sensores de presença

• INTRODUÇÃO

• INDUTIVO

• CAPACITIVO

• ULTRA-SOM

• FABRICANTES E MODELOS

Os sensores de presença têm como função indicar ou não a presença de uma pessoa ou um objeto em um determinado ambiente.

Para obter essa funcionalidade, podem-se usar diferentes métodos, como: indutivo, capacitivo e ultra-som. Cada um possui princípios de funcionamento e características próprias, como será explicado a seguir.

Sensores depresença indutivos funcionam gerando

um campo eletromagnético à sua frente. Quando um corpo metálico

ferroso ou não-ferroso entra no

campo, sãoinduzidas no objetocorrentes de fuga,

que causam perdas na

energia armazenada

no campo.

FIG. 1 – SENSOR INDUTIVO

O sensor consiste de uma bobina sobre um núcleo de ferrite, um oscilador, um circuito de disparo de sinais de comando e um circuito de saída. A figura abaixo esquematiza essas partes.

FIG. 2 – SENSOR INDUTIVO

- Quando um objeto metálico penetra no campo, a perda de energia ocasionada pelas correntes de fuga no objeto resulta numa amplitude de oscilação menor, ou até nula.- A distância de acionamento do sensor depende da intensidade do campo eletromagnético, que por sua vez depende do tamanho da bobina.

A chamada “distância sensora nominal” é aquela onde o sensor teoricamente é ativo, sem levar em conta variações como temperatura e ruído. Já a “distância sensora efetiva” ou “distância sensora operacional” é a distância prática, em condições de funcionamento.

Outro fator que influencia as distâncias de acionamento é o material a ser captado pelo sensor. Em geral, os fabricantes de sensores disponibilizam uma tabela de fatores de correção.

Sensores de presença capacitivos são projetados para operar gerando um campo eletrostático e detectando mudanças neste campo causadas quando um alvo se aproxima da face ativa.

FIG. 3 – SENSOR CAPACITIVO

Como mostra a figura, as partes internas do sensor consistem em uma ponta capacitiva, um oscilador, um retificador de sinal, um circuito de filtragem e um circuito de saída.

Na ausência de um alvo, o oscilador está inativo. Quando há presença, a capacitância do circuito é aumentada através da ponta de compensação. Quando a capacitância atinge um valor pré-determinado, o oscilador é ativado, o que ativa o circuito de saída e faz com que ele comute seu estado (de “aberto” para “fechado” ou vice-versa).

A capacitância do circuito com a ponta de compensação é determinada pelo tamanho do alvo, sua constante dielétrica e a distância até a ponta. Sendo que o tamanho do alvo e a constante dielétrica são diretamente proporcionais à capacitância, e a distância é inversamente proporcional à mesma.

Os sensores ultrassônicos operam emitindo e recebendo ondas sonoras em alta freqüência.

A freqüência é geralmente em 200 kHz, que é alta demais para um ouvido do ser humano. A figura ilustra um sensor este tipo.

FIG. 4 – SENSOR ULTRA-SOM

Há dois modos básicos de operação: modo oposto e modo difuso (eco).

No modo oposto, um sensor emite a onda sonora e um outro, montado do lado oposto do emissor, recebe a onda sonora. A figura 5 abaixo exemplifica este modo de funcionamento.


Já no modo difuso, o mesmo sensor emite a onda sonora e a recebe de volta. Um esquema deste modo é apresentado na figura:


A faixa de detecção é o alcance dentro do qual o sensor ultrassônico detectará o alvo sob flutuações de temperatura e tensão.

Os sensores ultrassônicos possuem uma zona cega localizada na face de detecção. O tamanho da zona cega depende da freqüência do transdutor. Os objetos localizados dentro de um ponto cego podem não ser detectados.

Certas características do alvo devem ser consideradas ao usar os sensores ultrassônicos. Elas incluem forma do alvo, material, temperatura, tamanho e posicionamento.

Materiais macios, tais como tecido ou espuma de borracha são difíceis de detectar com tecnologia de ultra-som difuso porque eles não são refletores de som adequados. O alvo padrão para um sensor ultrassônico de tipo difuso é estabelecido pela Comissão Eletrotécnica padrão IEC 60947-5-2.

O alvo padrão é uma forma quadrada, possuindo uma espessura de 1 mm e feito de metal com um fim rolado.

O tamanho do alvo é depende da faixa de detecção. Para os sensores ultrassônicos de modo oposto, não há padrão estabelecido.

Ao lado na figura é mostrado um gráfico com características de um exemplo de sensor de ultra-som.

Fabricante: TransmetaSistemas

Modelo: Sensor de Presença

Programável

Características: Bivolt,ajuste do temporizador,ajuste de sensibilidade,alcance frontal de até

12mnuma angulação de

120º.

Preço: R$ 24,99.

Fabricante: Gallop

Modelo: Visitor Chime

Características: Alimentação

DC com 3 pilhas AA, alcance

de 4 a 5 metros numaangulação de 120º, 16toques diferentes.

Preço: R$ 29,99.

Fabricante: Sense -Sensores e Instrumentos

Modelo: PS1,5-8GM45-E

Características: alimentação

de 10 a 30 VDC, Ø 8mm,distância operacional1,21mm, alvo padrão8x8mm, contato NF,

graude proteção IP67.

Preço: R$ 85,00.

Fabricante: Festo

Modelo: SIEN-4B-NS-K-L


de 10 a 30 VDC, Ø 6,5mm,

distância operacional0,8mm, contato NA,

grau deproteção IP67.

Preço: R$ 80,00.

Fabricante: Metaltex

Modelo: CR30-15DN2


de 12 a 24 VDC, Ø 30mm,

distância operacional 15mm,

contato NF.

Preço: R$ 140,00.

• INTRODUÇÃO

• ÓPTICOS

• POTENCIOMETRO

• EFEITO HALL

• ENCODER


Os sensores de posicionamento são geralmente usados quando se necessita monitorar a posição de uma peça, como por exemplo tornos automáticos industriais, contagem de produtos ou até mesmo verificar a posição de um braço de um robô. Estes sensores têm diversas divisões quanto à funcionalidade especifica, as principais são sensores de posicionamento relativo e absoluto.

Nos sensores relativo a informação é enviada de acordo com a posição anterior, e nos absolutos os dados se referem a posição específica.

Posição linear

Posição angular

De passagem: indicam que foi atingida

uma posição no movimento, os detectores

de fim-de-curso e contadores

De posição: indicam a posição atual de

uma peça, usados em medição e

posicionamento.

Por reflexão: detecta a posição pela luz que retorna a um foto - sensor (foto - diodo ou foto - transistor, LDR ), emitida por um LED ou lâmpada e refletida pela peça.

Por interrupção: a luz emitida é captada por um foto - sensor alinhado, que percebe a presença da peça quando esta intercepta o feixe.

Geralmente usados para a contagem de peças de uma linha de montagem, e também para indicar o fim do curso.

Vantagens DesvantagensVida útil alta Caros

Frágeispré - requisitos

PrecisosDiversficado

Tensão nos extremos de potenciômetro linear: tensão entre o extremo inferior e o centro (eixo) é proporcional à posição linear (potenciômetro deslizante) ou angular (rotativo).

Existem potenciômetros especiais, de alta linearidade e dimensões adequadas, de fio metálico em geral, com menor desgaste.

Vantagens DesvantagensBaratos Pouco Exato

Baixa resoluçãoImpõe carga ao sitema

SimplesAbsolutos

Os sensores magnéticos de efeito Hall têm seu princípio de funcionamento baseado na colocação de um imã fixo no eixo rotor e sensores de efeito Hall que detectam a passagem do campo magnético pelos mesmos, detectando velocidade e posição do eixo em movimento.

Sua vida útil é longa, são robustos e baratos, no entanto, sua instalação é difícil, o que limita sua aplicação, além de possuir sérias restrições quanto à temperatura de operação.

O princípio de funcionamento de um encoder absoluto e de um encoder incremental é bastante similar, isto é, ambos utilizam o princípio das janelas transparentes e opacas, com estas interrompendo um feixe de luz e transformando pulsos luminosos em pulsos elétricos.

O encoder absoluto possui um importante diferencial em relação ao encoder incremental: a posição do encoder incremental é dada por pulsos a partir do pulso zero, enquanto a posição do encoder absoluto é determinada pela leitura de um código e este é único para cada posição do seu curso; conseqüentemente os encoders absolutos não perdem a real posição no caso de uma eventual queda da tensão de alimentação (até mesmo se deslocados).

Código de saída de um encoder absoluto é utilizado para definir a posição absoluta do encoder. O código mais empregado é o binário, pois este é facilmente manipulado por um circuito relativamente simples e, com isso, não se faz necessário nenhum tipo de conversão para se obter a posição real do encoder. O código é extraído diretamente do disco (que está em rotação). O sincronismo e a aquisição da posição no momento da variação entre dois códigos tornam-se muito difíceis.

Se nós pegarmos como exemplo dois códigos consecutivos binários como 7 (01112) e 8 (10002), notaremos que a variação de zero para um e um para zero ocorre em todos os bits, e uma leitura feita no momento da transição pode resultar em um valor completamente errado como na figura abaixo.

Zona de Múltiplas comutações em um encoder absoluto.

Para solucionar esse problema é utilizado um código binário chamado "Código Gray", que tem a particularidade de na comutação de um número para outro somente um bit ser alterado como podemos verificar na tabela abaixo.

Enconder absolutos single turn e multi turn.

Como poderão observar, existem resoluções múltiplas de 2 e também múltiplas de 360, portanto, a escolha de um ou de outro dependerá diretamente da sua aplicação.

Quando o número bits da resolução do encoder não é potência de 2, a propriedade de mudar somente um único bit deixa de ser verdadeira no código Gray. Por exemplo, se tivermos um encoder absoluto com 12 posições/revolução, o código é o ilustrado na tabela abaixo

N = X - NPOS / 2onde:

N é o valor do off-set.X = 2 elevado a n = é o maior valor múltiplo de dois, logo após o NPOS.NPOS é o número de posições do encoder absoluto.

Para o nosso exemplo temos (tabela abaixo):

N = (X - 12) / 2 = (16 - 12) / 2 = 2

X = 2 elevado a 4

Fabricante: Metaltex

Modelo: AM52110D6

Características: contato

reversível, capacidade

para 21A e 250VCA,

atuador com pino.

Preço: R$ 4,50.

Fabricante: Festo

Modelo: MLO-POT-225-TLF


10 VDC, 225mm de curso,

sinal analógico de saída.

Preço: R$ 150,00.

Fabricante: TEKEL

Modelo: TKE45

Características:

alimentação 5 a 30

VDC, encoder

absoluto, monogiro, Ø

63,5mm, resolução de

16 bits.

Preço: R$ 1015,67.

• INTRODUÇÃO

• TIPOS DE SENSORES


Os sensores foto-elétricos são os mais conhecidos e utilizados, tanto na indústria quanto em escolas e projetos.

A funcionalidade destes sensores é bem diversa, e por isso os sensores foto-elétricos são utilizados em muitos outros tipos de sensores, como por exemplo os sensores de posicionamento por encoder óptico.

O seu princípio de funcionamento é o seguinte: o transmissor é composto de um diodo emissor de luz infravermelho (invisível a olho nu) que tramite “flash” em uma determinada freqüência.

Quatro Princípios de Detecção:

Sensores Fotoelétricos com Supressão de Primeiro Plano (FGS)

Detecção de objetos baixos, por ex., em correias transportadoras. Objetos com altura inferior aos objetos selecionados são detectados.

Sensores Fotoelétricos com Supressão de Fundo (BGS)Detecção de objetos dentro de uma distância de leitura definida. Objetos além desta distância não são detectados.

Sensores Fotoelétricos com Reflexão Difusa e Blanking (área inativa) de Fundo (BGB)

Mesmo princípio que as fotocélulas de supressão de fundo (BGS), com a diferença que a distância entre o plano de fundo e o objeto é maior.

Sensores Fotoelétricos, Energeticos

A distância de leitura e o ponto de chaveamento podem ser definidos ajustando-se a sensibilidade.

Controle da passagem de peças por esteiras

transportadores;

Detecção de presença;

Detecção de carros;

Detecção de pequenas peças em espeços

reduzidos;

Entre outras...

BARREIRA FOTOELÉTRICA

Sensor: CX-411

Fabricante: Jabu

Distancia sensorial: 10m

Preço: R$439,44

Fabricante: Sunx

Sensor: NA2-N16

Preço: R$835,15

MODELO: CX-422 FABRICANTE: SENSEDISTANCIA SENSORIAL: 0,1mPREÇO: R$399,48

MODELO: OR1KT-EP-A2-J FABRICANTE: Wenglor Sensoric do Brasil DISTANCIA SENSORIAL: 1mPREÇO: R$826,25

MODELO: OR4K-18GI70-A

FABRICANTE: SENSEDISTANCIA SENSORIAL: 4mPREÇO: R$224,24

MODELO:OS300-18GI70

FABRICANTE: JABUDISTANCIA SENSORIAL: 50 A 300mmPREÇO: R$226,52

• CMU_CAM

• FIM-DE-CURSO

• GYRO – ACXRS150

• ACELERÔMETRO

• ENCODER

• GIRÔMETRO

A CMUcam é uma câmera que possibilita a identificação de cores (verde, vermelho e azul), através de um sistema de rastreamento de cores ela faz o posicionado em PAN e TILT (eixo x e y).

FIG. 1 – CMU_CAM

Sua função foi posicionar o atirador e dar o referencial de giro para o robô, enviando os sinais para o RC (controlador do robô), que são interpretados pelo seu software de tal forma a tomar decisões apropriadas durante o Período Autônomo, possibilitando a realização de qualquer rota pré-definida, ou até mesmo o posicionando do atirador durante o Período Controlado.

FIG. 2 – CMU_CAM

FUNCIONAMENTO DA CMU

A CMU, após a passagem de luz pelas lentes, gera uma voltagem proporcional à quantidade de luz percebida. Essa voltagem é convertida em um único valor numérico para cada canal. No caso da CMUcam este valor está numa faixa de 16 a 240.

Há um canal vermelho, um canal azul e dois canais verdes, cada qual é sensível somente a sua cor particular de luz. O canal verde extra, ajuda a encher a grade de modo que cada pixel possa ser igualmente posicionado através do sensor. A informação extra, também é parecida com o olho humano, o qual é mais sensível à cor verde. Por objetivo de simplificação a CMU ignora o segundo valor verde.

FIG. 4 – CMU_CAM

FIG. 3 – Adaptador TTL - 232

RASTREAMENTO DE COR

Rastreamento de cor é a capacidade de captar uma imagem, isolar uma cor particular e extrair informações sobre a localização da região da imagem que contem apenas aquela cor. Como por exemplo, supondo que você tire uma fotografia que contenha uma bola vermelha sobre um caminho de terra. Se alguém te pedir para desenhar uma caixa ao redor de qualquer coisa que contenha cor vermelha, você poderá perfeitamente desenhar um retângulo ao redor da bola. Esta é a idéia básica por trás do rastreamento de cor. Você não precisaria saber que o objeto é uma bola. Você precisaria somente ter um conceito de cor vermelha para isolar o objeto na foto.

FIG. 5 – VISUALIZAÇÃO DO OBJETO

Para especificar a cor, você precisa definir um valor mínimo e máximo permitido para cada um dos três canais de cores. Toda cor única é representada por um set de valor vermelho, verde e azul que indicam quanto de cada canal é incorporado à cor final. A parte “trapaceira” sobre especificar a cor é que você precisa definir um alcance de valores permitidos para cada canal. Desde que a luz não seja perfeitamente uniforme e a cor do objeto não seja perfeitamente uniforme, você precisa favorecer essas variações. Entretanto, você não precisa repousar muito estes limites, ou varias cores não desejadas serão aceitas.

Uma vez que você tem um limite para as cores que você deseja rastrear, a CMUcam pega esses limites e processa a imagem. Há muitas maneiras de você rastrear cores em uma imagem, que pode ser totalmente complexo. A CMUcam usa um simples algoritmo “one-pass” que processa cada novo quadro de imagem vindo independentemente da câmera. Inicia-se pelo topo esquerdo da imagem e seqüencialmente, examina cada pixel linha por linha. Se o pixel que esta sendo inspecionado cair dentro do alcance de cores que o usuário especificou, isso sinaliza que o pixel começou a ser rastreado.

DIFERENCIAÇÃO DE QUADROS

Diferenciação de quadros é um método de identificar mudanças em uma serie de imagens. Dada imagens múltiplas por tempos diferentes de um mesmo ou similares pontos de visão, é possível compará-los em ordem para isolar objetos que podem ter movimento. Usar a diferenciação de quadros da CMUcam é funcionalmente uma boa maneira de detectar e rastrear tais movimentos na cena. Ao invés de armazenar uma imagem inteira, a CMUcam armazena uma abstração da imagem. Usando um processo similar ao processo de rastreamento de cor, ela irá gerar ou comparar a imagem linha por linha baseado no dado recebido.

FIG. 6 – DIFERENCIAÇÃO DE CORES

A CMUcam representa internamente uma imagem referencial como um posicionamento de 8 por 8 bytes. Quando uma nova imagem é lida, ela é também convertida a um posicionamento de 8 por 8 bytes. Para procurar variar, cada bloco em uma grade 8x8, é subtraído do bloco de imagem referencial correspondente.

PORTS DE COMUNICAÇÃO

A CMUcam tem uma porta serial padrão para comunicar com um computador tão bem quanto uma porta serial TTL para comunicar com o micro controlador.

DESCRIÇÃO (CMU_cam)

Fabricante OMNIVISION

Preço $199,95

Fonte www.ifirobotics.com

Os sensores de toque, também chamados de “chaves fim-de-curso”, são interruptores acionados pela própria peça ou estrutura mecânica. Seu funcionamento é o mesmo de uma chave estilo “push-botton”. Se sua saída está normalmente em nível baixo, esta vai para nível alto ao ser ativada, e vice-versa.

Um exemplo de uso destes sensores são sas gavetas de toca-discos laser e videocassetes, indicando se a gaveta está fechada, ou há fita. Estas informações são necessárias ao microprocessador, para o acionamento dos motores (e do LED laser). Também se usam tais chaves para limitação de movimento, como no caso de uma abertura de um registro, ou giro de um braço robótico.

O ADXRS150 é um sensor de velocidade angular (giroscópio), que utiliza processos de micro-tratamento de superfície para implementar uma funcionalidade completa e um sensor de velocidade angular de baixo custo integrado com toda a eletrônica necessária em um único dispositivo.

FIG. 1 – ESQUEMA ELÉTRICO

CARACTERÍSTICAS oGiroscópio angular completo num único

dispositivooResposta no eixo – ZoRejeição à alta vibração em faixa larga de

freqüênciasoRuído de 0.05%/s/HzoImpacto de 2000g em operação com

alimentaçãooAuto-teste sob comando digitaloSaída de sensor de temperaturaoSaída de voltagem de referência precisaoSaída de velocidade angular absoluta para

aplicações de precisãooOperação com voltagem única de 12voPequeno e leve (<0.15cc, <0.5gramas)

APLICAÇÕES oSistema de navegação com GPSoControle de estabilidade de veículosoUnidades de medidas inerciaisoGuiagem e controleoEstabilização de plataforma

DESCRIÇÃO (Sensor-YRG-01)

Fabricante ESD SENSITIVE DEVICE

Preço $24,95

Fonte www.ifirobotics.com/ifi-store

O ADXl311 é um sensor de acerelação completo (acelerômetro) que utiliza processos de saída por tensão proporcional à aceleração medida, a partir de um micro-tratamento na superfície de contato.


FIG. 2 – DIAGRAMA EM BLOCOS

DESCRIÇÃO (Sensor-DAA-01)


Preço $24,95

Fonte www.ifirobotics.com/ifi-store

Um gerador de Pulsos incremental ou absoluto (encoder) é um sensor/transdutor que converte movimento ou posição mecânica através de um eixo em uma série de pulsos eletrônicos ou códigos (Binário/Gray).

FIG. 1 – ENCODER

o Até 2540 PPR; sinal de referência opcional

o Faixa de operação de 0 a 70ºC ou 0 a 85ºC opcional

o Máxima freqüência 250 Khz

o Proteção elétrica para inversão de polaridade, curto-circuito na saída e sobre-tensão

o Eixo: 1/4" ou 3/8"

o Velocidade Máxima: 300 RPM

o Carga Máxima no Eixo: 355 N axial e radial

o Alimentação/Saída: 5-26 Vcc / NPN Open Collector; 5 Vcc / TTL e 5 a 26 Vcc amplificador diferencial

CARACTERÍSTICAS

DESCRIÇÃO (Series 61K)

Fabricante GRAYHILL

Preço $15,95

Fonte www.kevin.org

Um Girômetro, em sua forma mais simplificada, pode ser encarado como um rotor montado sob uma estrutura que permite uma liberdade de inclinação em eixo de spin relativamente à base na qual é fixado. A essa estrutura mecânica, dá-se o nome de gimbal.

O funcionamento de um girômetro está baseado em um fato experimental: um corpo com seu eixo de spin apontando em determinada direção preserva tal direção em um grau bem maior se comparado com um corpo não em rotação.

DESCRIÇÃO


Preço $25,00

Fonte www.analog.com

sensores de presença

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