No nosso último post, eu mostrei 10 aplicações para o sensor ultrassom. Se você não viu, acesse o link abaixo:

Veja Também o Artigo: 10 Aplicações para o Sensor Ultrassônico na Indústria

O objetivo do artigo acima era mostrar onde podemos aplicar o sensor. Neste post porém, vou falar quais são os critérios básicos e essenciais para a seleção de um sensor ultrassom para que você possa especificar o mesmo sem erro.

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1 – Termos Básicos

O sensor ultrassom possui 2 características fundamentais: sua faixa de medição e a respectiva faixa de detecção tridimensional. Vejamos algumas definições que precisaremos entender antes de verificar como selecionar este sensor:

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Figura 1- Faixas do sensor ultrassom

Veja um vídeo de como Especificar o sensor Ultrassom

Zona Morta

Como o próprio nome diz, a zona morta é a região em que o sensor não consegue fazer uma leitura, ou seja, é a menor faixa de varredura confiável do sensor. Dentro de uma zona morta, não deve haver nenhum objeto ou reflexos de interferência, pois caso houver com certeza haverá erros de medição.

Faixa Operacional de Medição (Faixa de Varredura)

A faixa operacional de medição ou faixa de varredura é a faixa de trabalho típica de um sensor ultrassom. Veja na Figura 1 que a faixa de varredura limite é a última faixa em que ele consegue realizar a leitura ou medição.

Faixa de Detecção

Para melhor entendimento da faixa de detecção, visualize a Figura abaixo:

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Para obter a faixa de detecção do sensor, vejamos o exemplo ao lado onde foram utilizadas uma chapa e um bastão com diâmetro de 10mm a 27mm. Quando foi feito o alterada a posição lateral do bastão, foi obtida uma área em vermelho que indica a faixa de trabalho típica de um sensor ultrassom. Já a faixa em azul foi obtida pelo alteração da posição lateral de uma chapa. Ao fazer isto, a chapa interfere no campo acústico e consegue-se detectar o melhor ângulo entre a chapa e o sensor. Assim, esta área em azul é considerada a faixa de detecção máxima do sensor, não sendo possível avaliar reflexos ultrassônicos fora dos cones de som azuis.

 

 

2 – Modos Operacionais do Sensor Ultrassom

Modo Difuso

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Figura 3 – sensor ultrassom no modo Difuso

A aplicação mais comum do sensor ultrassom é com ele operando como um sensor difuso. Neste modo de operação, o sensor ultrassom acaba levando vantagem perante o difuso por possuir uma supressão de fundo superior. Esta característica faz com que em operação a saída digital seja ativada tão logo o objeto é localizado dentro da distância de detecção configurado. Este modo operacional é muito utilizado para medição de níveis, verificação de presença ou contagem de objetos que passam por uma esteira.

Modo Janela

Com sensor ultrassom operando no modo janela, é possível definirmos um range de leitura (limite superior e limite inferior) onde o sensor somente vai ler um objeto localizado dentro deste range. Por isso o nome de janela. Veja que este modo de operação acaba por ser uma função ampliada do sensor ultrassom difuso. Este modo pode ser usado para monitorar, por exemplo, o tamanho correto de embalagens ou garrafas dentro de um engradado. Neste exemplo ele permite a exclusão de garrafas muito altas ou muito baixas caso houver. Veja a Figura abaixo:

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Figura 4 – Sensor Ultrassom no Modo Janela

Uma outra aplicação deste sensor no modo janela é o caso onde regulamos o sensor ultrassom de tal modo que o objeto a ser lido fique na frente de um refletor montado permanentemente dentro da janela. O sensor ultrassom então retorna um sinal tão logo um objeto cubra totalmente o refletor. Neste caso, não importa se o objeto absorve completamente ou reflete o som. Assim, este modo operacional é utilizado para materiais que têm baixa capacidade refletiva, como uma espuma, ou para a detecção de objetos com superfícies irregulares.

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3 – Tipos de Sinais e Comunicação

Digital ou Analógico (4 a 20mA ou 0 a 10V)

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Figura 5 – Sensor Ultrassom Sáida Analógica

Sensores ultrassônicos com saída analógica transmitem o valor medido da distância como uma tensão proporcional à distância (0…10 V) ou como uma corrente proporcional à distância (4…20 mA). No caso de sensores ultrassônicos com saída analógica, é possível regular os limites (próximo e afastado do sensor) da janela da característica analógica, bem como uma saída crescente ou decrescente. Dependendo do modelo do sensor e da largura da janela, a resolução varia de 0,025 mm a 0,36 mm.

I-O Link

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Figura 6 – Sensor Ultrassom (Comunicação I-O Link)

Uma tecnologia muito recente de comunicação entre equipamentos industriais é o I-O Link, apelidado de “USB da Indústria”. Esta comunicação será sem dúvida um dos propulsores da Indústria 4.0. Os Sensores ultrassônicos com IO-Link possibilitam comunicação contínua através de todos os níveis da arquitetura de um sistema industrial desde o sensor até o nível superior da rede sendo que a transmissão do valor medido da distância para o controlador é feita de modo serial bit a bit. Ele permite agregar funcionalidades como autodiagnóstico e endereçamento do sensor na rede.

4 – Algumas Características de um Sensor Ultrassom de Mercado

Neste exemplo vamos ver algumas características de um sensor ultrassom da Balluff, grande fabricante alemã de sensores:

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  • Visor com saída direta de valor medido para visualizar os resultados imediatamente;
  • Regulagem numérica do sensor através do visor para pré-regulagem completa do sensor;
  • Sincronização automática e operação multiplex para operação simultânea de até dez sensores;
  • 5 faixas de medição de 30 mm a 8 m;
  • 1 ou 2 saídas digitais pnp ou NPN;
  • Saída analógica de 4…20 mA e 0…10 V para comutação automática entre saída de corrente e saída de tensão;
  • Saída analógica mais saída digital para medição proporcional à distância com um valor limite adicional;
  • Programação por meio de 2 botões para programação simples através do menu