Seminário

Medidas Elétricas

Juliano Valério Filardo

Sensores Ópticos

Princípios e Aplicações

Tecnologia Óptica

• óptica geométrica• incluindo lentes• prismas• grades de difração • ótica física com laser• giroscópio de fibra ótica • conversão de freqüência • fenômenos não lineares.

• sensores ópticos.

Processos de Controle• informações relativas as variáveis que estão sendo controladas

• grandeza física das variáveis controladas são grandezas nãoelétricas, como por exemplo: posição, velocidade, pressão, vazão, força,

temperatura e umidade

• é necessário transformar tais grandezas físicas em grandezas elétricas (corrente ou tensão)

• informações na geração das ações de controle

• O elemento que realiza a transformação de uma forma de energia em outra é denominado transdutor

• O transdutor é um sistema completo que produz um sinal elétrico de saída proporcional à grandeza sendo medida.

• O sensor é apenas a parte sensitiva do transdutor .

Radiação

• A radiação EM é uma forma de energia em movimento, ou melhor, esta se propaga pelo espaço. Um objeto que libera ou emite tal radiação perde energia. E aquele que absorve radiação ganha energia. Desta forma nos devemos descrever como esta energia se apresenta como radiação EM.

Freqüência e Comprimento de Onda

• A freqüência representa a oscilação por segundo quando a radiação passa por algum ponto fixo no espaço.

• O comprimento de onda representa a distancia espacial entre dois máximo ou dois mínimos sucessivos da onda na direção de propagação.

Divisão Segundo Resposta Espectral• (O intervalo de comprimento de onda ou freqüência que o detetor

responde).

• Estes tipos são:

a) Detetor de banda larga;b) Detetor de banda estreita.

• Princípio de operação os detetores podem ser divididos em vários grupos.

a) Detetores Térmicos;b) Detetores Fotoelétricos.

• Como esse trabalho tem por objetivo enfocar os detetores ( sensores ) no grupo de Sensores Fotoelétricos ou ópticos, será desconsiderado os detetores térmicos

Princípio de Funcionamento dos Sensores Ópticos

• Proximidade difusa ou Difusão

• Retro-reflexivos ou de reflexão

• Barreira ou interrupção de luz

Sensores Fotoelétricos

• Uma fonte de luz ou transmissor de luz (LED) [1]• Um receptor (Fototransistor) [2]• Um conversor de sinal [3]• Um amplificador[4]. 

Transmissor

• O transmissor envia o feixe de luz através de um fotodiodo, que emite flashes, com alta potência e curta duração, para evitar que o receptor confunda a luz emitida pelo transmissor com a iluminação ambiente.

Foto-diodoFoto-diodo

• É um diodo semicondutor em que a junção está exposta à luz. A energia luminosa desloca elétrons para a banda de condução, reduzindo a barreira de potencial pelo aumento do número de elétrons, que podem circular se aplicada polarização reversa.

• A corrente nos foto-diodos é da ordem de dezenas de mA com alta luminosidade, e a resposta é rápida. Há foto-diodos para todas as faixas de comprimentos de onda, do infravermelho ao ultravioleta, dependendo do material.

• O foto-diodo é usado como sensor em controle remoto, em sistemas de fibra óptica, leitoras de código de barras, scanner (digitalizador de imagens, para computador), canetas ópticas (que permitem escrever na tela do computador), toca-discos CD, fotômetros e como sensor indireto de posição e velocidade.

Circuito

Receptor

• O receptor é composto por um fototransistor sensível a luz, que em conjunto com um filtro sintonizado na mesma frequência de pulsação dos flashes do transmissor, faz com que o receptor compreenda somente a luz vinda do transmissor.

Foto-transistorFoto-transistor

• É um transistor cuja junção coletor-base fica exposta à luz e atua como um foto-diodo. O transistor amplifica a corrente, e fornece alguns mA com alta luminosidade. Sua velocidade é menor que a do foto-diodo.

• Suas aplicações são as do foto-diodo, exceto sistemas de fibra-óptica, pela operação em alta freqüência.

Circuito

Conversão do Sinal

• Os pulsos de luz que são recibidos pelo fototransistor são convertidos em sinais elétricos,os quais são processados para se determinar se correspondem a uma trasmisão de luz. Realizada a verificação a saída do sensor comuta a chave de acordo com o sinal .

Transformação do Sinal

Diagrama Esquemático

FenômenoFísico

TransdutorSinal Elétrico

proporcional à grandeza física

Transferência de energia que sensibiliza

o elemento sensor

Condicionamento de Sinais

• O condicionamento de sinais analógicos proporciona a operação

necessária para transformar a

saída de um sensor em uma forma necessária e adequada para “interfaciar”

com outros elementos

do “loop” de controle de processo

Funcionamento Macro

Método dos sistemas de deteção por sensores ópticos

• Sistema por Barreira

• O transmissor e o receptor estão em unidades distintas e devem ser dispostos um frente ao outro, de modo que o receptor possa constantemente receber a luz do transmissor. O acionamento da saída ocorrerá quando o objeto a ser detectado interromper o feixe de luz.

Sistema por Difusão

• Neste sistema o transmissor e o receptor são montados na mesma unidade. Sendo que o acionamento da saída ocorre quando o objeto a ser detectado entra na região de sensibilidade e reflete para o receptor o feixe de luz emitido pelo transmissor.

Sistema Refletivo• Este sistema apresenta o transmissor e o

receptor em uma única unidade. O feixe de luz chega ao receptor somente após ser refletido por um espelho prismático, e o acionamento da saída ocorrerá quando o objeto a ser detectado interromper este feixe.

Imunidade à Iluminação Ambiente

• Normalmente, os sensores ópticos possuem imunidade à iluminação ambiente, pois operam em frequências diferentes.

• Podem ser afetados por uma fonte muito intensa, como por exemplo, uma lâmpada fluorescente de 40W a 15cm do sensor, ou um raio solar incidindo diretamente sobre as lentes.

Comparações das Frequencias

Utilização dos sistemas de sensores ópticos

• Sensores de LUZSensores de LUZ

• Além de seu uso em fotometria (incluindo Além de seu uso em fotometria (incluindo analisadores de radiações e químicos), é a analisadores de radiações e químicos), é a parte de sistemas de controle de parte de sistemas de controle de luminosidade, como os relés fotoelétricos de luminosidade, como os relés fotoelétricos de iluminação pública e sensores indireto de iluminação pública e sensores indireto de outras grandezas, como velocidade e outras grandezas, como velocidade e posição (fim de curso)posição (fim de curso)

Exemplo

Sensores de velocidadesSensores de velocidades

• No sensor de reflexão :

• Um feixe luminoso atinge um disco com um furo ou marca de cor contrastante, que gira. O sensor recebe o feixe refletido, mas na passagem do furo a reflexão é interrompida (ou no caso de marca de cor clara a reflexão é maior), e é gerado um pulso pelo sensor.

• ‘O sensor de interrupção de luz

• Usa também um disco com furo, e a fonte de luz e o sensor ficam em lados opostos. Na passagem pelo furo, o feixe atinge o sensor, gerando um pulso.

• A freqüência destes pulsos é igual à velocidade, em rps, nos dois tipos.• As vantagens destes sensores são o menor tamanho e custo, a maior

durabilidade e a leitura à distância. É usado em sistemas de controle e tacômetros portáteis.

Exemplos

Sensores de posiçãoSensores de posição

• Há duas formas básicas de usar estes: S. por reflexão, que detectam a posição pela luz que retorna a um fotosensor (fotodiodo ou f. transistor, LDR ), emitida por um LED ou lâmpada e refletida pela peça, e S. por interrupção, no qual a luz emitida é captada por um fotosensor alinhado, que percebe a presença da peça quando esta intercepta o feixe.

• Este sensor é usado para contagem de peças, numa linha de produção, além das aplicações como fim-de-curso.

Exemplos

Sensores de posição específicaSensores de posição específica

• OBRIGADO !