrófonos, etc. La mayoría de procesos y estructuras industriales, sobre todo las que 

incluyen partes en movimiento con fricción, crean algún tipo de ruido ultrasónico. Los sensores 

ultrasónicos pueden captar esta energía mecánica y generar señales eléctricas que pueden ser 

posteriormente procesadas para fines de diagnóstico industrial. 

• Sensores que trabajan en régimen de emisión / recepción de ondas ultrasónicas. En este capitulo nos 

centraremos en este tipo de sensores, que podemos denominar sensores ultrasónicos pulsados en la 

medida en que suelen trabajar en la etapa de emisión con excitaciones eléctricas impulsionales o 

con trenes de onda de muy pocos ciclos. En este tipo de funcionamiento, los sensores ultrasónicos 

generan ondas mecánicas y evalúan, en la etapa de recepción, los ecos que se reflejan en discontinuidades 

presentes en el medio de propagación Mediante estos sensores se evalúa el tiempo de transito 

entre la señal emitida y los ecos recibidos, para determinar la distancia / posición de los objetos 

externos (propagación en aire, agua) o defectos / inhomogeneidades internas (propagación en sólidos 

o tejidos biológicos). A partir de dicho tiempo de transito, se puede también evaluar la 

velocidad de las ondas ultrasónicas en el medio de propagación permitiendo determinar algunas 

propiedades físicas del medio. Por otra parte, un análisis de la amplitud y del contenido frecuencial 

de dichas señales de eco permite obtener indirectamente informaciones valiosas acerca de la 

estructura interna y de otras propiedades características de los materiales analizados. 

• Sensores ultrasónicos resonantes. Este tipo de sensores suele estar basado en la propagación de 

una onda ultrasónica en un medio físico confinado, que por su geometría determina la aparición 

de ondas estacionarias [Lucklum 2004, Ferrari et al. 2005]. A partir de la medida de la admitancia 

eléctrica en los terminales de entrada de este tipo de sensores, para la banda de frecuencias 

correspondiente a una de las resonancias o modos de vibración (bien en el fundamental o bien 

en sus sobretonos), se pueden determinar magnitudes físicas muy variadas (como, por ejemplo, 

temperatura, humedad, densidad, ...). Una parte importante de estos sensores se basan en la propagación 

de ondas acústicas de volumen (Bulk acoustic waves), como por ejemplo en el caso de 

los resonadores de cuarzo (QCR “quartz cristal resonator”). Existe también una amplia variedad 

de sensores basados en ondas acústicas superficiales (SAW, “surface acoustic waves”) [Benes 

1998]. Estos sensores resonantes encuentran un amplio campo de aplicaciones en dispositivos 

del tipo: filtros, líneas de retardo, microbalanzas, sensores electroquímicos, biosensores, etc. 

La mayoría de los sensores ultrasónicos comentados están basados en el efecto piezoeléctrico, a 

causa de la idoneidad y versatilidad de este fenómeno, derivada de su reversibilidad y eficiencia. 

Los transductores piezoeléctricos son dispositivos que pueden actuar de forma reversible en el sentido 

de que pueden actuar propiamente como sensores, transformando energía mecánica en energía 

eléctrica, o bien alternativamente como actuadores, es decir convirtiendo la energía eléctrica aplicada 

en mecánica. 

El efecto piezoeléctrico directo consiste en el cambio en la polarización eléctrica de un material 

piezoeléctrico que se produce cuando se le aplica una presión o tensión mecánica externa. Este 

efecto se usa en las etapas de recepción ultrasónica. El efecto piezoeléctrico inverso consiste en el 

cambio en las dimensiones (deformación elástica) del material cuando se le somete a un campo 

eléctrico externo. Este efecto se usa en las etapas de emisión ultrasónica. Aunque existen sensores 

ultrasónicos basados en otros tipos de fenómenos físicos (por ejemplo los que utilizan fenómenos 

capacitivos, electromagnéticos EMAT, etc.), el capítulo presente está centrado en los aspectos bási- 

- 68 -

- 69 - 

Estructura básica y aplicaciones 

cos, los modelos representativos de funcionamiento y la problemática del diseño del tipo de sensores 

ultrasónicos más ampliamente utilizado en la actualidad: el basado en el efecto piezoeléctrico. 

Existen distintos tipos de materiales piezoeléctricos que se utilizan en la fabricación de sensores 

ultrasónicos, entre los que podemos destacar: el cuarzo, las cerámicas piezoeléctricas (PZT, Metaniobato 

de plomo, ...), los polímeros piezoeléctricos (PVDF y co-polímeros), o los piezo-compuestos 

“composites”, y las combinaciones de materiales piezoeléctricos activos y polímeros pasivos con el 

objetivo de mejorar las propiedades globales como elemento sensor para aplicaciones particulares. 

Un análisis detallado de la vibración electromecánica en un sólido piezoeléctrico resulta muy 

complejo. El material piezoeléctrico, en sí, es anisótropo, es decir sus propiedades en distintas 

direcciones cambian. Por otro lado, están las condiciones de contorno mecánicas y eléctricas que 

presenta el elemento piezoeléctrico activo. En este capítulo, nos centramos en los sensores más 

habituales, que están basados en elementos piezoeléctricos en forma de placa delgada, vibrando en 

modo espesor (thickness extensional). 

3.2 

Estructura básica y aplicaciones 

Los sensores ultrasónicos pulsados generan señales ultrasónicas de corta duración que se propagan 

a través del medio en estudio. Un mismo transductor actuando como emisor y receptor (modo 

pulso-eco), o en combinación con otro transductor similar (modo transmisión) pueden ser utilizados 

para recibir y detectar las señales ultrasónicas que se han reflejado / dispersado en su propagación 

por el medio. 

Existen distintos tipos de sensores ultrasónicos piezoeléctricos pulsados, dependiendo de su 

estructura interna, la cual está relacionada a su vez con la aplicación, el medio de propagación, y los 

mecanismos transductores utilizados, entre los que podemos destacar: 

• Transductores tipo sándwich. Estos transductores están generalmente constituidos por anillos de 

cerámicas piezoeléctricas tipo PZT, unidos a dos cilindros de aluminio / acero, mediante un tornillo 

que proporciona una tensión mecánica específica. En las aplicaciones de medida en aire, la 

superficie radiante está constituida por una cabeza metálica que vibra a flexión. La vibración a 

flexión, con amplitudes mayores que la vibración longitudinal, proporciona una mejor adaptación 

acústica al aire. 

• Transductores unimorfos. La estructura básica de este tipo de transductores está constituida por 

un disco (placa) metálico delgado que vibra a flexión a partir de su excitación mediante un disco 

cerámico piezoeléctrico de diámetro inferior pegado a él. Los discos delgados vibrando a 

flexión están bien adaptados a la baja impedancia acústica del aire. Se pueden obtener en construcción 

abierta (no adecuado para intemperie) o en construcción cerrada. El modo de vibración 

depende de las dimensiones y forma de montaje, pudiendo tener nodo o antinodo en el centro. 

Se puede trabajar en la resonancia fundamental o en un armónico. Un inconveniente de este tipo 

de transductores es que la vibración a flexión de la placa delgada puede presentar zonas en contrafase 

que cancelan parcialmente la presión acústica generada. Para resolverlo se utilizan distintas 

estructuras que cancelan la radiación en contrafase. 

• Transductores bimorfos. Están constituidos por un acoplamiento especial de dos placas de material 

cerámico piezoeléctrico que se montan unidas de tal manera que vibran en contra-fase. 

• Transductores basados en placas piezoeléctricas delgadas vibrando en modo espesor, es decir en 

la misma dirección en la que se establece la polarización eléctrica presente en el material. Este 

tipo de sistema transductor encuentra una amplia gama de aplicaciones para distintos medios de 

propagación (gases, fluidos, sólidos), y es en esta clase de dispositivos en la que nos centraremos 

en el resto del capítulo.

Capítulo 3 Sensores Ultrasónicos Piezoeléctricos. Aspectos Básicos y Modelos Circuitales 

En el esquema de la Figura 3.1 se muestra la estructura básica de uno de estos transductores, 

para el caso de una disposición de tipo mono-elemento, que es la empleada para la generación y 

detección primaria de ondas ultrasónicas. Están constituidos por varios elementos básicos, firmemente 

acoplados mediante uniones pegadas, que determinan en gran medida su funcionamiento: 

a. Una placa piezoeléctrica delgada (con un diámetro mucho mayor que su espesor), la cual 

genera, a partir de su vibración, las ondas ultrasónicas con las que se irradia el medio bajo estudio, 

siendo por tanto la encargada de realizar la conversión electromecánica; está conectada 

eléctricamente al exterior mediante contactos soldados a los electrodos metálicos que cubren 

cada una de sus caras. 

b. Junto a esta lámina activa se encuentran otros elementos pasivos que determinan las características 

temporales de las respuestas del transductor tanto en la etapa de transmisión como en la 

fase de recepción. Estos elementos son un elemento de contramasa (“backing”) y, en algunas 

ocasiones, una lámina o capa de adaptación de impedancias mecánicas (Inoue,1987; San Emeterio 

et al., 2002). 

Figura 3.1 Esquema típico de la estructura interna de un transductor ultrasónico de 

banda ancha basado en una placa piezoeléctrica delgada vibrando a modo “espesor”. 

La presencia de ambos elementos determina las condiciones de frontera mecánica a la vibración 

“en espesor” (“thickness extensional”) que presenta la placa piezoeléctrica, la cual en principio 

emite energía mecánica en ambos sentidos. Como en las aplicaciones prácticas solo se utiliza la 

emisión de una sola de dichas caras, se coloca la contramasa en la cara trasera de la lámina, la cual 

tiene como función principal el absorber la energía mecánica emitida en ese sentido, y como consecuencia 

produce un efecto añadido de ensanchamiento de su banda frecuencial, lo que provoca un 

acortamiento de los pulsos ultrasónico resultantes. 

La capa de acoplamiento, o adaptación de impedancias mecánicas, por su parte, facilita la transmisión 

de la energía mecánica con cierta eficiencia, desde la cara delantera de la lámina piezoeléctrica 

hacia el medio al cual se aplica la misma, y viceversa, desde el medio analizado al sensor que 

recibe las reflexiones de los pulsos emitidos; ese medio (p.e., el material bajo estudio, una estructura 

industrial, un órgano del cuerpo humano, etc.) constituye la carga mecánica del sensor. Debe 

- 70 -

Aspectos generales de diseño y parámetros de eficiencia 

tenerse en cuenta que, en principio, suele existir una notable diferencia de impedancias acústicas 

entre el medio y el material piezoeléctrico vibrante. 

Los sensores ultrasónicos pulsados tienen una gama muy variada de aplicaciones en los campos 

de control de procesos [Lynnworth 1989], caracterización de materiales, diagnóstico y control de 

calidad (entre otros), lo que puede resolver necesidades planteadas en un amplio espectro que 

abarca desde el ámbito industrial al biomédico. En cada aplicación se presenta una problemática 

específica de diseño para estos dispositivos, dado que en cada caso deben satisfacerse requisitos 

distintos y que en ocasiones pueden resultar contradictorios. 

Dentro del ámbito industrial, esta forma de operación pulsada constituye una valiosa herramienta 

en labores de detección de defectos en el interior de piezas y estructuras (detección de grietas, 

despegues, huecos o inclusiones, etc.) mediante técnicas no invasivas denominadas de ensayo 

no destructivo. 

Por otra parte, este modo de operar permite extraer información sobre la presencia / ausencia y 

posición espacial de posibles obstáculos. De esta forma, se suelen incluir sensores ultrasónicos en 

equipamientos robóticos, detección submarina, extendiéndose el ámbito de aplicación en tareas de 

ayuda a minusválidos. 

En medicina, las aplicaciones de los sensores ultrasónicos incluyen el diagnóstico médico 

mediante la visualización del interior del cuerpo humano (ecografía), la medición de flujo sanguíneo 

(Doppler, tiempo de tránsito), y la elastografía ultrasónica. 

De una forma general, las principales áreas de aplicación de los sensores ultrasónicos, considerados 

en este capítulo, están definidas en torno a: diagnóstico médico, evaluación no destructiva, 

monitorización de procesos, geofísica, vigilancia y detección sonar, caracterización de materiales, 

detección / medida en aire, medida de flujo / caudal. A modo de ejemplo, citamos algunas aplicaciones 

importantes: 

• Control de calidad de estructuras (“structural health monitoring”) 

• Ensayos no destructivos: detección precoz de grietas y defectos 

• Medición de espesores 

• Control de nivel 

• Control de procesos en operaciones de producción y empaquetamiento 

• Filtros pasa-banda 

• Acústica submarina (Sonar) 

• Medida de presión acústica (Hidrófonos) 

• Detectores de profundidad 

• Detectores de bancos de pesca 

• Medición de flujo / caudal (gases y fluidos) 

• Anemometría 

• Sistemas de vigilancia y alarma 

• Diagnóstico médico mediante imágenes 

• Medición de flujo sanguíneo 

• Elastografía en tejidos 

• Estimación no invasiva de temperatura 

3.3 

Aspectos generales de diseño y parámetros de eficiencia 

La respuesta de un sensor ultrasónico pulsado depende críticamente de los parámetros constructivos 

y de los materiales que intervienen en su estructura interna, así como de algunos componentes eléctricos 

que suelen incorporarse (bien dentro de su encapsulado o bien en la electrónica asociada) 

para su adaptación y/o sintonización. Por ello, resulta necesario disponer de algún tipo de herra- 

- 71 -

Capítulo 6 

Sistemas 

Microelectromecánicos 

(MEMS) 

PABLO R. HERNÁNDEZ RODRÍGUEZ 

Bioelectrónica, Departamento de Ingeniería Eléctrica, CINVESTAV IPN, México. 

En sentido general, un MEMS es una estructura mecánica miniaturizada de geometrías y materiales 

diversos que convierte y acondiciona, en el caso de sensores, una cantidad no eléctrica, como 

presión, temperatura o concentraciones de substancias químicas, generalmente en señales eléctricas. 

En el caso de un transductor MEMS, las señales eléctricas resultantes se acondicionan, ya sea 

para seguir procesándose o para exhibirse adecuadamente para su interpretación o lectura. Actualmente, 

los circuitos electrónicos para realizar el acondicionamiento ya están integrados al dispositivo 

(Figura 6.1). Por consiguiente, un MEMS no sólo desempeña la función de detectar 

(microsensores), sino también de acondicionar respuestas (circuitos integrados) y de generar acciones 

(microactuadores). 

El concepto de micromaquinado fue introducido por Nathanson y Wickstrom en 1965 al presentar 

la forma de trabajar con materiales de sacrificio (release). Ya en 1985 se describen los micromaquinados 

para la generación de trampolines (cantilevers) (Figura 6.2) y a finales de los años 80 del 

siglo XX, aparecen los primeros MEMS aprovechando el concepto de microsistemas (MST). 

La tecnología de microelectrónica para la fabricación de circuitos electrónicos cuenta ya con 

una infraestructura, experiencia y estandarización de los procesos que permiten la producción 

masiva de estos dispositivos de manera confiable. En el caso de los microsensores no es así, cada 

diseño involucra nuevas ideas, materiales y procesos acorde con las necesidades y la infraestructura 

de fabricación disponible. Por esta razón, enfocaremos nuestra revisión a diferentes aplicaciones y a 

diferentes soluciones dadas para estos dispositivos.

Capítulo 6 Sistemas Microelectromecánicos (MEMS) 

6.1 

metal 2 

óxido de 

contacto 

ISFETs amplificador ISFET 

nitruro 

de 

silicio 

óxido 

intermetal metal 1 

área sensible 

D S D S D 

n+ polisilicio 

sustrato-p 

Figura 6.1 Sistema que combina sensores y circuitos 

electrónicos de acondicionamiento (Baltes et al. 2005). 

Medición y monitoreo de sistemas naturales con MEMS 

Generalmente los sistemas naturales son muy complejos. Estos sistemas están a su vez conformados 

por subsistemas agrupados de acuerdo a la función que desempeñan, pero que mantienen una 

interacción entre ellos para producir una función general. En otras palabras, podemos ejemplificar 

lo anterior con el cuerpo humano, que se forma con el sistema respiratorio, cardiovascular, nervioso, 

digestivo, neurológico, etc., y que cada uno de ellos desempeña una función particular que 

contribuye para el fin común que es la vida. 

En un segundo nivel de integración, cada sistema está formado por órganos diferentes, con funciones 

diferentes pero relacionadas unas con otras. Esta relación que guardan entre sí, produce respuestas 

diversas con un grado de integración relacionado en el mismo sentido del nivel que guardan 

en el sistema general. Esto es, las respuestas observadas a nivel del sistema general, serán más integradas. 

De esta manera, tratar de averiguar respuestas particulares de diversos sistemas desde señales 

del nivel general, por ser tal vez la instrumentación más simple, menos invasiva o por no 

requerir de un pre-tratamiento de muestras para separar componentes, entre otros factores, ha resultado 

muy complicado en muchos casos. 

La necesidad de registrar in situ señales menos integradas ha propiciado la creación de dispositivos 

de registro o sensores miniaturizados a niveles micrométricos o aún menores. Esta acción ha 

implicado, en algunos casos, la modificación de los sistemas bajo medida, complicaciones en las 

técnicas de medida y en la instrumentación correspondiente. Tenemos como ejemplo que la miniaturización 

de sensores químicos repercute en una disminución de su sensibilidad y del límite de 

detección; en este caso se establece una limitación importante de ese proceso. Sin embargo, llegar a 

ciertos niveles de miniaturización ha sido el resultado de comprometer desventajas y ventajas para 

lograr beneficios reales. 

- 128 - 

óxido de óxido de 

compuerta campo

(a) (b) 

A 

Materiales 

(c) 

(d) 

(e) 

(f) 

Area de soporte 

- 129 - 

Trampolín 

Materiales 

Figura 6.2 Presentación esquemática de una superficie micromaquinada. a) Depósito de la capa de sacrificio; 

b) Depósito del material estructural; c) Vista superior del área grabada; d) Corte seccional A-A’ de la 

estructura completa; e) y f) Vista superior y lateral B-B’ de la microestructura (González JL, 2006). 

6.2 

B 

Area de soporte Trampolín 

Los materiales utilizados para la fabricación de MEMS pueden ser: metales, semiconductores, cerámicas, 

polímeros y composites. Los metales son usados principalmente para establecer interconexiones 

y contactos óhmicos que se realizan por evaporación o sputtering. 

El semiconductor más usado para la fabricación de MEMS es el silicio y compuestos basados en 

silicio. Esto se debe, por un lado, a que este elemento presenta las características químicas, estructurales 

y técnicas apropiadas para desarrollar dispositivos robustos y, por otro, a que la tecnología 

A’ 

B’


para la fabricación de dispositivos electrónicos basados en silicio ha sido mejorada de manera significativa 

y se encuentra disponible en muchos laboratorios. 

Las cerámicas son materiales inorgánicos que se forman con elementos metálicos y no metálicos unidos 

químicamente. Entre estos materiales están la alúmina (Al 2 O 3 ), cloruro de sodio (NaCl) o superconductores 

cerámicos como YBa 2 Cu 3 O 6.5 (Gardner et al. 2001). Por sus características de bajo peso, 

dureza, alta resistencia a la temperatura, baja fricción y propiedades aislantes, entre otras, estos materiales 

se han usado como substratos en la fabricación de micromáquinas o materiales de pasivación en los 

MEMS. 

Por sus excelentes características eléctricas aislantes, los polímeros desempeñan la función de 

pasivación en la fabricación de los MEMS. Entre los materiales poliméricos ampliamente usados se 

tienen: epóxicos, poliéster, nylon y siliconas. 

Los composites son materiales producto de la combinación de dos o más materiales. La mayoría 

de los composites están formados por un material de relleno, que determina sus características de 

fortaleza, rigidez o conductividad y un material fijador que mantiene rígidamente unida a la mezcla. 

Su uso en la fabricación de los MEMS también es generalmente de pasivación. 

6.3 

Grabado 

Una de las técnicas fundamentales para la fabricación de MEMS es la de grabado del silicio u otros 

materiales para generar circuitos integrados del tipo CMOS y BiCMOS (Baltes et al. 2005) y para 

maquinar dispositivos y estructuras con movimiento en escala micrométrica (Gardner et al. 2001) 

(Figura 6.3). 

Acc.V Magn WD 500 μm 

5.00 kV 65x 22.6 EPFL - IMS L.J. Guerin 13.11.97 

Acc.V Spot Magn Det WD Exp. 

100 μm 

5.00 kV 3.0 212x SE 20.5 1 

N. FAHRNI 

Acc.V Spot Magn Det WD Exp. 

1 μm 

5.00 kV 3.0 35x SE 26.3 1 N. FAHRNI 

Figura 6.3 Microestructuras fabricadas con los diferentes procesos que involucran máscaras, materiales de 

sacrificio y materiales fotosensibles (Gardner et al., 2001). 

- 130 -

- 131 - 

Grabado 

Estas acciones, en general, constituyen una aportación tecnológica importante, ya que se han 

logrado conjuntar, en un mismo dispositivo, dos tecnologías que, por los procesos involucrados, 

eran incompatibles hasta hace algún tiempo; esto es, estructuras electromecánicas y circuitos electrónicos 

de alta integración. El proceso de grabado define la impresión de patrones gráficos sobre 

un sustrato o una superficie. Este proceso hace uso de máscaras, materiales de sacrificio y materiales 

fotosensibles que determinan zonas que serán protegidas y otras que estarán sujetas a los ataques 

químicos para formar los grabados. 

La técnica de grabado se aplica sobre sustratos (bulk) o sobre superficies. En el caso de sustratos, 

las microestructuras se forman en materiales relativamente gruesos, mientras que en superficie, 

las microestructuras se hacen sobre capas delgadas. Ejemplos de las dos técnicas se muestran en la 

Figura 6.4, para sustratos y la Figura 6-5 para superficie, respectivamente. 

Mascarilla protectora del ataque químico 

Plano (111) del silicio 

Plano (100) del silicio 

Trampolín 

Esquina convexa 

Figura 6.4 Ejemplo de la aplicación de la técnica de grabado sobre el sustrato, (Baltes et al., 2005) 

Figura 6.5 Ejemplo de la aplicación de 

la técnica de grabado sobre la superficie 

(Baltes et al., 2005) 

100 μm


De acuerdo a como se producen los grabados de sustrato, estos pueden ser isotrópicos o anisotrópicos. 

En los primeros, el grabado se realiza independientemente de la orientación cristalina 

debido a que la disolución decapante actúa en todas las direcciones del material (Figura 6.6) y en 

los segundos, las formas geométricas dependen de la orientación de la red cristalina debido a que la 

disolución decapante actúa más importantemente en unos ejes que otros de la red; esto genera grabados 

con paredes trapezoidales (Figura 6.7). 

La técnica de grabado puede darse en seco, si se utiliza un gas (plasma), o húmeda en donde se 

utilizan disoluciones. El decapante más utilizado es el HNA, que es una mezcla de ácido fluorhídrico 

(HF), ácido nítrico (HNO 3 ) y ácido acético (CH 3 COOH). 

El ataque anisotrópico húmedo es el más común para hacer micromaquinados y la disolución 

más usada es el cloruro de potasio (KCl). Como ejemplo, una solución 6M de KCl a 95ºC proporciona, 

en una red cristalina tipo , una tasa de ataque de 150 m y una relación de tasas de ataque 

de 30:100 entre las direcciones y . 

Figura 6.6 Resultado de un grabado utilizando un 

ataque isotrópico. 

6.4 

Fotolitografía 

La fotolitografía es el proceso de transferencia de patrones de imágenes desde una mascarilla hacia 

un sustrato. El proceso utiliza, complementariamente, un material sensible a la luz ultravioleta 

(UV) depositado en un sustrato y una fuente de luz ultravioleta. El material sensible, llamado 

comercialmente resina fotosensible o fotoresist, es termocurable a 90ºC, comúnmente antes de la 

exposición luminosa, y a 120ºC después de la exposición. Posteriormente se somete a un proceso de 

revelado para eliminar la resina no endurecida, que pueden ser los motivos del patrón deseado 

dependiendo del tipo de resina. Existen resinas positivas y negativas. Con las primeras, la zona de 

resina endurece en donde no incide la luz UV y el resto es removida con el revelado. Con las segundas 

ocurre lo contrario; en donde la luz incide, la resina endurece. Esto significa que se pueden 

hacer combinaciones convenientes entre mascarillas y resinas para lograr los grabados requeridos. 

6.5 

Mascarillas 

Las mascarillas son elementos muy importantes para la obtención de buenos grabados, que contienen 

los patrones de imágenes necesarios para llevar a cabo los diferentes procesos involucrados en 

la fabricación de dispositivos semiconductores, microsensores o microactuadores. La forma en que 

son elaboradas es prácticamente la misma que la utilizada para los dispositivos semiconductores 

individuales o para circuitos integrados. La calidad de las mascarillas define generalmente la calidad 

de los grabados obtenidos y el número de ellas dependerá del número de procesos que se deban 

- 132 - 

Figura 6.7 Resultado de un grabado utilizando un 

ataque anisotrópico.

Capítulo 7 Sensores Magnéticos 

La resistencia efectiva asociada el sensor está formada por su componente óhmica R DC, la asociada 

al efecto piel R AC y ahora las asociadas a las pérdidas por corrientes de vórtices, R e y por histéresis, 

R h ambas referidas al material magnético. La componente R e tiene una dependencia con el 

cuadrado de la frecuencia (R e ~ f 2 ) mientras que la componente R h depende de la frecuencia (R e ~ f). 

Ambas dependencias son específicas del tipo de material magnético. Para sensores inductivos con 

núcleo magnético es difícil obtener una expresión explícita para la capacidad parásita C asociada, 

por lo que es más recomendable medirla experimentalmente. 

Desde un punto de vista aplicado, los inductores con núcleo magnético se utilizan en la medida de 

campos magnéticos cuando se necesite sensibilidad alta con reducidas dimensiones físicas. Buenos 

ejemplos de ello son los instrumentos magnéticos diseñados en investigación espacial (Korepanov) o 

en la medida del campo magnético terrestre (Korepanov and Berkman). 

7.1.3 Interfaces electrónicas para los sensores inductivos 

Las ecuaciones 7.13 y 7.14 indican que el valor máximo de la tensión inducida en régimen senoidal es 

directamente proporcional al producto f · H. El objetivo de una interfaz electrónica conectada a las terminales 

de salida del sensor inductivo es el de suministrar una tensión que sea sólo proporcional al 

campo magnético de interés. Ello hace necesario que en el rango de frecuencias de uso del sensor 

inductivo con la interfaz electrónica ha de presentar una dependencia frecuencial de la forma 1/f. 

Un circuito electrónico que puede sintetizar sin excesiva complejidad el hardware en esta 

dependencia es el llamado convertidor corriente-tensión. Esta interfaz está formada por un amplificador 

operacional real y una resistencia R1 en el lazo de realimentación negativa. La Figura 7.7 

muestra la configuración de esta interfaz. 

Z inp (j · f) ≅ R 1 

a 0 

Figura 7.7 Convertidor corriente-tensión 

con amplificador operacional real y su impedancia 

de entrada. 

La relación salida-entrada para el amplificador operacional viene dada por: 

0 

v a( v v 

) 

o p n 

- 152 - 

– 

+ 

R1 

(7.20) 

donde a es la ganancia en lazo abierto del amplificador operacional cuya dependencia con la frecuencia 

es: 

ao 

a( jf) 

f 

(7.21) 

1 

j 

f 

a

- 153 - 

Sensores inductivos 

a o es la ganancia en continua (a o ≥ 200.000) y f a es la frecuencia de corte (f a ~ 10 Hz). Teniendo 

en cuenta las ecuaciones 7.20 y 7.21 la impedancia de entrada que ofrece el convertidor de la 

Figura 7.7, viene dada por la expresión Zinp R1ao. Valor que es extremadamente pequeño. Este 

resultado indica que la capacidad parásita que ofrezca el inductor podrá despreciarse frente a la 

resistencia de entrada del convertidor i-v. En otras palabras, la interfaz electrónica estará acondicionando 

la corriente de cortocircuito del sensor inductivo. En consecuencia, el circuito práctico real 

que permite medir el campo magnético seria el representado en la Figura 7.8. 

La función de transferencia 

V0 ( jf) T( jf) 

del circuito de la Figura 7.8, admi- 

Vm( jf) tiendo un comportamiento real del amplificador operacional dado por 7.21, es: 

con 

V max 

1 Raowa fo 

 

2 

L 

L R R1 

Figura 7.8 Interfaz electrónica para la medida de 

campo magnético mediante sensor inductivo. 

2 

 

T( j f) 

(7.22) 

1 Raow a L R1 

1 

y (7.23) 

Q L R Ra w a w 

 

Las expresiones anteriores indican que la respuesta en frecuencia de T(j·f) es del tipo pasa-baja 

con una frecuencia característica dada por la expresión de fo y un factor de calidad dado por la 

expresión de Q. Considerando el amplificador operacional ideal ( ao ), 

es posible obtener una 

característica de transferencia simplificada. En particular: 

– 

+ 

R1 

R 

f j f 

1 

 

 

f Q f 

o o 

R1 

T( jf) 

R 

f 

1 

j 

f 

o 

+ 

V0 – 

o a o a 

(7.24)

Capítulo 7 Sensores Magnéticos 

1 

con f 

. La Figura 7.9 muestra la respuesta en frecuencia de la función T(j · f) dada 

o 

2R 

L 

por 7.22. Se observa que para frecuencias f < fo presenta una asíntota horizontal de valor R1 R 

(comportamiento constante con la frecuencia) mientras que para f > fo el comportamiento es el de 

una dependencia con la frecuencia en la forma 1/f (pendiente de -20 dB/dec). Esta zona de frecuencias 

es precisamente la que se desea para compensar la dependencia con la frecuencia del sensor 

inductivo. Por otro lado, de acuerdo a la expresión de la frecuencia característica fo , sería posible 

aumentar el ancho de banda correspondiente al tramo 1/f simplemente aumentando el valor de la 

resistencia R. Ello es posible aunque debe llegarse a un compromiso de diseño pues aumentar R trae 

como consecuencia otros efectos de segundo orden no deseados como aparición de capacidades 

parásitas asociadas a la resistencia R o aumento de la señal de ruido. Una alternativa interesante, 

también encaminada a aumentar el intervalo de frecuencias de la región 1/f, consiste en conectar 

una red R-C serie en paralelo con la resistencia R, (Prance et al.). 

T (j · f ) (dB) 

40 

20 

0 

–20 

–40 

–60 

–80 

–100 

1 10 100 1·10 3 

Figura 7.9 Respuesta en frecuencia de la función de transferencia de la interfaz 

electrónica para la medida de campo magnético mediante sensor inductivo. 

Haciendo trabajar el sensor inductivo a una frecuencia f > f o entonces la salida de la interfaz 

electrónica viene dada por la expresión, para el inductor con núcleo magnético: 

- 154 - 

1 10 4 1·10 5 1·10 6 1·10 7 

f (Hz) 40 

R1 

V nHSV L 

o,max o c 

max 

. (7.25) 

En el caso de un inductor con núcleo de aire debe hacerse c = 1 en la ecuación anterior. Se 

observa como el valor máximo de la tensión de salida, supuesto un régimen senoidal, es directamente 

proporcional al valor del campo magnético H sin ninguna dependencia con la frecuencia 

de trabajo. 

Por otra parte, las interfaces electrónicas de alta impedancia de entrada están pensadas para 

medir la tensión en circuito abierto del sensor inductivo (Dehmel, 1989). Esta solución no es muy

Capítulo 8 Sensores Potenciométricos 

eléctricos que siguen la ecuación de Nernst, de esta manera se tiene la relación de la diferencia de 

potencial en la interfase electrolito/aislante o, con la sensibilidad al pH. 

Para el caso que el aislante en contacto con la solución sea el Si 3N 4 se considera que existen dos 

centros discretos diferentes, uno formado por Si-OH y el otro por N-H 2 que solo se carga positivamente 

con iones hidrógeno. Por tanto para este caso, se tendrá una superficie siempre cargada 

debido a que el pH correspondiente al punto donde la carga neta de la superficie es nula, es diferente 

para cada centro discreto originando una respuesta Nernstiana al pH. 

Las expresiones matemáticas que gobiernan el comportamiento del ISFET son similares a las 

que presenta el MOSFET (tanto para la tensión de bandas planas como para la tensión umbral) y se 

puede llegar a ellas considerando al conjunto de elementos (electrodo, electrolito, aislante y semiconductor) 

que conforman el ISFET como una celda electroquímica. 

Por otro lado, tendremos en cuenta que al entrar en contacto fases de diferentes propiedades 

electroquímicas se genera en la interfase una redistribución de cargas y potencial hasta lograr el 

equilibrio definido por la igualdad de los potenciales electroquímicos de los portadores de carga en 

ambas fases, estableciéndose una interfase con unas propiedades electroquímicas definidas. Por tal 

razón, se pueden estudiar las interfases desde un punto de vista electroquímico considerando que 

existe equilibrio termodinámico. La celda compuesta por el conjunto de fases que entran en contacto 

tiene un mecanismo de operación que puede ser descrita por procesos en cada una de las fases 

y de las interfases. 

Considerando el análisis entre las diferentes interfases en donde influyen las cargas libres 

mediante un potencial y los dipolos orientados en las superfices interfaciales y tomando en cuenta 

la analogía con el MOSFET, la tensión umbral de un ISFET será: 

Siendo para el MOSFET: 

V T = V Ref – o + Sol – W Si /q – (Q i + Q B ) /C ox + 2 F 

V T = V bp – Q B /C ox + 2 F 

Donde: 

V Ref : Potencial del electrodo de referencia 

o : Caída de potencial en la interfaz aislante/electrolito 

Sol : Potencial del dipolo de superficie del electrolito en la interfaz aislante/electrolito 

W Si : Función de trabajo del silicio 

Q i : Carga efectiva por unidad de área en el aislante y en la interfaz asilante/silicio 

Q B : Carga en la zona empobrecida del silicio 

C ox: Capacidad del aislante 

F : Potencial de Fermi 

El término o es el parámetro que introduce “la química” por ser función del pH de la solución. 

Por tanto, el ISFET puede ser visto como un dispositivo electrónico similar al MOSFET con una 

característica adicional: la posibilidad de modificar químicamente la tensión umbral V T mediante el 

potencial interfacial en la interfase electrolito/aislante. 

8.4.1 El modelo de la doble capa eléctrica 

En el caso particular del ISFET existe una interfase formada por un electrolito y un aislante. La presencia 

de un límite para el electrolito genera una redistribución de las cargas y de los dipolos orientables 

(en comparación con su distribución en la masa de las fases). Esta redistribución constituye 

- 200 - 

(8.4) 

(8.5)

- 213 - 

Sensores amperométricos 

bles y/o anticorrosivas, los displays electrocrómicos, las células fotovoltaicas, o claro está, los sensores 

electroquímicos. 

Uno de los enfoques comunes para la incorporación de un modificador a la superficie ha sido la 

cobertura con una película polimérica adecuada. La mayoría de los polímeros se aplican a las superficies 

de los electrodos aprovechando tanto la adsorción como la baja solubilidad en la disolución 

electrolítica, utilizando polímeros preformados o provocando una polimerización electroquímica. 

Una primera aproximación en el uso de polímeros preformados es su uso como anclaje para coordinar 

con complejos metálicos en los electrodos de grafito pirolítico. Los ejemplos incluyen la polivinilpiridina, 

el polivinilferroceno (PVF) o el polinitroestireno, sobre los cuales se ensamblan 

complejos de hierro, rutenio, osmio, etc. Con propiedades cataliticas establecidas. 

Las ventajas de los electrodos modificados químicamente para la preconcentración fueron 

observadas inicialmente al recubrir electrodos con una fina película de un polímero de intercambio 

iónico. La estrategia de revestir un electrodo con un polímetro de intercambio aniónico, de hecho es 

similar al principio de la voltamperometría de redisolución. Primero las especies son atraídas eléctricamente 

y retenidas, y por tanto acumuladas, para a continuación ser reoxidadas, de donde se 

toma la señal analítica. La respuesta dependerá de la cantidad de especies electroactivas que fueron 

incorporadas por intercambio iónico en el interior de la capa polimérica. 

Si se utiliza un polímero intercambiador con la carga y selectividad apropiada se pueden 

detectar metales, principios activos farmacológicos y compuestos biológicos a niveles de concentración 

traza, tan bajos como 0.1 nM. El polímero más popular es el Nafion ® (Figura 9.3), 

aunque también se utilizan otros, como el poliestireno sulfonado o el ácido poliacrílico. De 

hecho, el agente de preconcentración puede actuar a la vez como una membrana permselectiva, 

ofreciendo barreras para la difusión de especies interferentes, bien por exclusión de tamaño 

molecular o por repulsión electrostática. Polímeros como el polidiaminobenceno se han utilizado 

para los objetivos de exclusión, y el Nafion, por su carga negativa para eliminar la interferencia 

de especies aniónicas. Otra familia de recubrimientos que ha atraído mucho interés en la 

última década es la de los polímetros conductores. Sustancias como el polipirrol, la polianilina o 

el politiofeno se pueden depositar por adsorción, o especialmente mediante electropolimerización 

(Imisides et al., 1991). 

Otros tipos de películas inorgánicas también se pueden usar como modificadores de las superfícies 

de electrodo: entre otras, óxidos del metal, arcilla, zeolita y ferrocianuros metálicos. Estas películas 

tienen interés, básicamente porque forman estructuras bien definidas, con estabilidad química 

y térmica, son económicas y fácilmente disponibles. Se pueden obtener películas delgadas de materiales 

como el azul de Prusia (ferrocianuro férrico) y materiales similares en la superficie del electrodo 

y proporcionar mejoras catalíticas a ciertas reacciones electroquímicas, mejorando la 

selectividad y permitiendo la aplicación en muestras complejas. 

F 

F F 

F 

F F 

F 

m n 

O 

F 

F 

F 

F O 

O O 

F F 

F 

– 

F3C S 

O 

Figura 9.3 Estructura química 

del polímero de intercambio 

perfluorado Nafion ® .

Capítulo 9 Sensores Amperométricos 

9.4.2 Biosensores amperométricos 

En un biosensor se acopla un componente biológico (enzima, anticuerpo, gen, receptor celular, 

célula o tejido) junto con un transductor amperométrico, de forma que la interacción con un analito 

permite que se establezca (o al contrario, que desaparezca) una reacción electroquímica. Algunos 

ejemplos son el uso de enzimas redox, para los que la reacción con el substrato ya supone un intercambio 

de electrones, o el seguimiento de reacciones de afinidad a través de elementos de marcado 

enzimático. Con esta integración se logra conjugar las prestaciones de la medida amperométrica 

con la altísima selectividad de los reactivos provenientes de la biología. La descripción detallada de 

los biosensores amperométricos se encuentra en el Capítulo 10. 

9.4.3 Otros dispositivos amperométricos destacados 

9.4.3.1 (Bio)composites conductores 

Hoy en día, la introducción de nuevos materiales ha promovido el desarrollo de una nueva generación 

de electrodos basados en materiales compuestos conocidos como composites. Un composite 

resulta de la combinación de diferentes componentes que confieren sus cualidades básicas, pero al 

combinarse generan un material con características propias. Estos materiales ofrecen la posibilidad 

de mejorar las características de respuesta del transductor (como la relación señal-ruido y el límite 

de detección) (Céspedes et al. 1996). 

Los composites conductores se pueden clasificar según la distribución de las partículas conductoras 

en el material aislante en (Céspedes et al. 1996, Tallman & Petersen 1990) (a) composites 

ordenados, por presentar un cierto grado de ordenación de los componentes que lo forman, y (b) 

composites aleatorios, en los cuales las partículas se encuentran distribuidas de manera aleatoria en 

el material. Los composites aleatórios se pueden a su vez distinguir en composites dispersos, si la 

distribución del conductor es totalmente aleatoria, y composites consolidados, si una de las fases 

predomina de forma aleatoria en algunas áreas de la matriz. 

Se pueden emplear gran diversidad de materiales conductores (platino, oro, grafito), así como 

también una gran cantidad de polímeros. Su elección depende de la posterior aplicación del sensor. 

Los primeros transductores electroquímicos basados en composites descritos en la bibliografía fueron 

los de pasta de carbono (Adams 1958, Gilmartin & Hart 1995). Están formados por partículas 

de polvo de grafito (fase conductora), y un líquido aislante viscoso (aceite mineral). Debido a 

inconvenientes de tipo físico-mecánico (resistencia del material), se han desarrollado composites 

rígidos (Céspedes et al. 1996). Algunas ventajas de estos composites rígidos es su facilidad de 

mecanización y regeneración mediante un simple pulido, lo que aumenta el tiempo de vida de éstos. 

9.4.3.2 Microelectrodos 

La necesidad de disponer de sensores amperométricos de pequeñas dimensiones ha llevado a los 

investigadores a entrar en el campo de los electrodos microscópicos. En este campo son especialmente 

destacables los trabajos de Mark Wightman (Wightman, 2006), interesado especialmente en 

la determinación in vivo e in vitro de neurotransmisores, por ejemplo la liberación de dopamina en 

la transmisión del impulso nervioso. Aparte de eso, los microelectrodos exhiben otras posibilidades 

también atractivas, como la exploración electroquímica microscópica, la detección en sistemas de 

microfluídica, seguimiento en tiempo real de procesos celulares y los análisis con volúmenes de 

muestra muy reducidos. 

Electrodos de diferentes materiales se han miniaturizado en diversas formas geométricas, con la 

característica común de que la dimensión del electrodo sea significativamente menor que la capa de 

difusión en su superficie. Con estas dimensiones de área tan reducidas, la capacitancia de la doble 

- 214 -

- 215 - 

Sensores amperométricos 

capa electroquímica se ve altamente reducida, lo que redunda en la mejora de la transferencia de 

electrones; aparte, el régimen de difusión de las especies hacia la superficie del electrodo cambia de 

plano-infinito a semiesférico, comportando mejoras también respecto al transporte de materia. Por 

todo ello, la relación señal-ruido resulta mejorada respecto de los electrodos convencionales, por lo 

que se posibilita trabajar en situaciones altamente resistivas, incluidos disolventes no acuosos de 

baja constante dieléctrica, soluciones a baja temperatura, en fase gaseosa, con polímeros conductores, 

y con soluciones donde no se ha adicionado electrolito soporte. 

Las dimensiones micrométricas ofrecen algunas ventajas para el procedimiento analítico. Hilos 

metálicos estirados hasta el límite (Pt, Au, Ir), fibras de carbono o finas películas conductoras son 

algunas de las modalidades empleadas para obtener los microelectrodos. En ocasiones el diseño y 

geometría se hace compatible para el desarrollo de medidas en una única gota de unos pocos L. 

La potencialidad de aplicación de los ultramicroelectrodos en medios biológicos aún fue mejorada 

con la modificación química de éstos, como por ejemplo cuando se incorporaron polímeros de 

intercambio iónico. Las membranas cargadas dejan circular iones de determinado tipo, mientras 

que reducen la interferencia de proteínas u otros componentes presentes. Posteriormente, la distribución 

de conjuntos de microelectrodos en una superficie ha sido un campo de actividad en la que 

se cuenta con las ventajas de la escala micrométrica mientras se integran las diversas señales disponibles, 

lo que permite disponer de señales de corriente mayores y por tanto más fácilmente medibles. 

En estas situaciones el resultado superficial es un conjunto de microdiscos conductores o islas 

espaciados sobre un material aislante, en el que la corriente debida a la reacción electroquímica se 

suma entre todos los elementos conductores, mientras que la contribución de fondo, fundamentalmente 

ruido, se ve reducida por la escala. Más recientemente, con la irrupción de la tendencia hacia 

la nanotecnología, estos logros han sido aún mejorados cuando a los componentes se les han dado 

dimensiones nanométricas, por ejemplo con el empleo de nanopartículas metálicas o nanotubos de 

carbono. En este último caso, las muy excepcionales características de estos elementos han mejorado 

incluso la selectividad, dadas sus excepcionales características para la transferencia electrónica 

(Pacios et al., 2008). 

9.4.3.3 Electrodos serigrafiados 

La demanda de sensores electroquímicos de fácil utilización, portátiles o incluso de un solo uso, se 

ha visto satisfecha mediante la tecnología serigráfica. De esta manera se producen electrodos depositando 

sucesivamente diversas capas aislantes o conductoras sobre un soporte inerte, por ejemplo 

PVC o un sustrato cerámico. Así, el soporte se cubre con tintas conductoras especialmente formuladas, 

y estas a su vez se recubren con una tinta aislante, ambos con motivos prediseñados para conseguir 

el efecto buscado. Se adicionan los contactos eléctricos en un extremo, o incluso se añaden el 

resto de elementos de la celda voltamperométrica, el electrodo auxiliar y el electrodo de referencia, 

usando para ello posiblemente tintas conductoras de diferente naturaleza. 

De esta manera se consiguen unos dispositivos miniaturizados que posibilitan su uso fuera del 

laboratorio, en aplicaciones de tipo clínico, ambiental o industrial. Sus características les permiten la 

portabilidad, un uso simple y robusto, así como un bajo coste, hasta para ser desechados tras su uso. 

El tipo de tintas que se han utilizado recae básicamente en formulaciones con carbón o con 

metales nobles. De hecho, por su bajo coste, el carbón es el elemento más utilizado, aunque frecuentemente 

también incorpore terceros elementos para la modificación química en la formulación 

de la tinta. El instrumental y maquinaria necesaria para la fabricación de los dispositivos, así como 

las tintas, están disponibles comercialmente. Algunas aplicaciones relevantes que se han descrito 

incluyen trabajos para la determinación de compuestos farmacéuticos, toxinas ambientales o alimentarias 

y contaminantes de origen industrial. Algunos de los analitos que se recogen son compuestos 

orgánicos, como el ácido ascórbico, ácido úrico, glucosa, paracetamol, ácido salicílico,

Capítulo 9 Sensores Amperométricos 

diversos fenoles, etanol, colesterol, insecticidas y herbicidas; algunos de los de naturaleza inorgánica 

son el formaldehído, la hidrazina, el nitrito, o metales pesados. 

A modo de conclusión, los electrodos serigrafiados muestran una gran aceptación por la facilidad 

de uso, y por la posibilidad de utilización fuera del laboratorio, permitiendo determinaciones 

simples, rápidas y hasta de un solo uso. Por ejemplo la determinación de glucosa en sangre, muy 

habitual entre los diabéticos, no tendría el grado de confiabilidad y amigabilidad que le caracteriza 

hoy en día, en el cuidado personal de estos pacientes, muchos de edad avanzada. 

9.5 

Conclusiones 

La técnica amperométrica y los sensores amperométricos presentan numerosas ventajas que los 

hacen adecuados para diversos campos de aplicación. Ya que existe una relación directa entre la 

concentración y la intensidad de corriente (señal analítica), esto justifica la mayor sensibilidad de 

amperometría respecto a otras técnicas electroanalíticas, como la potenciometría o la conductimetría. 

En especial, en potenciometría, la señal analítica (potencial) depende del logaritmo de la concentración. 

Este hecho, junto con la mejor relación señal ruido en la medida de corrientes permite 

obtener, por lo general, mejores límites de detección. En las técnicas voltamperométricas, la medida 

se basa en reacciones que tienen lugar en la superficie del electrodo, por lo que el resultado no 

depende del volumen de la muestra o solución que se esté midiendo. El procedimiento de medida es 

un proceso simple, robusto y económico. La señal analítica obtenida puede ser directamente procesable, 

lo que favorece su aplicación en el control de procesos y la automatización. La medida amperométrica 

no es susceptible de interferencias de tipo físico (color, turbidez, viscosidad), esto evita la 

necesidad de tratamiento de muestra. Los materiales que constituyen los transductores pueden ser 

simples y accesibles (tal como el carbón). 

La principal desventaja cuando se aplica la voltamperometría es que todas las especies que tengan 

comportamiento redox similar al analito responsable de otorgar la información analítica (es 

decir, que se reduzcan u oxiden a potenciales similares) interferirán en las medidas – sólo los procedimientos 

de modificación de la superficie del electrodo serán entonces capaz de corregir el error. 

9.6 

Bibliografía recomendada 

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Bibliografía recomendada 

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MÉTODOS DE PROCESAMIENTO AVANZADO E ... - Editorial Reverte

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