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Instituto Tecnolgico Privado IDATElectrnica IndustrialTEMA:
Sensores de Distancia
INTEGRANTES: - ALVA SANCHEZ, Edwin - CALZADA ARANDA, Rubn -
CORONEL QUIQUIA, Fisher - TITO ALMONACID, Giovanny - ZORRILLA
CASTILLO, ngel
23 de septiembre de 2015SENSORES DE DISTANCIASENSOR POR
ULTRASONIDOLossensores de ultrasonidosson detectores de proximidad
que trabajan sin necesidad de estar en contacto con el objeto.
Detectan objetos a distancias que van desde pocos centmetros
hasta varios metros.
El sensor emite un sonido y mide el tiempo que la seal tarda en
regresar.
Estos reflejan en un objeto, el sensor recibe el eco producido y
lo convierte en seales elctricas, las cuales son elaboradas en el
aparato de valoracin.
Los ultrasonidos son antes que nada sonido, exactamente igual
que los que omos normalmente, salvo que tienen una frecuencia mayor
que la mxima audible por el odo humano. sta comienza desde unos 16
Hz y tiene un lmite superior de aproximadamente 20 KHz, mientras
que nosotros vamos a utilizar sonido con una frecuencia de 40 KHz.
A este tipo de sonidos es a lo que llamamos Ultrasonidos.
El funcionamiento bsico de los ultrasonidos se ve en el
siguiente esquema, donde se tiene un transmisor que emite un pulso
de ultrasonido que rebota sobre un determinado objeto y la reflexin
de ese pulso es detectada por un receptor de ultrasonidos:
La mayora de los sensores de ultrasonido de bajo coste se basan
en la emisin de un pulso de ultrasonido cuyo lbulo, o campo de
accin, es de forma cnica.Midiendo el tiempo que transcurre entre la
emisin del sonido y la percepcin del eco se puede establecer la
distancia a la que se encuentra el obstculo que ha producido la
reflexin de la onda sonora, mediante la frmula:
Donde V es la velocidad del sonido en el aire y t es el tiempo
transcurrido entre la emisin y recepcin del pulso.
Estos sensores trabajan solamente en el aire, y pueden detectar
objetos con diferentes formas, colores, superficies y de diferentes
materiales. Los materiales pueden ser slidos, lquidos o
polvorientos, sin embargo han de ser deflectores de
sonido.Problemas con los Ultrasonidos
A pesar de que su funcionamiento parece muy sencillo, existen
factores que influyen de una forma determinante en las medidas
realizadas. Por tanto, es necesario un conocimiento de las diversas
fuentes de incertidumbre que afectan a las medidas para poder
tratarlas de forma adecuada, minimizando su efecto en el
conocimiento del entorno que se desea adquirir. Entre los diversos
factores que alteran las lecturas que se realizan con los sensores
de ultrasonido caben destacar:
Incertidumbre angular en la medida de un ultrasonidoEl campo de
actuacin del pulso que se emite tiene forma cnica. El eco que se
recibe como respuesta a la reflexin del sonido indica la presencia
del objeto ms cercano que se encuentra dentro del cono acstico y no
especifica en ningn momento la localizacin angular del mismo.
Aunque la mxima probabilidad es que el objeto detectado est sobre
el eje central del cono acstico, la probabilidad de que el eco se
haya producido por un objeto presente en la periferia del eje
central no es en absoluto despreciable.
En los sensores de ultrasonido de bajo coste se utiliza el mismo
transductor como emisor y receptor. Tras la emisin del ultrasonido
se espera un determinado tiempo a que las vibraciones en el sensor
desaparezcan y est preparado para recibir el eco producido por el
obstculo. Entonces existe una distancia mnima d (proporcional al
tiempo de relajacin del transductor) a partir de la cual el sensor
mide con precisin. Por lo general, todos los objetos que se
encuentren por debajo de esta distancia d sern interpretados por el
sistema como que estn a una distancia igual a la distancia
mnima.
La temperatura afecta a la capacidad de deteccinLos factores
ambientales tienen una gran repercusin sobre las medidas.Las ondas
de ultrasonido se mueven por un medio material que es el aire.La
densidad del aire depende de la temperatura, influyendo este factor
sobre la velocidad de propagacin de la onda.
Un factor de error muy comn es el conocido como falsos ecos.
Puede darse el caso en que la onda emitida por el transductor se
refleje varias veces en diversas superficies antes de que vuelva a
incidir en el transductor (si es que incide). Este fenmeno,
conocido como reflexiones mltiples, implica que la lectura del
sensor evidencia la presencia de un obstculo a una distancia
proporcional al tiempo transcurrido en el viaje de la onda; es
decir, una distancia mucho mayor que a la que est en realidad el
obstculo ms cercano, que pudo producir la primera reflexin de la
onda.
Algunas Configuraciones en Microrobots empleando
UltrasonidosExisten dos formas bsicas o configuraciones para disear
un sistema de medicin de distancias por ultrasonidos que son la
configuracin en forma de anillo o la tipo sonar (sensor
giratorio).
Anillo de Sensores:
Tipo Sonar (sensor giratorio):
APLICACIONES DEL ULTRASONIDOMedicina y biologaAqu nos
centraremos ms en la diagnosis. La tcnica ms conocida, es la
ecografa. La idea, una vez ms, es inyectar ultrasonidos a travs de
la piel en el organismo del paciente (baja intensidad, en torno a
unos pocos miliwatios).
TRATAMIENTO DE PRODUCTOS ALIMENTICIOS
La aplicacin de ultrasonidos se llama de procesado mnimo puesto
que la idea es destruir los microorganismos que daan los alimentos
pero sin cambiar la apariencia externa de los mismos.
APLICACIONES QUMICAS
Los ultrasonidos tambin tienen aplicaciones en el campo de la
Qumica. Su principal funcin aqu es la de activar ciertos compuestos
con el fin de acelerar las reacciones qumicas en los procesos de
fabricacin de materiales organometlicos. En los ltimos aos, se ha
creado una nueva rama de la Qumica: la Sonoqumica, con un futuro
interesante.
LOS DETECTORES DE GRIETASlos detectores de grietas en los
materiales metlicos (opacos a las radiaciones electromagnticas),
que se basan en el hecho de que las grietas reflejan parcialmente
la energa ultrasonora incidente.
Sensores de distancias largas RADAREs un sistema que usa ondas
electromagnticas para medir distancias, altitudes, direcciones y
velocidades de objetos estticos o mviles.
Aplicaciones de los radaresTrafico AreoDeteccin de carros
TELMETROUntelmetroes un dispositivo capaz de medirdistanciasde
forma remota.
Tipos de TelmetrosUltrasnicos El telmetro emite unultrasonidoque
se refleja en el blanco y el telmetro recibe el eco.
Laser Realiza medidas de distancia de forma automtica como el
ultrasnico, pero con mayor exactitud.Sensores de distancias
cortasLASER DE TRIANGULACIONLos lseres de triangulacin proyectan un
haz de luz sobre la superficie a medir, este haz es reflejado en el
fotodetector del aparato con un cierto ngulo de inclinacin, que
variar en funcin de la distancia medida.
Utilizado para la medicin de pequeas distancias.
Rango: 2mm a 500mmSensor InfrarrojoEs undispositivo
optoelectrnicocapaz de medir laradiacin electromagnticainfrarrojade
los cuerpos en sucampo de vision.FUNCIONAMIENTOEl emisor (IRLED)
emite una onda electromagntica que cuando hace contacto con el
objeto esta rebota y es captado por receptor (fototransistor), este
a su vez da una seal en uno de sus pines, y mientras mas rpido se
de la seal, mas corta ser la distancia a medir.
Sensores PasivosEstn formados nicamente por elfototransistorcon
el cometido de medir las radiaciones provenientes de los
objetos.
Sensores ActivosSe basan en la combinacin de unemisor y un
receptorprximos entre ellos, normalmente forman parte de un
mismocircuito integrado. El emisor es un diodoLEDinfrarrojo (IRED)
y el componentereceptorelfototransistor.
CLASIFICACIN SEGN EL TIPO DE SEAL EMITIDA
SENSORES REFLEXIVOSEste tipo de sensor presenta una cara frontal
en la que encontramos tanto al LED como alFototransistor. Debido a
esta configuracin el sistematiene que medir la radiacin proveniente
del reflejo de la luz emitida por elLED.
SENSORES DE RANURA(SENSOR BREAK-BEAM)Este tipo de sensor sigue
el mismo principio de funcionamiento pero la configuracin de los
componentes es diferente, ambos elementos se encuentran enfrentados
a la misma altura, a banda y banda de una ranura normalmente
estrecha, aunque encontramos dispositivos con ranuras ms
grandes.
SENSORES MODULADOSSon sensores orientados a la deteccin de
presencia, medicin de distancias, deteccin de obstculos teniendo un
cierta independencia de la iluminacin.
SENSORES DE BARRIDONormalmente estos sistemas forman parte de un
dispositivo de desplazamiento perpendicular al eje de exploracin
del sensor, para poder conseguir las medidas de toda la
superficie.
Los sensores infrarrojos estn diseados especialmente para la
deteccin, clasificacin y posicionado de objetos; la deteccin de
formas, colores y diferencias de superficie, incluso bajo
condiciones ambientales extremas. El uso de infrarrojo est siendo
ampliado al usarse en aparatos tales como:Aire acondicionado, para
la apertura de puertas, control de reproductores porttiles,
etc.
APLICACIONES
DOMSTICASLos sensores infrarrojos se utilizan en
electrodomsticos de lnea blanca tales como hornos microondas, por
ejemplo, para permitir la medicin de la distribucin de la
temperatura en el interior. Estos dispositivos se usan tambin en el
control climtico de la casa para detectar oscilaciones de la
temperatura en un local. Los sensores infrarrojos tambin se pueden
utilizar como sensores de gas.
CIENCIAS MDICAS Y BIOLGICAS Los sensores infrarrojos ofrecen una
solucin para ciertos procedimientos de reconocimiento, por ejemplo,
los de mama y de msculos.
SEGURIDAD AREA Y TERRITORIALLos sistemas infrarrojos de
monitorizacin del campo, tanto fijos como porttiles, sustituyen
cada vez ms a los sistemas refrigerados por su reducido consumo de
energa.
AUTOMOVILISMOLos sensores infrarrojos se usan en el campo de la
seguridad y el confort en la conduccin. Monitorizacin del trfico y
carreteras, sistemas antiniebla, de los neumticos y frenos, mejoras
de la visin del conductor y deteccin de los ocupantes sentados.
PERIFRICOS DE TI Y PRODUCTOS DE CONSUMOUna de las aplicaciones
futuras es la integracin de un termostato para las mediciones de la
temperatura de los cuerpos y objetos integrados en los telfonos
mviles.
