UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE NAYARITÁREA DE CIENCIAS BÁSICAS E INGIENIERÍAS

INSTRUMENTACION BASICARESUMEN DE EXPOSICION

“SENSORES DE PRESENCIA Y PROXIMIDAD”

INSTRUCTOR: ING. ISAAC PALACIOS JAUREGUI

SERGIO OCTAVIO PEÑA PLASCENCIAJOVANY PAUL BERMUDEZ LARES

PROGRAMA EDUCATIVO: IE

TEPIC, NAYARIT A 7 DE MARZ DEL 2013

SENSORES DE PRESENCIA

Los sensores de presencia tienen como finalidad determinar la presencia de un objeto en un intervalo de distancia especificado. Este tipo de sensores se pueden utilizar en relación con la forma de agarrar o evitar un objeto. Se suelen basar en el cambio provocado en alguna característica del sensor debido a la proximidad del objeto.A continuación pasamos a describir algunos de los tipos más importantes de sensores de presencia

SENSORES INDUCTIVOS

TIPOS DE SENSORES Los sensores inductivos detectan la presencia de metales mediante un campo electromagnético, los sensores capacitivos usan un campo electrostático, los sensores ultrasónicos usan ondas ultrasónicas y los sensores fotoeléctricos reaccionan a los cambios en la cantidad de luz recibida.

Sensor Objetos detectados TecnologíaInductivo Metal Campo electromagnético

Capacitivo Todos Campo electrostáticoUltrasónico Todos Ondas de sonidofotoeléctrico Todos Luz

SENSORES DE PROXIMIDAD INDUCTIVOS Este tipo de sensores incorporan una bobina electromagnética que es usada para detectar la presencia de un objeto de metal conductor. Ignoran los objetos no metálicos. Son utilizados principalmente en la industria, tanto para aplicaciones de posicionamiento como para detectar la presencia de objetos metálicos en determinados contextos (control de presencia o de ausencia, detección de paso, de atasco, de posicionamiento, de codificación y de conteo).

Los sensores inductivos usan el principio de operación de la corriente de Foucault.

El circuito oscilador produce un voltaje AC que, cuando se aplica a la bobina, causa un campo electromagnético. Principio de OperaciónEl funcionamiento del Sensor inductivo se basa principalmente en la etapa delOscilador:

R1

7 1 5U2

36

2R2

4UA741MJG

L1 C1

R3

La función principal de este circuito es generar una señal senoidal, aunque también funciona como un filtro de alta selectividad.

El circuito tanque LC genera una señal senoidal se frecuencia:

Cuando un objeto metálico entra al campo, las corrientes de Foucault circulan dentro de la placa y éstas generan1µFa la vez un campo magnético opuesto al generado por el oscilador. La disminución del campo magnético tiene el efecto de reducir la inductancia de la bobina, cambiando levemente la frecuencia de las oscilaciones.

Como se dijo anteriormente, el circuito también actúa como un filtro de alta selectividad. A pequeñas variaciones de la frecuencia de oscilación la amplitud de la señal decae rápidamente.

En ausencia de Objetos metálicos:

La señal senoidal tiene una frecuencia tal que se corresponde con la frecuencia central del filtro. La señal de salida es igual en amplitud a la señal de entrada (señal generada por el oscilador).

En presencia de Objetos metálicos:

La señal senoidal generada tiene una frecuencia levemente mayor a la frecuencia central del filtro, porque el acercar un objeto metálico al sensor tiene el efecto de disminuir la inductancia de la bobina y en consecuencia aumenta la frecuencia de oscilaciones.

El filtro atenúa en gran medida la amplitud de la señal de entrada por su selectividad.

Es de esta manera que la amplitud de la señal del oscilador se decrementa en presencia de objetos metálicos y se incrementa en ausencia de éstos.

Circuito Interno

El circuito interno de este tipo de sensor consiste en cuatro etapas:

Oscilador

Demodulador

Circuito de disparo

Circuito de salida

Oscilador

El oscilador consiste en un capacitor que almacena energía en su campo eléctrico y un inductor que almacena energía en su campo magnético.

La energía almacenada es transferida de ida y vuelta entre el capacitor y el inductor en medios ciclos alternados. Esto ocurre cuando el capacitor se descarga y se carga la bobina y viceversa.

Como la corriente va y viene, el campo magnético alrededor de la bobina se contrae y se expande al frente del sensor.

Demodulador

Como la corriente fluye en ida y retorno entre el capacitor y la bobina, se produce una onda senoidal, que es amplificada y alimentada a la etapa del demodulador.

El demodulador tiene un diodo que funciona como un rectificador de media onda, convirtiendo la onda senoidal en una señal DC pulsante. Esta señal pulsante es filtrada a un voltaje DC constante por el resistor y el capacitor R4 y C2 respectivamente.

Circuito de Disparo

El voltaje DC del Demodulador es alimentado a la etapa de disparo. La función del circuito de disparo es producir 2 voltajes diferentes tal que la transición de uno al otro sea muy rápido.

Cuando la salida del demodulador se reduce a un cierto nivel, la salida del circuito de disparo decrece rápidamente a un voltaje bajo.

Cuando la salida del demodulador se incrementa a un cierto nivel, la salida del circuito de disparo aumenta rápidamente a un voltaje alto.

Salida

La función de la etapa de salida es proveer una señal de salida del sensor que sea lo suficientemente grande para la carga que se conecte, por ejemplo: lámpara, alarma, PLC, etc.

Además, dos de los terminales de salida son utilizados para conectar una fuente de alimentación para el sensor.

Dos voltajes, un nivel alto y un nivel bajo, del circuito de disparo son alimentados a la terminal de entrada del circuito de salida.

Cuando un voltaje bajo es aplicado a la base del transistor PNP causa que este se encienda y funcione como un switch cerrado. El LED se enciende e indica que se ha detectado un tipo de metal.

Cuando un voltaje alto es aplicado a la base del transistor PNP causa que éste se apague y funcione como un switch abierto.

Funcionamiento en Conjunto

En ausencia del objetivo a detectar

En presencia del objetivo a detectar

Sensores Inductivos de Corriente Continua

Los modelos de sensores de CC son típicamente de 3 líneas o 4 líneas, aunque también están disponibles muchos modelos de 2 líneas. Los modelos de CC utilizan transistores NPN o transistores PNP para conmutar la señal de salida.

Modos de Operación

Carga a Sumidero

Los sensores con conexión de carga a sumidero usan un transistor PNP para conmutar la señal de salida. El tipo de transistor usado es un factor importante para determinar la compatibilidad con las entradas a los sistemas de control.

La siguiente figura muestra la etapa de salida de un sensor con conexión de carga a sumidero. Cuando el transistor NPN conmuta a ON, la corriente fluye a través del transistor a la carga.

Carga a fuente

Utiliza un transistor NPN para conmutar la señal de salida. Cuando el transistor NPN conmuta a ON, la corriente fluye a través de la carga al transistor.

También existen sensores con transistores complementarios, de 4 líneas. Una salida complementaria es definida como si se tuviera una salida normalmente abierta (NO) y una salida normalmente cerrada (NC) en el mismo sensor.

Operación Normalmente Abierto y Normalmente Cerrado

Las salidas son consideradas normalmente abiertas (NO) o normalmente cerradas (NC) basándose en el estado del transistor cuando un objeto de metal a detecta se encuentra ausente.

Si, por ejemplo, el transistor de salida está apagado cuando el objeto metálico está ausente, entonces es un dispositivo normalmente abierto (NO).

Si el transistor de salida está encendido cuando el objeto metálico está ausente, entonces es un dispositivo normalmente cerrado (NC).

Conexiones serie y paralelo

En muchas aplicaciones puede ser necesario utilizar más de un sensor para controlar un proceso. Los sensores pueden ser conectados en serie o en paralelo.

Cuando los sensores son conectados en paralelo cualquiera de los sensores puede entregar corriente a la carga (basta con que sólo uno detecte la presencia de un objeto metálico).

Cuando los sensores son conectados en serie todos los sensores deben entregar corriente a la carga (todos los sensores deben detectar uno o varios objetos metálicos a la vez).

Blindaje

Los sensores de proximidad contienen bobinas que se enrollan en núcleos de ferrita. Éstos pueden ser blindados o no blindados.

Los sensores no blindados usualmente tienen una mayor distancia de sensado que los sensores blindados.

Sensores de Proximidad Inductivos blindados

El núcleo de ferrita concentra el campo de radiación en la dirección de uso. Un aro de metal es puesto alrededor del núcleo para restringir la radiación lateral del campo. Los sensores blindados pueden ser montados al ras en una superficie metálica, pero se recomienda un espacio libre de metales por encima y alrededor de la superficie de sensado.

Sensores de Proximidad Inductivos no blindados

Un sensor de proximidad no blindado no tiene un aro de metal alrededor del núcleo de ferrita que restrinja la radiación lateral del campo. Los sensores no blindados no pueden ser montados al ras en superficies metálicas. Debe existir un área libre de metales alrededor de la superficie de sensado.

Montaje de varios sensores inductivos

Se debe tener en cuenta las siguientes recomendaciones para evitar interferencias entre los campos magnéticos de los sensores.

Sensores blindados adyacentes deben estar separados por lo menos dos veces el diámetro de los sensores.

Sensores no blindados adyacentes deben estar separados por lo menos tres veces el diámetro de los sensores.

Sensores blindados opuestos deben estar separados por lo menos cuatro veces el rango nominal de detección.

Sensores no blindados opuestos deben estar separados por lo menos seis veces el rango nominal de detección.

Objeto metálico Patrón Para Sensores Inductivos

Un objeto patrón está definido como una superficie lisa de acero dulce que tiene 1 mm de espesor. La longitud del lado del objeto patrón es igual al diámetro de la superficie del sensor o tres veces el rango nominal de operación, cualquiera que sea el mayor.

El acero dulce está compuesto por un gran contenido de hierro y carbón que otros tipos de acero.

Si un objeto es más grande que el objeto patrón, el rango de sensado no cambia. Aunque si el objeto es más pequeño o de forma irregular, la distancia de sensado se decrementa. Cuanto menor sea el área de la placa debe estar más cerca de la superficie del sensor para que sea detectada.

Tamaño del objeto y factor de corrección

Un factor de corrección puede ser aplicado cuando los objetos son más pequeños que el objeto patrón. Para determinar la distancia de sensado para un objeto que es más pequeño que el objeto patrón multiplicar el rango nominal de sensado por el factor de corrección.

Tamaño del Objeto Factor de CorrecciónComparado con Blindado No BlindadoObjeto Patrón

25 % 0.56 0.5050 % 0.83 0.7375 % 0.92 0.90

100 % 1 1

Material del objeto

Cuando el material a ser sensado es diferente al hierro dulce, se deben aplicar los siguientes factores de corrección.

Material Factor de CorrecciónBlindado No Blindado

Acero dulce 1 1Lámina de aluminio 0.90 1

Acero inoxidable 0.70 0.8Latón 0.40 0.50

Aluminio 0.35 0.45Cobre 0.30 0.40

Distancia de Operación Nominal

La distancia de operación nominal es un valor teórico que no toma en cuenta muchos factores como tolerancias de fabricación, temperatura de operación y voltaje de alimentación. En muchas aplicaciones el sensor puede reconocer un objeto que está fuera de la distancia de sensado. En otras aplicaciones el sensor podría no reconocer el objeto hasta que esté más cerca que la distancia de sensado. Varios otros casos pueden ser considerados cuando se evalúa una aplicación.

Distancia de Operación Efectiva

Se mide con el voltaje de alimentación nominal a una temperatura ambiente de 25 5 ºC. La distancia de operación efectiva varía 10% de la distancia nominal de sensado. Algunos dispositivos, sin embargo, detectan objetos más allá del 110% de la distancia nominal de sensado.

Distancia útil de conmutación

La distancia útil de conmutación es la distancia de conmutación medida bajo las condiciones especificadas de temperatura y voltaje. La distancia útil de conmutación es 10% de la distancia de operación efectiva.

Distancia de Operación Garantizada

La distancia de operación garantizada es cualquier distancia para que la operación del conmutador de proximidad dentro de las condiciones de operación permisible especificadas esté garantizada. La distancia de operación garantizada está entre 0 y 81% de la distancia nominal de operación.

Características de respuesta

Los sensores de proximidad responden a un objeto sólo cuando éste se encuentra en un área definida al frente de la superficie del sensor. El punto en el que el sensor de proximidad reconoce el ingreso de una placa es el punto de operación. El punto en que una placa saliente causa que el sensor regrese a su estado normal es llamado punto de liberación. El área entre esos dos puntos es llamado zona de histéresis.

Curva de Respuesta

La magnitud y forma de la curva de respuesta depende del sensor de proximidad.

La siguiente curva representa un tipo de sensor de proximidad.

En este ejemplo una placa a aproximadamente 0.45 mm de sensor causa que éste opere cuando la placa cubre cerca del 25% de la superficie del sensor. A 0.8 mm del sensor la placa debe cubrir completamente a la superficie del sensor.

Modelos comunes de sensores Inductivos

Ejemplos de Aplicación

SENSORES DE PROXIMIDAD CAPACITIVOS.

FUNCIONAMIENTO

Los sensores de proximidad capacitivos se diseñan para trabajar generando un campo electrostático y detectando cambios en dicho campo a causa de un objeto que se aproxima a la superficie de detección. Los elementos de trabajo del sensor son, a saber, una sonda capacitiva de detección, un oscilador, un rectificador de señal, un circuito de filtrado y el correspondiente circuito de salida.

En ausencia de objetos el oscilador se encuentra inactivo. Cuando se aproxima un objeto, el oscilador aumenta la capacitancia del condensador que hace de detector. Al superar la capacitancia un umbral predeterminado se activa el oscilador, el cual dispara el circuito de salida para que cambie entre “on” (encendido) y “off” (apagado).

La capacitancia de la sonda de detección viene condicionada por el tamaño del objeto a detectar, por la constante dieléctrica y por la distancia de este al sensor. A mayor tamaño y mayor constante dieléctrica de un objeto, mayor el incremento de la capacitancia. A menor distancia entre el objeto y sensor, mayor el incremento de capacitancia de la sonda por parte del objeto.

Los sensores capacitivos son a menudo más utilizados exitosamente en las aplicaciones que no pueden ser resueltas por otras técnicas de sensado. Estos responden a un cambio de dieléctrico en el medio que rodea la zona activa y, por medio de la regulación incorporada, permite sensar prácticamente cualquier sustancia. Además pueden detectar materiales a través de paredes de vidrio, plástico, o laminas de cartón.

Para el sensado de materiales de alta constante dieléctrica (agua, metales, aceite, combustible, azúcar, papel), no es necesario el contacto físico de los materiales con el sensor. Para los materiales plásticos y de baja densidad es necesario realizar un ajuste cuidadoso, ya que al ser materiales de baja constante dieléctrica, son de difícil detección.

El sensor fotoeléctrico consta fundamentalmente de un electrodo situado en el extremo del detector, conectado al citado circuito oscilador. Este electrodo constituye normalmente la palca de un condensador, el cual, a su vez, forma parte de un bucle de retroalimentación positiva dentro de dicho circuito oscilador; la otra placa de este condensador variable la constituye, o bien el propio objeto a detectar, el cual debe estar conectado previamente a masa, o bien una placa de masa independiente, ante la que se interpone el objeto.

Generalmente, el oscilador no oscila cuando la retroalimentación positiva es insuficiente. Debido a la presencia del objeto frente al electrodo, el circuito oscilador recibe un incremento de esta realimentación y empieza a oscilar, provocando la aparición de una señal de salida. Este tipo de sensor puede detectar materiales líquidos conductores con gran sensibilidad.

Sin embargo, la sensibilidad de detección de los aislantes es menor que la de las sustancia conductoras. Cuanto mayor es la constante dieléctrica y menor es el espesor, mayor es el sensado obtenido. La sensibilidad depende de las sustancias conductoras conectadas a los aislantes o colocadas en los mismos.

Si un objeto o un medio irrumpen en la zona activa de conmutación, la capacitancia del circuito resonante se altera. Al aumentar la capacidad, la corriente en el circuito oscilador también aumenta. El rectificador simplemente convierte la señal alterna en continua. Cuando esta señal alcance un determinado valor, actuara el circuito disparador que controla si a señal proveniente del rectificador corresponde al nivel de referencia necesario para conmutar el dispositivo de salida.

Gracias a su capacidad de reaccionar con una gama amplia de materiales, el sensor de proximidad capacitivo es el más universal en aplicaciones que el inductivo, pero este tipo de sensores es más sensible a perturbaciones, por ejemplo, su sensibilidad con respecto a la humedad es muy elevada, debido a la elevada constante dieléctrica del agua.

Sin embargo, están muy indicados para la detección de objetos a través de una pared no metálica (la constante dieléctrica del material a detectar debe ser por lo menos 4 veces el de la pared y el grosor de la pared debe de ser inferior a 4mm).

Aunque por razones de coste, en la detección de objetos metálicos se prefieren generalmente los sensores de proximidad inductivos a los capacitivos.

Otra aplicación es la detección de personal: cuando el operador de una maquina se acerca demasiado, se para la maquina, en previsión de posible accidente.

SISTEMAS DE RADAR

Radar, sistema electrónico que permite detectar objetos fuera del alcance de la vista y determinar la distancia a que se encuentran proyectando sobre ellos ondas de radio. La palabra "radar" corresponde a las iniciales de "radio detection and ranging". El radar, que designaba diversos equipos de detección, fue utilizado por las fuerzas aliadas durante la II Guerra Mundial. No sólo indicaba la presencia y distancia de un objeto remoto, denominado objetivo, sino que fijaba su posición en el espacio, su tamaño y su forma, así como su velocidad y la dirección de desplazamiento. Aunque en sus orígenes fue un instrumento bélico, hoy se utiliza ampliamente para fines pacíficos, como la navegación, el control del tráfico aéreo, la detección de fenómenos meteorológicos y el seguimiento de aeronaves.

Todos los sistemas de radar utilizan un transmisor de radio de alta frecuencia que emite un haz de radiación electromagnética, con una radiación de longitud de onda comprendida entre algunos centímetros y cerca de 1 m. Los objetos que se hallan en la trayectoria del haz reflejan las ondas de nuevo hacia el transmisor. El radar se fundamenta en las leyes de la reflexión de las ondas de radio, implícitas en las ecuaciones que controlan el comportamiento de las

ondas electromagnéticas, planteadas por el físico británico James Clerk Maxwell en 1864. Estas leyes quedaron demostradas por primera vez en 1886 a la vista de los experimentos del físico alemán Heinrich Hertz. El ingeniero alemán Christian Hülsmeyer fue el primero en sugerir el aprovechamiento de este tipo de eco mediante su aplicación a un dispositivo de detección diseñado para evitar colisiones en la navegación marítima. En 1922, el inventor italiano Guglielmo Marconi desarrolló un aparato similar.

Funcionamiento

Las ondas de radio se desplazan aproximadamente a 300.000 km/s, la velocidad de la luz. Los equipos de radar están compuestos por un transmisor, una antena, un receptor y un indicador. A diferencia de la radiodifusión, en la que el transmisor emite ondas de radio que son captadas por el receptor, los transmisores y receptores de radar suele hallarse juntos. El transmisor emite un haz de ondas electromagnéticas a través de una antena, que concentra las ondas en un haz coherente apuntando en la dirección deseada. Cuando las ondas chocan con un objeto que se halla en la trayectoria del haz, algunas se reflejan y

forman una señal de eco. La antena capta la energía contenida en dicha señal y la envía al receptor. Mediante un proceso de amplificación y tratamiento informático, el receptor del radar genera una señal en el dispositivo de visualización, por lo general una pantalla de ordenador o computadora.

Transmisores

El funcionamiento del radar implica que el transmisor emita una gran cantidad de energía para recibir, detectar y cuantificar una mínima fracción (una millonésima de una billonésima) de toda la energía de radio devuelta en forma de eco. Una forma de solucionar el problema de detectar este eco ínfimo en presencia de la enorme señal emitida es el sistema de impulsos. Durante un lapso de 0,1 a 5 microsegundos se emite un impulso de energía; a continuación, el transmisor permanece en silencio durante un espacio de centésimas o milésimas de microsegundo. Durante la fase de impulso, o emisión, el receptor queda aislado de la antena por medio de un conmutador TR (transmisor-receptor); durante el periodo entre impulsos, esta desconexión se efectúa con un conmutador ATR (anti-TR).

El radar de onda continua emite una señal continua, en vez de impulsos. El radar Doppler, que se utiliza a menudo para medir la velocidad de objetos como un coche o una pelota, transmite con una frecuencia constante. Las señales reflejadas por objetos en movimiento respecto a la antena presentarán distintas frecuencias a causa del efecto Doppler. La diferencia de frecuencias guarda la misma relación con la emitida que la existente entre las velocidades del objetivo y la de la luz. Un objetivo que se desplaza hacia el radar con una velocidad de 179 km/h altera la frecuencia de un radar de 10-cm (3.000 megahercios, MHz) exactamente en 1 kilohercio.

Si el receptor del radar está diseñado de forma que rechace aquellos ecos que poseen la misma frecuencia que el transmisor y sólo amplifica los de frecuencia distinta, únicamente visualizará los objetivos móviles. Estos receptores pueden seleccionar vehículos en movimiento en total oscuridad, como hace la policía para medir la velocidad de los automóviles.

El radar de frecuencia modulada (FM) emite una señal continua cuya frecuencia va cambiando de manera uniforme. La diferencia entre las frecuencias del eco y la del transmisor en el momento de la recepción de aquél permite calcular la distancia existente entre transmisor y objetivo. Estos sistemas son más exactos que los de impulsos, aunque tienen un alcance menor.

Las antenas de radar tienen que ser muy directivas, es decir, tienen que generar un haz bastante estrecho. Como la anchura del haz es directamente proporcional a la longitud de onda de la radiación e inversamente proporcional a la anchura de la antena, y dado que no resulta viable utilizar antenas grandes en las unidades móviles de radar, surgió la necesidad de construir el radar de microondas.

Otras ventajas de los radares de microondas son su menor vulnerabilidad a las medidas preventivas del enemigo, como las perturbaciones, y la mayor resolución de los objetivos. El movimiento necesario del haz del radar se consigue imprimiendo un movimiento denominado barrido. La forma más sencilla de barrido consiste en hacer girar lenta y continuamente la antena. Los radares de tierra que se emplean para la detección de aviones, a menudo llevan dos equipos de radar: uno efectúa el barrido en sentido horizontal para visualizar el avión y calcular el acimut, la distancia angular horizontal, y el otro lo realiza en sentido vertical para fijar su elevación. Muchas de las actuales antenas de radar llevan una batería con direccionamiento electrónico.

Antenas

Las antenas de radar tienen que ser muy directivas, es decir, tienen que generar un haz bastante estrecho. Como la anchura del haz es directamente proporcional a la longitud de onda de la radiación e inversamente proporcional a la anchura de la antena, y dado que no resulta viable utilizar antenas grandes en las unidades móviles de radar, surgió la necesidad de construir el radar de microondas.

Receptores

El receptor ideal debe ser capaz de amplificar y medir una señal muy débil con una frecuencia muy elevada. Como hasta ahora no se ha conseguido construir un amplificador móvil que cumpla esta función de forma satisfactoria, la señal se convierte a una frecuencia intermedia de 30 MHz mediante un circuito superheterodino y se amplifica a dicha frecuencia. La altísima frecuencia de la

señal del radar exige un oscilador y un mezclador con una precisión muy superior a la que se utiliza en los receptores normales de radio; no obstante, ya se han construido circuitos apropiados que utilizan como osciladores tubos de microondas de alta potencia denominados klistrones. La conversión de la frecuencia intermedia se efectúa de forma habitual y la señal se envía a continuación a una computadora.

Tratamiento informático

La mayoría de los radares modernos convierten la señal analógica recibida a una secuencia de números por medio de un convertidor analógico digital. Un ordenador de alta velocidad se encarga de procesar esta secuencia y extraer la información relativa al objetivo. En primer lugar, la señal retorna de tierra, donde se eliminan los objetos irrelevantes mediante un filtro indicador de objetivo móvil (MTI). A continuación se fracciona la señal en componentes discretos de frecuencia por medio de un transformador rápido de frecuencias (FFT). Por último, una vez combinadas las señales de muchos pulsos, se determina el objetivo mediante el procesador de frecuencia constante de falsa alarma (CFAR).

Los sistemas de radar cuya función principal consiste en detectar objetivos tienen que indicar la presencia o ausencia de éstos. Si el objetivo se halla realmente presente, el radar tendrá que detectarlo correctamente o ignorarlo por error. Si el objetivo no está presente de verdad, el radar puede indicar que no hay presencia del objetivo o puede producir una falsa alarma. La computadora CFAR tiene que ponderar de forma óptima las detecciones frente a las falsas alarmas.

Pantallas de radar

Las pantallas modernas de radar recuerdan a los complejos visores de los videojuegos. La detección de objetivos, la velocidad y la posición se pueden sobreponer a un mapa con la representación de carreteras u otras características importantes. Ciertos radares aéreos o en órbita espacial procesan las señales que retornan de tierra y proyectan un mapa de alta resolución del terreno. A menudo se pueden reconocer objetos tan pequeños como un camión a varios kilómetros de distancia, de noche y en condiciones meteorológicas adversas.

SENSORES ULTRASONICOS

Los sensores de ultrasonidos son detectores de proximidad que trabajan libres de roces mecánicos y detectan objetos a distancias de hasta 8m. El sensor emite pulsos ultrasónicos. Estos reflejan en un objeto, el sensor recibe el eco producido y lo convierte en señales eléctricas, las cuales son elaboradas en el aparato de valoración. Estos sensores trabajan solamente en el aire, y pueden detectar objetos con diferentes formas, colores, superficies y de diferentes materiales.

Los materiales pueden ser sólidos, líquidos o polvorientos, sin embargo han de ser deflectores de sonido. Los sensores trabajan según el tiempo de transcurso del eco, es decir, se valora la distancia temporal entre el impulso de emisión y el impulso del eco.

CARACTERISTICAS DE LOS ULTRASONIDOS

La frecuencia del sonido que está por encima del límite audible humano se conoce con el nombre de ultrasonido. El limite más bajo esta aproximadamente en los 20kHz. Las particulares características de los ultrasonidos, aplicada a los sensores de proximidad, son el resultado de la propagación de largas ondas mecánicas, que se manifiestan por una variación periódica de la densidad del medio portador, que conduce a comprensiones y dilataciones. La propagación de las ondas de sonido depende del medio transmisor, con lo que no es posible que se propague en el vacío.

FUNCIONAMIENTO

El sensor de proximidad ultrasónico puede dividirse en tres módulos principales, el transductor ultrasónico, la unidad de evaluación y la etapa de salida; un pulso corto dispara brevemente el transmisor ultrasónico. Este es generalmente un modulo piezo-electrico, es decir, basado en piezooxidos (materiales cerámicos que reaccionan según el efecto piezo-electrico, de forma similar al cuarzo).

El transmisor ultrasónico emite ondas sónicas en el rango inaudible a cualquier frecuencia, generalmente entre 30 y 300 kHz. En muchos casos, el transmisor ultrasónico cambia de emisor a receptor, es decir, operando como en un micrófono. Los filtros dentro del sensor de proximidad ultrasónico, comprueban si el sonido recibido es realmente el eco de las ondas sónicas emitidas.

La velocidad de los sensores de proximidad ultrasónicos está limitada por la máxima frecuencia de repetición de pulsos, la cual, dependiendo del diseño, puede oscilar entre 1 Hz y 25 Hz. La principal ventaja de los sensores de proximidad ultrasónicos reside en el hecho de que pueden detectar una amplia gama de diferentes materiales. La detección es independiente de la forma, color y material, mientras que el material puede ser solido, fluido o en forma de polvo. La verificación no se ve afectada por la suciedad, ni por las atmosferas con vapores o humos. Se genera una tensión alterna de alta frecuencia para exitar un modulo piezo-ceramico a la oscilación. Esta tensión de CA es activada en el modulo cerámico por medio de un generador de pulsos, cuando debe emitirse el pulso de transmisión.La medición de la distancia se calcula

según el tiempo de propagación. Un generador en rampa se dispara en el momento de la transmisión, lo cual genera una tensión dependiente del tiempo. Inmediatamente el modulo piezo-ceramico es conmutado para recibir. La señal ultrasónica se refleja si un objeto halla presente en la zona activa del sensor de proximidad. El sensor de proximidad recibe la señal y el generador de rampa se detiene. En este punto se evalúa el nivel de tensión y emite una señal de salida.

El sensor trabaja transmitiendo una “explosión” (muy por encima del oído humano) proporcionando un pulso de salida que corresponde al tiempo requerido para que el eco del sonido regrese al sensor. Al medir la amplitud del eco del pulso la distancia al objetivo se calcula fácilmente.

CARACTERISTICAS TECNICAS DE LOS SENSORES DE PROXIMIDAD ULTRASONICOS

Los sensores de proximidad ultrasónicos generalmente están disponibles en forma de sensores de reflexión directa, donde el emisor y el receptor se hallan en un mismo cuerpo. Por otro lado, se dispone de barreras ultrasónicas, que tienen el emisor y el receptor en cuerpos separados.

Se pueden citar las siguientes ventajas:- Rango de detección relativamente amplio (hasta varios metros).- Detección del objeto independientemente del material y del color- Detección segura de objetos transparentes (por ejemplo , botellas de vidrio).- Relativamente insensibles a la suciedad y el polvo.- Posibilidad de desvanecimiento gradual del fondo.- Posibilidad de aplicaciones al aire libre y detección sin contacto con puntos de

conmutación de precisión variable.- La zona de detección puede dividirse a voluntad.- Se dispone de versiones programables.

Los sensores de proximidad ultrasónicos tienen as siguientes desventajas:

- Si se utilizan sensores de proximidad ultrasónicos para superficies inclinadas, el sonido se desvía. Por ello , es importante que la superficie del objeto a reflejar este dispuesta perpendicularmente al eje de propagación del sonido, o bien, que se utilicen barreras ultrasónicas.

- Los sensores de proximidad ultrasónicos reaccionan con relativa lentitud. La frecuencia de conmutación máxima esta entre 1 y 125 Hz.

- Los sensores de proximidad ultrasónicos son generalmente mas caros que los

sensores de proximidad ópticos (casi el doble).