Sensores

Seminário
Medidas Elétricas
Juliano Valério Filardo
Sensores Ópticos
Princípios e Aplicações
Tecnologia Óptica
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óptica geométrica
incluindo lentes
prismas
grades de difração
ótica física com laser
giroscópio de fibra ótica
conversão de freqüência
fenômenos não lineares.
• sensores ópticos.
Processos de Controle
• informações relativas as variáveis que estão sendo controladas
• grandeza física das variáveis controladas são grandezas não
elétricas, como por exemplo: posição, velocidade, pressão, vazão, força,
temperatura e umidade
• é necessário transformar tais grandezas físicas em grandezas elétricas
(corrente ou tensão)
• informações na geração das ações de controle
•
O elemento que realiza a transformação de uma forma de energia em
outra é denominado transdutor
• O transdutor é um sistema completo que produz um sinal elétrico de
saída proporcional à grandeza sendo medida.
•
O sensor é apenas a parte sensitiva do transdutor .
Radiação
• A radiação EM é uma forma de energia
em movimento, ou melhor, esta se
propaga pelo espaço. Um objeto que
libera ou emite tal radiação perde energia.
E aquele que absorve radiação ganha
energia. Desta forma nos devemos
descrever como esta energia se apresenta
como radiação EM.
Freqüência e Comprimento de Onda
• A freqüência representa a oscilação por
segundo quando a radiação passa por
algum ponto fixo no espaço.
• O comprimento de onda representa a
distancia espacial entre dois máximo ou
dois mínimos sucessivos da onda na
direção de propagação.
Divisão Segundo Resposta Espectral
• (O intervalo de comprimento de onda ou freqüência que o detetor
responde).
• Estes tipos são:
a) Detetor de banda larga;
b) Detetor de banda estreita.
• Princípio de operação os detetores podem ser divididos em vários
grupos.
a) Detetores Térmicos;
b) Detetores Fotoelétricos.
• Como esse trabalho tem por objetivo enfocar os detetores (
sensores ) no grupo de Sensores Fotoelétricos ou ópticos, será
desconsiderado os detetores térmicos
Princípio de Funcionamento dos
Sensores Ópticos
• Proximidade difusa ou Difusão
• Retro-reflexivos ou de reflexão
• Barreira ou interrupção de luz
Sensores Fotoelétricos
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Uma fonte de luz ou transmissor de luz (LED) [1]
Um receptor (Fototransistor) [2]
Um conversor de sinal [3]
Um amplificador[4].
Transmissor
• O transmissor envia o feixe de luz através de
um fotodiodo, que emite flashes, com alta
potência e curta duração, para evitar que o
receptor confunda a luz emitida pelo
transmissor com a iluminação ambiente.
Foto-diodo
• É um diodo semicondutor em que a junção está exposta à luz. A
energia luminosa desloca elétrons para a banda de condução,
reduzindo a barreira de potencial pelo aumento do número de
elétrons, que podem circular se aplicada polarização reversa.
• A corrente nos foto-diodos é da ordem de dezenas de mA com alta
luminosidade, e a resposta é rápida. Há foto-diodos para todas as
faixas de comprimentos de onda, do infravermelho ao ultravioleta,
dependendo do material.
• O foto-diodo é usado como sensor em controle remoto, em
sistemas de fibra óptica, leitoras de código de barras, scanner
(digitalizador de imagens, para computador), canetas ópticas (que
permitem escrever na tela do computador), toca-discos CD,
fotômetros e como sensor indireto de posição e velocidade.
Circuito
Receptor
• O receptor é composto por um
fototransistor sensível a luz, que em
conjunto com um filtro sintonizado na
mesma frequência de pulsação dos
flashes do transmissor, faz com que o
receptor compreenda somente a luz vinda
do transmissor.
Foto-transistor
•
•
É um transistor cuja junção coletor-base
fica exposta à luz e atua como um fotodiodo. O transistor amplifica a corrente, e
fornece alguns mA com alta
luminosidade. Sua velocidade é menor
que a do foto-diodo.
Suas aplicações são as do foto-diodo,
exceto sistemas de fibra-óptica, pela
operação em alta freqüência.
Circuito
Conversão do Sinal
• Os pulsos de luz que são recibidos pelo
fototransistor são convertidos em sinais
elétricos,os quais são processados para
se determinar se correspondem a uma
trasmisão de luz. Realizada a verificação
a saída do sensor comuta a chave de
acordo com o sinal .
Transformação do Sinal
Diagrama Esquemático
Fenômeno
Físico
Transdutor
Transferência de
energia que sensibiliza
o elemento sensor
Sinal Elétrico
proporcional à
grandeza física
Condicionamento de Sinais
• O condicionamento de sinais
analógicos proporciona a operação
necessária para transformar a
saída de um sensor em uma forma
necessária e adequada para “interfaciar”
com outros elementos
do “loop” de controle de processo
Funcionamento Macro
Método dos sistemas de deteção por sensores ópticos
• Sistema por Barreira
• O transmissor e o receptor estão em unidades distintas e
devem ser dispostos um frente ao outro, de modo que o
receptor possa constantemente receber a luz do transmissor.
O acionamento da saída ocorrerá quando o objeto a ser
detectado interromper o feixe de luz.
Sistema por Difusão
• Neste sistema o transmissor e o receptor são
montados na mesma unidade. Sendo que o
acionamento da saída ocorre quando o
objeto a ser detectado entra na região de
sensibilidade e reflete para o receptor o feixe
de luz emitido pelo transmissor.
Sistema Refletivo
• Este sistema apresenta o transmissor e o
receptor em uma única unidade. O feixe de luz
chega ao receptor somente após ser refletido
por um espelho prismático, e o acionamento
da saída ocorrerá quando o objeto a ser
detectado interromper este feixe.
Imunidade à Iluminação
Ambiente
• Normalmente, os sensores ópticos possuem
imunidade à iluminação ambiente, pois operam
em frequências diferentes.
• Podem ser afetados por uma fonte muito
intensa, como por exemplo, uma lâmpada
fluorescente de 40W a 15cm do sensor, ou um
raio solar incidindo diretamente sobre as
lentes.
Comparações das Frequencias
Utilização dos sistemas de
sensores ópticos
• Sensores de LUZ
• Além de seu uso em fotometria (incluindo
analisadores de radiações e químicos), é a
parte de sistemas de controle de
luminosidade, como os relés fotoelétricos de
iluminação pública e sensores indireto de
outras grandezas, como velocidade e
posição (fim de curso)
Exemplo
Sensores de velocidades
•
No sensor de reflexão :
•
Um feixe luminoso atinge um disco com um furo ou marca de cor
contrastante, que gira. O sensor recebe o feixe refletido, mas na passagem
do furo a reflexão é interrompida (ou no caso de marca de cor clara a
reflexão é maior), e é gerado um pulso pelo sensor.
•
‘O sensor de interrupção de luz
•
Usa também um disco com furo, e a fonte de luz e o sensor ficam em lados
opostos. Na passagem pelo furo, o feixe atinge o sensor, gerando um
pulso.
A freqüência destes pulsos é igual à velocidade, em rps, nos dois tipos.
As vantagens destes sensores são o menor tamanho e custo, a maior
durabilidade e a leitura à distância. É usado em sistemas de controle e
tacômetros portáteis.
•
•
Exemplos
Sensores de posição
• Há duas formas básicas de usar estes: S. por
reflexão, que detectam a posição pela luz que
retorna a um fotosensor (fotodiodo ou f.
transistor, LDR ), emitida por um LED ou
lâmpada e refletida pela peça, e S. por
interrupção, no qual a luz emitida é captada por
um fotosensor alinhado, que percebe a
presença da peça quando esta intercepta o
feixe.
• Este sensor é usado para contagem de peças,
numa linha de produção, além das aplicações
como fim-de-curso.
Exemplos
Sensores de posição específica
• OBRIGADO !