Visualizações: 585 Autor: Editor do site Horário de publicação: 21/05/2020 Origem: Site
Sensores ultrassônicos são sensores sem contato que usam ondas sonoras de alta frequência para detectar objetos, medir distâncias, monitorar o nível de líquido e identificar a posição do material. Eles são amplamente utilizados na fabricação, sistemas de energia, metalurgia, materiais de construção, produtos químicos, processamento de alimentos, automóveis, armazenamento, navios, têxteis, transporte, robótica, monitoramento de nível de líquido, detecção de fluxo de canal aberto e automação industrial.
As principais vantagens dos sensores ultrassônicos são alta precisão de medição, operação estável, detecção sem contato, forte direcionalidade e capacidade de trabalhar com muitos materiais líquidos e sólidos. No entanto, os sensores ultrassônicos também apresentam limitações, como faixa de frequência fixa, tensão de acionamento relativamente alta, zonas cegas, alcance limitado e sensibilidade à temperatura, materiais macios, fluxo de ar e condições de instalação.
Um sensor ultrassônico funciona transmitindo ondas ultrassônicas e recebendo o eco refletido. O sensor envia um pulso sonoro de alta frequência em direção a um alvo. Quando a onda sonora atinge a superfície do objeto, parte da onda é refletida de volta para o receptor. O sensor então calcula a distância ou posição com base no tempo entre a transmissão e a recepção.
A sonda ultrassônica geralmente é baseada em elementos cerâmicos piezoelétricos. Esses elementos piezoelétricos podem converter energia elétrica em vibração mecânica para transmitir ondas ultrassônicas e também podem converter a vibração recebida de volta em sinais elétricos.
Quando o sinal de pulso aplicado corresponde à frequência ressonante natural do elemento piezoelétrico, o elemento vibra fortemente e gera ondas ultrassônicas. Quando as ondas refletidas retornam para a sonda, o elemento piezoelétrico recebe a vibração e a converte em um sinal elétrico para análise.
| Vantagem | Por que é importante |
|---|---|
| Medição sem contato | O sensor pode detectar objetos sem tocá-los, o que é útil para materiais frágeis, móveis, quentes ou corrosivos. |
| Funciona com muitos materiais | Os sensores ultrassônicos podem medir muitos líquidos e sólidos, incluindo materiais opacos que são difíceis para sensores ópticos. |
| Não afetado pela cor ou transparência | Como a detecção é baseada na reflexão sonora, a cor e a transparência do alvo geralmente têm pouco efeito na medição. |
| Boa direcionalidade | As ondas ultrassônicas têm comprimentos de onda curtos e forte direcionalidade, tornando-as adequadas para medição de distância e nível. |
| Pode trabalhar em ambientes escuros | Ao contrário dos sensores ópticos, os sensores ultrassônicos não dependem de luz visível. |
| Útil em poeira, fumaça ou névoa | Muitos sensores ultrassônicos podem funcionar melhor do que sensores ópticos em ambientes empoeirados, enfumaçados ou com pouca luz. |
| Desvantagem | Impacto na aplicação |
|---|---|
| Faixa de frequência fixa | Um sensor de 40 kHz geralmente funciona apenas próximo à faixa de frequência projetada, como cerca de 38-42 kHz. |
| Tensão de condução mais alta | Alguns transdutores ultrassônicos requerem alta tensão pico a pico, portanto, circuitos de baixa tensão podem precisar de um circuito de reforço ou transformador. |
| Influência da temperatura | A velocidade do som muda com a temperatura do ar, o que pode afetar a precisão da medição da distância. |
| Materiais macios absorvem o som | Espuma, tecido e outras superfícies macias podem absorver ondas ultrassônicas e reduzir a intensidade do eco. |
| Zona cega | Objetos muito próximos do sensor podem estar dentro da distância mínima de detecção e não podem ser medidos com precisão. |
| Alcance limitado | As ondas ultrassônicas atenuam com a distância, portanto o alcance do sensor é limitado pela frequência, potência, superfície alvo e ambiente. |
As ondas ultrassônicas têm alta frequência, comprimento de onda curto, pequena difração, forte direcionalidade e boa penetração em muitos líquidos e sólidos. Quando as ondas ultrassônicas encontram uma impureza, limite ou interface de material, elas produzem ecos refletidos que podem ser detectados e analisados.
Sensores ultrassônicos também podem suportar detecção baseada em Doppler para objetos em movimento. Isso torna a tecnologia ultrassônica útil em medição de distância, medição de nível de líquido, detecção de objetos, monitoramento de fluxo, detecção de falhas, robótica, assistência ao estacionamento, automação industrial e equipamentos médicos.
Sondas ultrassônicas de baixa potência são frequentemente usadas para detecção e medição. Dependendo do tipo e da estrutura da onda, as sondas ultrassônicas podem incluir sondas retas para ondas longitudinais, sondas oblíquas para ondas transversais, sondas de ondas superficiais, sondas de ondas Lamb e sondas duplas onde um elemento transmite e outro recebe.
Para aplicações industriais e de consumo, os produtos comuns incluem sensores ultrassônicos de tipo aberto, sensores ultrassônicos à prova d'água, sensores ultrassônicos de alta frequência, sensores de estacionamento e sensores de nível. A escolha correta depende do alcance, frequência, invólucro, classificação à prova d'água, material alvo e ambiente de instalação.
A precisão de um sensor ultrassônico depende da frequência, sensibilidade, tensão de acionamento, superfície alvo, temperatura do ar, umidade, fluxo de ar, ângulo de instalação e processamento do sinal de eco. Um sensor com compensação de temperatura pode reduzir erros causados por alterações na velocidade do som.
A sensibilidade depende principalmente do elemento piezoelétrico. Um coeficiente de acoplamento eletromecânico maior geralmente significa maior sensibilidade. Uma sensibilidade mais alta ajuda o sensor a receber ecos mais fracos, mas o desempenho final ainda depende do design do circuito completo e do ambiente de aplicação.
Sensores ultrassônicos são usados em medição industrial, agricultura, indústria leve, equipamentos médicos, sistemas de estacionamento, robótica, sistemas de segurança, monitoramento de nível, detecção de objetos e testes não destrutivos. Eles podem detectar sons e ecos que os ouvidos humanos não conseguem ouvir e, em seguida, converter as informações em dados úteis de distância, posição ou material.
Em aplicações práticas, o alcance ultrassônico pode ser usado para evitar obstáculos, medição de nível de tanque, detecção de fluxo de canal aberto, assistência de reversão de veículos, navegação de robô, posicionamento de materiais e detecção de falhas em estruturas metálicas ou sólidas.
Ao escolher um sensor ultrassônico, primeiro confirme a distância de detecção, zona cega, material alvo, precisão necessária, frequência operacional, tensão de acionamento, ângulo de feixe, tempo de resposta, requisitos à prova d'água e faixa de temperatura de trabalho.
Para ambientes externos ou úmidos, geralmente é preferível um sensor ultrassônico à prova d'água. Para detecção precisa de curto alcance, um sensor de frequência mais alta pode fornecer melhor resolução. Para detecção de longo alcance, frequência mais baixa e potência de transmissão mais forte podem ser mais adequadas.
Antes da produção em massa, teste o sensor na posição e ambiente reais de instalação. O ângulo de montagem, a abertura do gabinete, o formato do alvo, os obstáculos próximos, a variação de temperatura e o ruído elétrico podem afetar o desempenho real.
Os sensores ultrassônicos oferecem medições precisas, estáveis e sem contato para muitos materiais líquidos e sólidos. Eles são especialmente úteis quando a detecção óptica é afetada por cor, transparência, escuridão, poeira, fumaça ou reflexo de superfície.
Ao mesmo tempo, os sensores ultrassônicos não são adequados para todas as situações. Os engenheiros devem considerar a frequência, tensão, sensibilidade, compensação de temperatura, zona cega, alcance, material alvo e condições de instalação antes de escolher um sensor.
Um sensor ultrassônico mede a distância enviando um pulso sonoro de alta frequência e recebendo o eco refletido. A distância é calculada a partir do tempo que a onda sonora leva para viajar até o alvo e retornar.
Sensores ultrassônicos podem ser altamente precisos em condições adequadas, especialmente para medição de distância e nível sem contato. A precisão depende da temperatura, umidade, superfície alvo, frequência do sensor, ângulo de instalação e processamento de sinal.
A temperatura altera a velocidade do som no ar. Quando a temperatura muda, a distância medida pode mudar, a menos que o sensor use compensação de temperatura ou o sistema corrija a leitura.
Escolha um sensor ultrassônico de tipo aberto para ambientes internos limpos e equipamentos compactos. Escolha um sensor ultrassônico à prova d’água para ambientes externos, úmidos, empoeirados ou propensos a respingos.
Use a frequência correta, mantenha o sensor alinhado com o alvo, evite obstáculos próximos, forneça tensão de acionamento estável, use compensação de temperatura e teste o sensor no ambiente de instalação final.
