SENSOR FOTOELETRICO

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.