Sensor
Fotoelétrico BALLUFF.
Sensor fixado no Carrinho
No projeto AGV foi utilizado
dois sensores fotoelétrico BALLUFF, aplicação deste sensor é fazer o carrinho
para quando encontrar um objeto na sua frente ou atrás em uma distancia de
12cm.
O
uso de sensores e chaves para detecção de posição é muito comum na automação de
máquinas e processos. Suas aplicações costumam ser a contagem de peças,
verificação de posicionamento de uma peça para liberação de uma próxima fase do
processo, seleção entre peças diferentes e determinação de dimensional de um
produto, entre outras. Apesar de parecer um procedimento simples, muitas vezes
um projeto de automação pode sucumbir devido à escolha errônea de um sensor.
Figura 1
Exemplo de sensor foto elétrico,
transformando energia luminosa em energia elétrica.
11. CARACTERÍSTICAS
Ao escolher um sensor
fotoelétrico para uma determinada aplicação precisamos levar em conta suas
características. As principais são:
a)
Sensibilidade
A sensibilidade de um sensor
fotoelétrico nos diz de que modo a grandeza associada em sua saída varia com a
intensidade de luz que incide nesse sensor.
De uma forma geral, a
maioria dos sensores usados nas aplicações eletrônicas são extremamente
sensíveis no sentido de que basta apenas um fóton para que já possamos ter uma
variação sensível da grandeza associada.
O aproveitamento dessa
sensibilidade, na maioria dos casos vai depender muito mais da sensibilidade do
circuito usado no processamento dos sinais desse sensor.
b)
Resposta Espectral
Diferentemente do olho
humano, a maioria dos sensores fotoelétricos podem "ver" muito mais
do que os nossos olhos. Em outras palavras, esses sensores em sua maioria podem
perceber tanto radiação infravermelha como ultravioleta. Na figura 2 temos a
curva de resposta típica de alguns sensores, comparadas a sensibilidade do olho
humano.
Figura 2
A sensibilidade de diversos
sensores à radiação infravermelha é importante porque esses sensores podem
operar como fontes de radiação infravermelha tais como LEDs infravermelhos,
LASERs e mesmo outras.
c)
Velocidade
Em muitas aplicações os
sensores devem detectar variações muito rápidas de luz (ou sombra), como no
caso da leitura de código de barras, controles de velocidade de máquinas,
encoders ópticos, links por fibra óptica e outras aplicações.
Nem todos os sensores
existentes podem responder a essas variações rápidas ou modulação das fontes de
luz. No entanto, para os sensores lentos existem aplicações importantes como
àquelas que exigem o manuseio de correntes intensas no controle de automatismos
baseados em luz e sombra, etc.
Os sensores mais lentos podem
ter uma resposta tão baixa que limitam a sua freqüência de aplicação a pouco
mais de 10 kHz, enquanto que os mais rápidos podem chegar a dezenas de
Megahertz.
22. CLASSE DE PROTEÇÃO DOS SENSORES
33. FATORES
INICIAIS NA ESCOLHA DO SENSOR DE POSIÇÃO
Existem
diversas tecnologias de detecção de posição para uso em automação, e a decisão
de utilização entre uma ou outra depende de diversos fatores, tais como:
3.1)
O objeto a ser detectado – tipo de material, cor, dimensões, velocidade,
número
de operações por hora e etc;
3.2)
Local de instalação – distância do sensor ao objeto, restrições quanto ao
espaço
para montagem do sensor, etc;
3.3)
Condições ambientais – este é um ponto crucial na escolha do sensor correto. Deve-se
observar se há presença de água no ambiente, poeira, óleo ou produtos químicos.
Isto influenciará no grau de proteção adequado do sensor. Deve-se ficar atento
também à temperatura ambiente, pois a maioria dos sensores com eletrônica
embutida trabalha até 55ºC;
3.4)
Tipo de detecção a ser feita – deve-se definir se o sensor deve indicar somente
a presença ou ausência do objeto, ou se deseja saber a posição do objeto de um modo
analógico;
3.5)
Tensão de alimentação – deve-se saber a tensão de alimentação disponível e que
tipo de saída se deseja do sensor;
3.6)
Características dos sensores – deve-se saber a precisão, a repetibilidade e
tempo
de resposta desejados;
3.7)
Custo do sensor e sua vida útil – o custo do produto sempre é um fator
decisivo
na escolha. Deve-se, porém, avaliar se o custo baixo inicial não
acarretará
um alto custo de manutenção futuro.
4. CLASSIFICAÇÃO
DOS SENSORES
Os
sensores normalmente convertem um valor físico em sinal elétrico. Os sensores podem
ser divididos de acordo com o tipo de sinal de saída em sensores analógicos e digitais,
no nosso projeto utilizamos digital.
4.1)
Sensores Analógicos – os sensores analógicos geram um sinal elétrico de
saída
de acordo com a mudança contínua do valor da variável física. Esta
relação
não necessariamente é linear, mas sempre indica o valor da variável
física.
Sensores analógicos sempre oferecem mais informações que sensores
digitais;
4.2)
Sensores Digitais – os sensores digitais geram dois diferentes sinais de saída,
ou seja, “on” ou “off”. A mudança de um estado para outro ocorre para um valor específico
da variável física, e este valor pode normalmente ser ajustado.
Figura 3, Diferença de
sensores Analógicos e Digitais
Em
resumo, os sensores medem uma grandeza física e entregam um sinal elétrico como
saída. Se esse sinal puder tomar qualquer valor dentro de certos limites ao
longo do tempo, esse sensor é chamado de analógico. Se esse sinal elétrico só
puder tomar dois valores ao longo do tempo, sejam estes sinais de qualquer
amplitude, o sensor é chamado de digital.
55. CARACTERÍSTICAS
DOS SENSORES
As
principais características dos sensores, tanto analógicos quanto digitais são apresentadas
a seguir.
5.1)
Faixa de Medição (Range) – define-se como faixa ou range a todos os níveis de
amplitude da grandeza física medida nos quais se supõe que o sensor pode operar
dentro da precisão especificada. Assim, como exemplo, um sensor de pressão pode
ser fabricado para operar de 60 mmHg até 300 mmHg. A amplitude dessa escala é
definida como faixa.
5.2)
Resolução – define-se como resolução o menor incremento da grandeza física medida
que provoca uma mudança no sinal de saída do sensor. No caso de sensores
digitais, a resolução vai estar dada pelo menor incremento da grandeza física
medida que provoca uma mudança de 1 bit na leitura de saída do sensor digital.
5.3)
Sensibilidade – a sensibilidade é a transferência do sensor, quer dizer, a
relação
entre a variação do sinal elétrico entregue na saída e a variação da
grandeza
física medida. Um sensor de pressão pode ter uma sensibilidade de 3
mV/mmHg,
o qual significa que por cada mmHg que mude a pressão medida, o
sinal
elétrico entregue na saída mudará de 3 mV.
5.4)
Linearidade – dado um determinado sensor, se para variações iguais da
grandeza
física medida obtém-se variações iguais do sinal entregue, então
define-se
o sensor como linear, caso contrário, define-se como não – linear.
5.5)
Histerese – se o sensor entregar um determinado valor de saída para um
estímulo
crescente do sinal de entrada ao passar pelo valor X1, e outro valor
diferente
na saída para um estímulo decrescente do sinal de entrada ao passar
pelo
mesmo valor X1, então nesse caso se diz que há uma histerese no sensor.
5.6)
Exatidão ou Erro – dada uma determinada grandeza física a ser medida, a
exatidão
é a diferença absoluta entre o valor do sinal de saída entregue pelo
sensor
e o valor do sinal ideal que o sensor deveria fornecer para esse
determinado
valor de grandeza física.
5.7)
Relação Sinal / Ruído – é a relação entre a potência de um sinal qualquer
entregue
na saída do instrumento e a potência do sinal de ruído, medida como
sinal
de saída com informação de entrada nula (sem sinal de entrada). Esta
relação
pode ser expressa em termos percentuais ou em dB (decibéis), unidade que
representa 10 vezes do logaritmo da relação Sinal / Ruído.
S/N
(dB) = 10*log S(w) / N(w)
Onde:
S/N[dB]
– Relação Sinal / Ruído em decibéis;
S[w] –
Potência do Sinal de Saída do Sensor em Watts;
N[w] –
Potência do Ruído de Saída do Sensor para entrada nula em Watts.
5.8)
Resposta em Freqüência – qualquer sistema eletrônico que manuseia sinais elétricos
tem suas limitações em freqüência, isto é, sinais em determinadas freqüências
são reproduzidos e em outras não. Não é diferente no caso dos sensores. Se a
grandeza física medida varia sua amplitude com uma determinada freqüência, é
possível que o sinal elétrico entregue pelo sensor reproduza essas mudanças com
a amplitude adequada, mas se a freqüência dessas mudanças na grandeza física
aumentar, é possível que o sinal de saída entregue pelo sensor diminua sua
amplitude em função da freqüência dessas mudanças. Desta forma define-se
resposta em freqüência de um sensor como a faixa do espectro que esse consegue
reproduzir.
