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Compilado Sensores Capacitivo y Ultrasonico
Compilado Sensores Capacitivo y Ultrasonico
Compilado Sensores Capacitivo y Ultrasonico
Medios de propagación
La velocidad del sonido varía dependiendo del medio a través del cual viajen
las ondas sonoras.
La velocidad del sonido varía también ante los cambios de temperatura del
medio. Esto se debe a que un aumento de la temperatura se traduce en un
aumento de la frecuencia con que se producen las interacciones entre las
partículas que transportan la vibración, y este aumento de actividad hace
aumentar la velocidad.
En general, la velocidad del sonido es mayor en los sólidos que en los líquidos
y en los líquidos es mayor que en los gases. Esto se debe al mayor grado de
cohesión que tienen los enlaces atómicos o moleculares conforme más sólida
es la materia.
γ = 1,4
R = 8,314 J/mol·K = 8,314 kg·m2/mol·K.s2
T = 293,15 K (20 °C)
M = 29 g/mol para el aire
La velocidad del sonido en el agua es de interés para realizar mapas del fondo
del océano. En agua salada, el sonido viaja a aproximadamente 1.500 m/s y en
agua dulce a 1.435 m/s. Estas velocidades varían principalmente según la
presión, temperatura y salinidad.
Distancia
Mientras más corta sea la distancia al objetivo, será más fuerte el eco.
De modo que si la distancia aumenta requerimos mejores características
reflejantes en la superficie objetivo.
Tamaño
Un objetivo grande tendrá mayor superficie para rebotar la señal que
un objetivo pequeño. La porción de superficie reconocida como
“objetivo” es normalmente la más cercana al sensor.
Ángulo
La inclinación de la superficie objetivo afecta la reflectividad. La parte que sea
perpendicular (90°) al sensor es la rebota el eco. Si la superficie total está
inclinada fuertemente la señal será rebotada alejándola del sensor y no
detectará eco.
El patrón del haz producido por el sensor se expresa en número de grados que
el haz se separa de la línea central del sensor. El haz se desparrama con un
patrón cónico a partir del transductor y aunque el haz ultrasónico continúa
desparramándose, el área de detección del sensor empieza a acortarse
respecto al rango de operación publicado. El área de censado se ve afectada
por el número de pulsos
enviado por el sensor y por el
nivel de sensibilidad. A nivel
alto de pulsos y sensibilidad,
mayor superficie que a
niveles bajos.
Y también debemos decir que la mayoría de las veces este tipo de sensores
ultrasónicos suele también tener una función infrarrojas, es decir que detecta a
los intrusos aunque la noche sea muy oscura. Al mismo tiempo desebemos
decir que muchos modelos de sensores ultrasónicos nos dan la posibilidad de
utilizar las diferentes funciones que los mismos tienen, ya que muchos de ellos
también poseen una funcione láser que hace que las alarmas se disparen en el
momento que alguien cruza la línea de luz, la cual es invisible, lo que seria la
trampa perfecta para cualquier ladrón.
Sensores en el automóvil.
Sensores ultrasónicos
Aplicación
Los sensores ultrasónicos se utilizan para averiguar las distancias a que se
encuentran posibles obstáculos y para vigilar un espacio; están integrados en
los parachoques de vehículos p. ej. para facilitar
entrada y salida de aparcamientos y las maniobras de estacionamiento. El gran
ángulo de abertura que se obtiene con el empleo de varios sensores (cuatro en
la parte trasera y de cuatro a seis en la parte delantera) permite determinar con
ayuda de la "triangulación" la distancia y el ángulo en relación con un
obstáculo. El alcance de detección de un sistema de tal clase cubre una
distancia de aprox. 0,25 a 1,5 m.
Estructura
Un sensor se compone de una caja de plástico con conexión por enchufe
integrada, un convertidor de ultrasonidos (membrana de aluminio en cuyo lado
interior hay pegada una pastilla piezoceramica) y una placa de circuitos
impresos con electrónica de emisión y evaluación (figura inferior). Dos de las
tres líneas eléctricas de conexión a la unidad de control sirven para la
alimentación de tensión. Por la tercera línea, bidireccional, se conecta la
función emisora y se transmite la señal de recepción evaluada de vuelta a la
unidad de control (conexión de colector abierto de alto potencial de reposo).
Funcionamiento
El sensor ultrasónico funciona según el principio "impulso-eco" en combinación
con la "triangulación". Cuando recibe de la unidad de control un impulso digital
de emisión, el circuito electrónico excita la membrana de aluminio mediante
impulsos rectangulares dentro de la frecuencia de resonancia para generar
vibraciones típicas de aprox. 300 µs, emitiéndose entonces ondas ultrasónicas:
la onda sonora reflejada por el obstáculo hace vibrar a su vez la membrana,
que entretanto se había estabilizado (durante el período de extinción de aprox.
900 µs no es posible ninguna recepción). La piezocerámica convierte estas
vibraciones en una señal eléctrica analógica, que la electrónica del sensor
amplifica y transforma en una señal digital (figura inferior). El sensor tiene
prioridad frente a la unidad de control y, al detectar una señal de eco, conmuta
la conexión de la señal a "bajo potencial" (<0,5 V). Si se encuentra una señal
de eco en la línea, no se puede procesar la señal de emisión. Cuando la
tensión se vuelve inferior al umbral de conmutación de 1,5 V en la línea de
señales, la unidad de control incita al sensor a que realice la emisión.
A fin de poder cubrir una zona lo más extensa posible, el ángulo de detección
es grande en el plano horizontal. En el plano vertical, por el contrario, es
necesario que el ángulo sea pequeño, para evitar reflexiones perturbadoras
procedentes del suelo.
La distancia "a" que hay hasta el primer obstáculo más cercano se calcula a
partir del tiempo de propagación del primer impulso de eco llegado y de la
velocidad del sonido.
Un ejemplo: actual de utilización son los sensores de aparcamientode, Estos
son unos sensores de ultrasonidos de un diámetro de 19mm.. Los sensores de
tercera generación utilizan la más avanzada tecnología de sensibilidad
asimétrica.. El micro sensor tiene una capacidad de detección muy amplia,
abarcando un ángulo de 160ª horizontalmente y 60º verticalmente. Esta
avanzada tecnología aumenta la capacidad de detección en un 100%
comparado con otros sistemas convencionales.
El minúsculo tamaño de los sensores, permite la instalación en todos los
coches, ya que pueden ser pintados con spray para conservar la imagen
original del vehículo.
Este dispositivo consta, de dos o cuatro sensores de ultrasonidos, a elección
del cliente, que son instalados en el parachoques trasero. El sistema
únicamente se activará cuando este activada la marcha atrás, indicado por un
suave sonido.
La frecuencia del tono indicara al conductor de la cercanía de algún objeto, y la
distancia hasta el vehículo.
Sensores electromagnéticos (radar)
d = t . c/2
La posición lateral del objeto del radar constituye la tercera dimensión de base
buscada. Esta sólo puede ser determinada si el haz del radar es dirigido en
diferentes direcciones; partiendo de la intensidad de la señal, se determina la
dirección que ofrece la reflexión más fuerte. Para ello es necesario un rápido
barrido ("scanear") mediante un haz o una configuración multihaz. Con varias
antenas.
Estructura
La frecuencia de trabajo de 76 GHz (longitud de onda de aprox. 3,8 mm) hace
posible una construcción compacta, requerida para el empleo en vehículos. Un
oscilador Gunn (diodo Gunn dentro de una caja ecoica) alimenta en paralelo
tres antenas patch dispuestas en yuxtaposición, que sirven al mismo tiempo
para la recepción de las señales reflejadas (figura inferior). Una lente de
plástico colocada delante (lente de Fresnel) concentra el haz de rayos de
emisión dentro de una ventana angular de ±5° en el plano horizontal y de ±1,5°
en el vertical, referida al eje del vehículo. Por el desplazamiento lateral de las
antenas, la característica de recepción de éstas (ancho de 6-dB : 4°) señala en
diferentes direcciones. Además de la distancia de los vehículos que marchan
delante y de su velocidad relativa, se puede averiguar de ese modo también la
dirección en la que son detectados. Unos acopladores direccionales separan
las señales emitidas de las señales recibidas. Tres mezcladores
posconectados transponen la frecuencia de recepción en bajas frecuencias
casi hasta el cero (0...300 kHz), mediante su mezcla con la frecuencia de
emisión. Las señales de baja frecuencia son digitalizadas para su ulterior
evaluación y sometidas a un rápido análisis de Fourier para determinar la
frecuencia.
La frecuencia del oscilador Gunn se compara continuamente con la de un
oscilador estable de referencia DRO (Dielectric Resonance Oscillator), siendo
regulada a un valor teórico prefijado. A la vez se varía la tensión de
alimentación del diodo Gunn, hasta que corresponde de nuevo al valor teórico.
Para la medición, a través de este bucle de regulación se aumenta y reduce
brevemente la frecuencia del oscilador Gunn cada 100 ms alrededor de 300
MHz en forma de dientes de sierra (FMCW Frequency Modulated Continuous
Wave). La señal reflejada en un vehículo que marcha delante sufre un retardo
relacionado con el tiempo de propagación de la onda (que se traduce en una
disminución de la frecuencia en el flanco ascendente y un aumento igual de la
frecuencia en el flanco descendente).
La diferencia de frecuencia es directamente proporcional a la distancia (p. ej. 2
kHz/m). Si los dos vehículos señalados no marchan a la misma velocidad, la
frecuencia de recepción aumenta entonces por razón del efecto Doppler, tanto
en el flanco ascendente como en el descendente.
¿Qué es la capacitancia?
Si se rellena el espacio entre las placas con un medio conductor (agua, ácido,
etc...) y cerramos el interruptor S se establecerá una corriente cuya intensidad
nos viene dada por la ley de Ohm.
I=V/R
Las placas, no hace falta decirlo, pueden ser de cualquier forma y tamaño. Una
de las placas puede estar a tierra, y de hecho lo está en muchas de las
aplicaciones industriales. Mientras que las propiedades de un condensador
pueden tener muchas utilidades, el fenómeno de la capacitancia puede ser un
engorro en muchos casos también. Se da capacitancia entre las líneas de
transmisión de alto voltaje y la tierra de modo que se produce cierta corriente
de fuga y por tanto perdida de potencia en las líneas.
Esto sensores se usan para detectar niveles de líquidos (agua, aceites, acidos,
pegamentos) y sólidos (polvos, granulados, terrones) pero también pueden
usarse para detectar objetos en procesos de conteo, por ejemplo.
Los sensores blindados tienen una banda metálica alrededor de la sonda. Esto
ayuda a dirigir el campo electrostático al frente del sensor y resulta en un
campo más concentrado.
Los sensores capacitivos no blindados son también más adecuados que los de
tipo blindado para utilizarlos con anclajes de plástico, accesorios diseñados
para aplicaciones en la medida del nivel de líquidos. El anclaje se monta por
medio de un barrero en el depósito y el sensor se introduce en el receptáculo
del anclaje. Este detecta el nivel de líquido en el interior del tanque a través de
la pared del anclaje del sensor.
Los sensores
capacitivos
reconocen junto
con los objetos
metálicos
también una
gran variedad
de otros
materiales. Se utilizan p. ej. Para la supervisión directa del estado del nivel y el
control de flujo.
Es importante destacar que las ventajas de
estos sensores tienen que ver con el hecho de
que los mismos detectan todo tipo de
elementos metálicos, a de más de que pueden
“ver” a través de algunos materiales y
disponen de muchas configuraciones de
instalación además de tener una vida útil
bastante larga. No obstante es importante
también destacar que los sensores capacitivos
tienen una distancia de detección corta que
varía según el material que deba detectar, y al
mismo tiempo son extremadamente sensibles
a los factores ambientales.
Es decir que si por ejemplo, una persona entrara en una empresa con un arma,
los sensores capacitivos inmediatamente la detectaría aunque ésta se
encuentre oculta entre la ropa y las pertenencias de la persona en cuestión, por
eso es que es muy común ver como en los aeropuertos o en los bancos y las
joyerías utilizan este tipo de artefactos que se poseen en su sistema sensores
capacitivos. Por último queremos agregar que a medida que va pasando el
tiempo las empresas que desarrollan este tipo de tecnología van actualizando y
adaptando los sensores para que los mismos puedan ser utilizados en más
campos de la seguridad, por eso es que es muy común que si estamos
interesados en adquirir un sistema de seguridad que posea sensores
capacitivos en su funcionamiento, nos ofrezcan de diferentes tipos y
capacidades.
Bibliografía:
http://infoindustrial.es/biblioteca/44-sensores-de-nivel/48-sensores-capacitivos?start=5