24/7/2014 Sensor de Ultrasom

http://amigonerd.net/exatas/engenharia/sensor-de-ultrasom 1/6

Sensor de Ultrasom

AmigoNerd.Net » Engenharia » Sensor de Ultrasom

Autor: AnônimoInstituição: FARSPTema: Sensor Ultra-Sônico

SENSOR DE ULTRASOM

1.0 – Sensor Ultra-Sônico

A operação do sensor ultra-sônico é baseada na emissão ereflexão de ondas acústicas, entre o objeto e um receptor.Normalmente o portador dessas ondas é o ar, mas podetambém ser liquido. O tempo de propagação de um som émedido e avaliado.

O sensor ultra-sônico transmite seus sons não audíveis nafreqüência usual de 30 a 300Khz.

Filtros implementados dentro do sensor ultra-sônico, verifica osom recebido e atualiza o eco emitido pela onda do sensor.

A velocidade de operação do sensor é limitada por uma frequência, que em média de 1Hz a 125Hz.

A maior vantagem deste sensor reside no fato de que pode detectar larga escala de diferentes materiais. Adetecção é independente da forma ou cor do material.

Apesar de o sensor ultra-sônico detectar uma larga escala de diferentes materiais, existem alguns materiais queabsorvem o som, e não são detectados, são eles: lã, tecido, espuma, borracha e outros materiais que absorvemsom.

Através do diagrama abaixo, pode-se verificar o funcionamento de um sensor deste tipo.

2.0 – Modo de Operação

O sensor de ultra-som é composto de um transmissor e um receptor de onda sonora. Ele pode operar de dois modos:

5.201 pessoas curtiram isso. Seja o primeiro entre seus amigos.Curtir

Sensor do Brasil

Linha Completa deSensores, mais de40.000 Itens, Liguede seu Celular!

Saiba mais

Climatização emCampinas

climaverde.com.br

Climatização de Grandes Áreas

em Campinas. Para Indústria e

Comércio

24/7/2014 Sensor de Ultrasom

http://amigonerd.net/exatas/engenharia/sensor-de-ultrasom 2/6

2.1 – Modo Oposto

A figura ao lado ilustra o funcionamento de sensor ultra-sônico no modo Oposto, Ele basicamente é composto por dois sensores sendoum operando como transmissor e outro como receptor.

O conjunto forma uma barreira sonora, como ocorre com a barreira ótica.

2.2 – Modo Difuso

A figura ao lado ilustra o funcionamento do sensor ultra-sônico no modo Difuso, Ele basicamente opera pelo princípio do eco, ou seja,ele emite um sinal ultra-sônico e aguarda pelo eco. Quando um objeto entra na zona detectável, ocorre um eco que é detectado pelosensor.

É um tipo de barreira sonora de um só sensor.

3.0 – Medidor de nível por ultra-som

O ultra-som é uma onda sonora (mecânica), cuja freqüência de oscilação é maior do que aquela sensível pelo ouvido humano, isto é,acima de 20kHz.

A geração ocorre quando uma força externa excita as moléculas de um meio elástico. Esta excitação é transferida de molécula amolécula do meio com uma velocidade que depende da elasticidade e inércia das moléculas.

A propagação do ultra-som depende, desta forma, de meio, se sólido, liquido ou gases e sua componente longitudinal da ondepropaga-se à velocidade característica do material, isto é, é função exclusivamente deste.

Na água, a 10°C, a velocidade de propagação do som é de 1440 m/s, enquanto que no ar, a 20°C, é de 343 m/s

Assim sendo, a velocidade do som é a base para medição através da técnica ECO, usada nos dispositivos tipo ultra-sônicos, sendofunção da temperatura e da pressão, cujos efeitos originados por esta última são desprezíveis.

4.0 – Geração do ultra-som

As ondas de ultra-som são geradas pela excitação elétrica de materiais piezelétricos.

A característica marcante desses materiais é a produção de um deslocamento quando aplicamos uma tensão elétrica. Assim sendo, eles

24/7/2014 Sensor de Ultrasom

http://amigonerd.net/exatas/engenharia/sensor-de-ultrasom 3/6

podem ser usados como geradores de ultra-som, compondo, portanto, os transmissores.

Inversamente, quando se aplica uma força em um material piezelétrico, resulta o aparecimento de uma tensão no seu terminal elétrico.Nesta modalidade, o material piezelétrico é usado como receptor de ultra-som.

Pela sua estabilidade, o quartzo cultivado é um dos materiais mais recomendados para fabricação do sensor transdutor.

A excitação destes transdutores pode ser realizada de três maneiras:

4.1 – Pulso

A excitação de pulso consiste em excitar o transdutor com pulsos que podem atingir uma tensão acima de 500V e com duração dealguns nanosegundos. A freqüência de repetição dos pulsos é da ordem de 300 a 1000 kHz.

4.2 – Onda Contínua

Como o nome indica, na excitação por onda contínua o transdutor é excitado por uma onda senoidal (às vezes, onda quadrada)ininterruptamente.

4.3 – Trens de Onda

Pode ser produzido por um gerador de ondas senoidais que é ligado por um tempo e, em seguida desligado, repetindo-se o processoperiodicamente.

1- Material Piezoelétrico

Fig. 34 – Geração de ultra-som

O princípio de operação dos dispositivos ultra-sônicos tem por base uma lei da ótica física: "O ângulo de incidência é igual aoângulo de reflexão" (ver figura 34).

Fig. 35 – Princípio de reflexão de ondas

Quando uma onda ultra-sônica, que se propaga em um meio, incide sobre a interface de duas substâncias de densidades diferentes, fazsurgir duas ondas emergentes: uma onda ultra-sônica proveniente da reflexão nessa interface (onda refletida) e outra proveniente da

24/7/2014 Sensor de Ultrasom

http://amigonerd.net/exatas/engenharia/sensor-de-ultrasom 4/6

mudança de meio de propagação, denominada onda refratada (ver fig 36).

Cada interface refletirá de forma diferente conforme esquematizado na figura 37.

Os dispositivos do tipo ultra-sônico utilizam-se da primeira, isto é, seu princípio de operação concentra-se reflexão da onde gerada pelotransdutor, quando encontra a interface com o produto cujo nível desejamos medir ou, mais precisamente, no lapso de tempo gastopela onde desde o instante que é gerada até o instante em que retorna àquele transdutor depois de refletir-se na interface.

Neste sistema, a onda é emitida e o tempo necessário para retornar é uma indicação da profundidade. O detector ultra-sônico contínuode nível (SONAR) mede o tempo requerido por uma onda ultra-sônica para ir da superfície do líquido, refletir-se e voltar.

O transdutor pode ser montado no topo do equipamento ou imerso no meio líquido, cujo nível se deseja medir.

A figura 38 ilustra algumas situações de projeto:

5.0 – Aplicações Comuns

O tipo de instalação (A) prevê dois transdutores, um para emissão e outro para recepção, montados em receptáculos distintos. Nestecaso, a onda é gerada no ar, propagando-se até a interface ar-líquido, onde ocorre a reflexão, para depois a onda refletida ser recebidano cristal receptor. A medição contínua do nível de líquido se faz de uma maneira indireta, uma vez que todo o percurso da onda érealizado no meio ar.

Em (B) o transdutor gera um trem de pulso ("burst") ultra-sônico e, enquanto a energia acústica é gerada, o receptor está desativado.

O emissor e o receptor estando num único receptáculo, faz-se necessário a ativação do receptor após a emissão do trem de ondas,visando à detecção do ECO. A montagem da unidade emissão/recepção no meio gasoso traz a vantagem de se evitar o contato com ofluido do processo; em contrapartida, apresenta a desvantagem de transferir para o meio gasoso uma parcela maior de sua energia.

Nas aplicações para medição de nível de líquidos, a direção do ângulo de incidência deve ser de +/- 2° em relação a vertical.

Na instalação (C), o tempo de ECO ultra-sônico indica diretamente o nível do produto. A unidade pode ainda ser montadaexternamente ao vaso (situação D), apresentando a vantagem adicional da não necessidade, de vazar o equipamento.

As instalações (C) e (D) discutidas neste sub-item são aplicáveis à detecção de nível de líquidos limpos, enquanto os esquemas (A) e (B)podem ser usados também para medir níveis de sólidos.

No caso de um SONAR, o mesmo funciona como um temporizador, que começa a atuar quando a onda sonora de alta freqüência éenviada, e mantém-se ativo até o eco da onda retornar ao transdutor.

O tempo que o sinal leva para retornar denomina-se TOF, (Time of flight); e através dele pode-se calcular a distância de um objeto.

A distância do alvo e dada por :

Sabe-se ainda que a velocidade do som dependente da temperatura e pressão (irrelevante), o que leva a estabelecer parâmetros para oambiente de prova.

6.0 – Possíveis Aplicações

Abaixo segue ilustrações das diversas aplicações possíveis para o sensor ultra-sônico.

24/7/2014 Sensor de Ultrasom

http://amigonerd.net/exatas/engenharia/sensor-de-ultrasom 5/6

76.0 – Referencias Bibliográficas

Instrumentação Básica – Pressão e Nível

SENAI – Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial

SENSORES INDUSTRIAIS: Fundamentos e Aplicações

Autor: Daniel Thomazini, Pedro Urbano Braga de Albuquerque

Comentários

Páginas relacionadas

Exatas > Engenharia

Mecânica - Trabalho e Energia Cinética

Transmissor de Pressãowarme.com.br

Medidor de Nível: 4-20 mA, 0-10 Vcc / Sinal Especial. Vendas e Eng.

Plug-in social do Facebook

Publicar também no Facebook Publicando como Renato Gloria (Trocar) Comentar

Comentar...

Renata Correa Meyer Schilling · Universidade Estácio de Sá

Boa tarde, gostaria de saber se teria como medir a espessura de um bloco de concreto com um sensor ultra sônico? Comogerar a onda dentro do bloco? Estou precisando muito dessa informação para meu projeto, se alguém puder me ajudar.Aguardo resposta.

Responder · Curtir · Seguir publicação · 2 de janeiro às 16:43

24/7/2014 Sensor de Ultrasom

http://amigonerd.net/exatas/engenharia/sensor-de-ultrasom 6/6

Exatas

AgronomiaAstronomiaEngenhariaEstatísticaInformáticaQuímica

Outras

ColegialDiversos

Biológicas

BiologiaBioquímicaEducação FísicaEnfermagemFarmáciaFisioterapiaFonoaudiologiaMedicinaNutriçãoOdontologiaTerapia OcupacionalVeterináriaZootecnia

Humanas

AdministraçãoArquiteturaCinemaContabilidadeDesenho IndustrialDireitoEconomiaHotelariaMarketingProdução CulturalRelações InternacionaisSecretariado ExecutivoTurismo

Sociais Aplicadas

ArquivologiaArteBiblioteconomiaCiências SociaisComunicaçãoFilosofiaGeografiaHistóriaLetrasPedagogiaPsicologiaServiço Social

Exatas > Engenharia

Sensores Indutivos

Exatas > Engenharia

Leis de Newton

Exatas > Engenharia

Interruptor Acionado por Luz

Exatas > Engenharia

Circuito de Conversor de Tensão

Política de privacidade | Contato