Glosario de Términos y Conceptos sobre Sensores de Luz

Sensor de Luz

Un sensor de luz es un dispositivo diseñado para detectar y responder a la presencia o intensidad de la luz. Convierte la energía de la luz incidente (fotones) en una señal eléctrica (corriente, voltaje o resistencia), siendo una pieza clave en los sistemas fotométricos. Los sensores de luz se utilizan en aplicaciones que van desde la automatización industrial y el monitoreo ambiental hasta la aviación y la electrónica de consumo. También se les conoce como sensores fotoeléctricos, sensores de luz ambiental o sensores de luminosidad, y su función es proporcionar datos cuantitativos sobre los niveles de luz, permitiendo el control automatizado, los sistemas de seguridad y la medición científica.

Las características clave de los sensores de luz incluyen la sensibilidad espectral (el rango de longitudes de onda detectadas), el tiempo de respuesta (qué tan rápido cambia la salida con la luz) y la linealidad (precisión de la correlación entre la salida y la intensidad de la luz). En aviación, por ejemplo, los sensores de luz son críticos para el control de la iluminación de cabina y pistas, asegurando la visibilidad óptima para los pilotos. En la electrónica de consumo, permiten que las pantallas ajusten el brillo para mayor comodidad y eficiencia energética. Según la OACI, los sensores de luz en los sistemas de control de iluminación de aeródromos automatizan el encendido y atenuación de las luces de pista para mayor seguridad y eficiencia.

Fotodiodo

Un fotodiodo es un sensor de luz semiconductor que convierte la luz en una corriente eléctrica mediante el efecto fotoeléctrico. Cuando los fotones inciden en la unión pn, se generan pares electrón-hueco, creando una corriente proporcional a la intensidad de la luz. Los fotodiodos ofrecen tiempos de respuesta rápidos (microsegundos o menos), alta sensibilidad y una salida lineal, lo que los hace ideales para aplicaciones fotométricas precisas como instrumentos científicos, pantallas de cabina y sistemas de monitoreo meteorológico.

Los fotodiodos vienen en configuraciones como PIN (para velocidad), avalancha (para ganancia en baja luz) y silicio (para sensibilidad en visible/cercano IR). Su desempeño depende de la eficiencia cuántica, la corriente oscura y el ruido. Los fotodiodos pueden operar en modo fotovoltaico (salida de voltaje) o modo fotoconductivo (salida de corriente). La OACI especifica fotodiodos en dispositivos de calibración para iluminación de aeródromos, asegurando el cumplimiento normativo.

Fototransistor

Un fototransistor es un transistor sensible a la luz que amplifica la corriente generada por los fotones absorbidos, proporcionando mayor salida que los fotodiodos. La región de base está expuesta a la luz y la pequeña fotocorriente resultante es amplificada por el transistor. Los fototransistores son sensibles a bajas intensidades lumínicas, pero su respuesta es más lenta y menos lineal que la de los fotodiodos.

Los fototransistores se usan en luxómetros, interruptores ópticos y dispositivos de seguridad. En aviación, pueden activar controles de iluminación según la luz ambiental. La respuesta espectral depende del material y los filtros. Aunque los fototransistores ofrecen mayor sensibilidad, se emplean donde el costo y la simplicidad son más importantes que la velocidad o la precisión absoluta.

Fotorresistor (LDR – Resistor Dependiente de Luz)

Un fotorresistor o resistor dependiente de luz (LDR) es un sensor pasivo cuya resistencia disminuye al aumentar la luz incidente. Fabricados con materiales fotoconductores como el sulfuro de cadmio (CdS), los LDRs muestran grandes cambios de resistencia entre la oscuridad y la iluminación. Son simples y económicos, ampliamente utilizados para iluminación automática y demostraciones educativas.

Los LDRs son no lineales, lentos en su respuesta y típicamente sensibles a la luz visible. Su uso en aviación se limita a aplicaciones no críticas debido a su precisión y a preocupaciones ambientales (el CdS es peligroso). Para sistemas críticos de seguridad se prefieren sensores de estado sólido como los fotodiodos.

Sensor de Luz Ambiental

Un sensor de luz ambiental mide la intensidad lumínica ambiental, a menudo ajustándose a la respuesta espectral del ojo humano. Los sensores modernos utilizan fotodiodos de silicio con filtrado y acondicionamiento de señal integrados, y entregan señales analógicas o digitales. Son vitales en smartphones, aviónica y control de iluminación aeroportuaria, ajustando displays y niveles de luz para mayor comodidad, eficiencia y cumplimiento normativo.

Sus características incluyen amplio rango de sensibilidad, respuesta rápida y estabilidad térmica. Los modelos avanzados ofrecen salida calibrada en lux, ganancia programable y detección de proximidad. La integración suele realizarse mediante I2C/SPI para control en tiempo real en sistemas embebidos.

Fotometría

La fotometría es la medición de la luz visible tal como la percibe el ojo humano, utilizando unidades como lux, lumen y candela ponderadas por la respuesta fotópica CIE. La fotometría es fundamental para el diseño y la regulación de la iluminación, especialmente en aviación, donde la medición precisa garantiza la seguridad en pistas y rodajes.

Los fotómetros emplean fotodiodos filtrados o iluminantes estándar, con calibración trazable a estándares nacionales. Las normas OACI y ASTM detallan protocolos para mediciones de luz precisas y reproducibles.

Lux

El lux (lx) mide la iluminancia, o flujo luminoso por metro cuadrado. Cuantifica cuánta luz visible incide sobre una superficie, siendo crucial para especificar y verificar la iluminación en oficinas, aeropuertos y espacios públicos. En aviación, el lux se usa para establecer la iluminación mínima de pistas y plataformas, conforme al Anexo 14 de la OACI.

Los luxómetros usan fotodiodos calibrados y corrección coseno para mayor precisión. Las mediciones ayudan a garantizar la seguridad, eficiencia energética y cumplimiento normativo.

Lumen

El lumen (lm) cuantifica el flujo luminoso, la cantidad total de luz visible emitida por segundo. Un lumen equivale al flujo de una candela sobre un estereorradián. Las clasificaciones en lúmenes son esenciales para comparar la eficiencia y garantizar el cumplimiento en aviación y otros campos.

Las esferas de integración y los fotodetectores calibrados se usan para medir el flujo luminoso total, considerando todas las direcciones de emisión.

Candela

La candela (cd) es la unidad básica del SI para la intensidad luminosa, es decir, la potencia emitida en una dirección específica por estereorradián. Una candela equivale a un lumen por estereorradián. Los sistemas de iluminación aeronáutica se especifican en candelas para asegurar la visibilidad. La medición utiliza goniofotómetros para la salida direccional, siendo fundamental en el diseño y certificación de la iluminación.

Respuesta Espectral

La respuesta espectral es la sensibilidad de un sensor a diferentes longitudes de onda de la luz. Para fotometría, los sensores deben ajustarse a la curva fotópica de la CIE (máximo en 555 nm), pero los sensores de silicio pueden detectar también UV e IR, lo que puede sesgar los resultados. Los filtros ópticos y la calibración corrigen esto.

La respuesta espectral es crítica en aplicaciones que van desde mediciones normativas de iluminación hasta horticultura y monitoreo UV. Las hojas de datos de los sensores proporcionan curvas espectrales para adecuarlas a cada aplicación.

Calibración

La calibración alinea la salida de un sensor con estándares de referencia para obtener mediciones precisas y trazables. Esto implica exponer el sensor a niveles de luz conocidos y registrar la salida, considerando la no linealidad, temperatura y desajustes espectrales. La OACI especifica intervalos de calibración y trazabilidad para inspecciones de iluminación aeronáutica.

La calibración garantiza cumplimiento normativo, seguridad y precisión científica, con calibraciones de campo que utilizan medidores certificados o fotómetros de referencia.

Tiempo de Respuesta

El tiempo de respuesta es el intervalo entre un cambio en la luz y el correspondiente cambio en la salida del sensor, medido del 10% al 90% del valor final. Una respuesta rápida es vital en comunicaciones ópticas, automatización y control de iluminación activado por el piloto. Los fotodiodos son los más rápidos (nanosegundos); los fototransistores son más lentos y los LDRs los más lentos (decenas a cientos de milisegundos). En aviación, una respuesta rápida permite el control en tiempo real de la iluminación para la seguridad.

Linealidad

La linealidad describe qué tan fielmente la salida de un sensor sigue la intensidad lumínica. Los fotodiodos son altamente lineales, mientras que los fototransistores y los LDRs son menos lineales. La linealidad es esencial para mediciones fotométricas precisas y el cumplimiento normativo, aplicando funciones de corrección según sea necesario en la calibración.

Corrección Coseno

La corrección coseno asegura que un sensor mida con precisión la intensidad de la luz independientemente del ángulo de incidencia, siguiendo la ley del coseno. Se logra mediante difusores o ventanas de entrada con formas especiales y es obligatoria en equipos fotométricos normativos, especialmente para iluminación exterior o multidireccional.

Luxómetro

Un luxómetro o medidor de iluminancia es un instrumento de fotodiodo calibrado y corregido por coseno para medir lux. Utilizado en aviación, arquitectura y horticultura, los luxómetros verifican el cumplimiento de la iluminación y optimizan los diseños. Su uso correcto requiere posicionamiento cuidadoso y calibración periódica.

Flujo Luminoso

El flujo luminoso (en lúmenes) es la potencia percibida total de la luz emitida, ponderada según la sensibilidad del ojo humano. Se utiliza para especificar la salida de lámparas y se mide con esferas de integración y detectores calibrados. Las normas aeronáuticas exigen un flujo luminoso mínimo para diferentes luminarias.

Intensidad Luminosa

La intensidad luminosa mide la cantidad de flujo luminoso emitido en una dirección específica, expresada en candelas. Es fundamental en el diseño normativo de la iluminación, asegurando visibilidad direccional y cumplimiento.

Lecturas Adicionales y Referencias

• OACI Anexo 14 – Aeródromos: Diseño y Operaciones de Aeródromos
• CIE (Comisión Internacional de Iluminación)
• Normas de Iluminación ASTM International
• Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) – Fotometría
• EASA (Agencia de la Unión Europea para la Seguridad Aérea)

Los sensores de luz son fundamentales para la seguridad, eficiencia y automatización en los sistemas modernos. Su correcta selección, calibración y aplicación garantizan el cumplimiento normativo, la fiabilidad y el rendimiento óptimo en diversas industrias, incluyendo el campo crítico de la aviación.