En la naturaleza podemos observar y medir magnitudes físicas que varían a lo largo del tiempo. Entre otras magnitudes se pueden encontrar: intensidad luminosa, temperatura, distancia, aceleración, inclinación, presión, desplazamiento, fuerza, torsión, humedad, movimiento, pH, etc. En el contexto de la física y las matemáticas una señal es una función o conjunto de datos variable en el tiempo, y que contienen información sobre el comportamiento de un fenómeno físico.
Ejemplo de señal (térmica) lo constituyen los valores de la temperatura de una habitación a lo largo del día, o, la señal (de audio) generada por una orquesta al interpretar una partitura musical. En este segundo caso la magnitud física es una onda de presión (sonido) transmitida a través de un medio. En todos los casos la variable independiente es el tiempo (t).
Un sensor es un elemento que es capaz de convertir una magnitud física a medir en otra magnitud física de distinta naturaleza.
En la Figura 1 se muestran ejemplos de módulos sensores. Un termistor, por ejemplo, es una resistencia eléctrica, cuyo valor (R ohmios) depende de la temperatura ambiente; es decir, actúa como un sensor para medir la temperatura). Un transistor de efecto de campo sensible a iones (ISFET, ion-sensitive field-effect transistor) es un transistor diseñado para medir concentraciones de iones en solución líquida. Su fundamento radica en que la corriente que atraviesa el transistor varía en función de la concentración de iones. Si es sensible a iones H+ actúa como sensor del pH de la disolución.
Otro ejemplo se encuentra dentro de un micrófono, que es un objeto que transforma señales de sonido (presión ambiental) en señales eléctricas (Figura 2). Las señales de sonido (es decir “audibles”) se las denomina “señales de audio”. El condensador de micrófono detecta las variaciones de presión en el aire que generan los sonidos de la persona que habla cerca de él, y en función de esas variaciones modifica su capacidad (C microfaradios). El condensador actúa como un sensor acústico. (Figura 2.a).
Un caudalímetro es un sensor que mide del caudal de un fluido que circula por una tubería. La idea consiste en aplicar un campo magnético al fluido, lo cual induce una tensión medible que es proporcional a la velocidad o al caudal (litros/segundo) en circulación.
Una vez que se obtiene una magnitud física variable con la señal de entrada, en el contexto de la industria y de las TIC, es necesario transformarla en una señal eléctrica, por lo general tensión eléctrica, v(t); es decir, hay que realizar un proceso de transducción. Así, por ejemplo, en el caso de un termistor, habrá que diseñar un transductor que puede consistir sencillamente en un circuito eléctrico que transforme las variaciones de resistencia R(t) en variaciones de tensión eléctrica v(t). En el supuesto de un micrófono, deben transformarse las variaciones de capacidad, C(t) en variaciones de tensión a su salida, v(t), etc.
Otro ejemplo es una cámara digital ya que es un transductor fotoeléctrico que convierte la energía lumínica transportada por los fotones incidentes en su objetivo en corriente eléctrica a la salida. Los teclados tradicionales sin transductores que transforman el impulso de los dedos sobre las membranas y estas generan señales eléctricas que contienen el código de la tecla pulsada.
En la Figura 3 se muestran los tipos de sensores más utilizados en Internet de las Cosas, y en la Figura 4, algunas de las magnitudes medibles.
Las señales generadas por sensores que reproducen las señales originales, se las denomina señales analógicas, ya que varían a lo largo del tiempo continuamente de forma análoga a la señal de entrada. La señal de la Figura 2.1. 1b es una señal analógica que es representativa de la señal de audio inicial y por tanto contiene la misma información.
La mayoría de las señales naturales, y por tanto sus posibles señales analógicas, también varían de forma continua en el tiempo.