Ulysses Fonseca - 01/09/2016
O sensor ultrassônico é um sensor que vem sendo muito utilizado por makers no dia-a-dia, em aplicações para deteção de proximidade de objetos, sem necessitar de contato. Estes sensores permitem detectar de forma precisa, flexível e confiável, objetos de materiais, formas, cores e texturas diversas.
As possibilidades de aplicação são diversas como:
Detecção de nível e altura;
Medida de separação;
Medida de diâmetro em bobinas;
Contagem de objetos materiais transparentes, independentes de cor e presentes em ambientes sujos ou com vapores;
Detecção de fissuras em estruturas de concreto;
Existem diversas outras aplicações. Tendo em consideração o modo de funcionamento do sensor, não há dá pra ter uma idéia da infinidade de aplicações que este poderá ser utilizado.
Seu princípio de funcionamento está baseado na emissão de uma onda sonora de alta frequência, e na medição do tempo levado para a recepção do eco produzido quando esta onda se choca com um objeto, que possa refletir esta onda.
Os sensores ultrassônicos funcionam medindo o tempo de propagação do eco, o intervalo de tempo medido entre o impulso sonoro enviado e o eco recebido do mesmo impulso. Sendo que a detecção do eco incidente, depende de sua intensidade e da distância do objeto refletor.
A faixa de detecção varia de 25mm até 6m, portanto grandes distâncias entre o refletor e o sensor não serão um problema. A máxima precisão é garantida graças à elevada resolução e a diminuição da zona morta.
Na prática um sensor ultrassônico é formado por um emissor e um receptor, tanto fixados num mesmo conjunto como separados, dependendo do posicionamento relativo desejado, conforme mostra a figura.
O emissor pode ser tanto do tipo magnetostritivo como piezoelétrico:
Neste caso um diafragma de metal vibra a partir do campo magnético alternado produzido por um circuito oscilador.
Neste caso temos uma cerâmica do piezoelétrico (titanato de bário, por exemplo) que vibra por deformação quando uma alta tensão alternada lhe é aplicada.
Ao selecionar-mos um sensor ultrassônico, devemos ter em mente sua área de detecção.
A zona morta do sensor, determina a sua menor distância de detecção. Nenhum objeto deve ser colocado na zona morta, porque isso pode levar a medições incorretas.
É determinada com uma barra redonda (10 ou 27mm de diâmetro) e indica a faixa de operação típica do sensor.
É a maior área de detecção que o sensor pode gerar, sendo obtida com uma placa 500x500mm de superfície plana e com ângulo ajustado para melhor reflexão do som.
Como os ultrassons passam através de materiais sólidos, sofrendo alterações de velocidade com a mudança das características do meio, eles podem ser usados de forma muito eficiente para detectar falhas internas de materiais como rachaduras e bolhas, como na figura:
Reflexões indevidas
Dependendo da natureza do material a ser detectado, o ultrassom pode tanto penetrar como passar por reflexões múltiplas. Essas reflexões, conforme mostra a figura, podem falsear as indicações por um efeito de interferência destrutiva.
Região limite
Conforme mostra a figura, é preciso definir a faixa de distância de detecção do sensor para que problemas de sinal não ocorram.
Para os sensores ultrassônicas a característica de diretividade normalmente varia entre 8 e 30 graus conforme uma curva característica semelhante à mostrada na figura.
Utilização de cornetas
Para concentrar mais os sinais numa determinada direção é possível fazer uso de cornetas como a mostrada na figura.
O fenômeno da Reverberação
O resultado é que o pulso refletido pode ter uma duração maior do que a do pulso transmitido por esse efeito de "prolongamento" ou reverberação, conforme mostra a figura.
Conforme mostra a figura, deve-se ainda tomar cuidado com a eventual presença de objetos que estejam na proximidade e que possam causar reflexões indevidas do sinal.
Conforme mostra a figura, os ultrassons utilizam o ar para se propagar e são extremamente sensíveis à variações de pressão e à própria movimentação do ar.
Se você precisar utilizar um sensor ultrassônico, deverá levar em consideração os itens citados neste artigo.
Num próximo artigo iremos exemplificar o uso de um sensor ultrassônico com a utilização da plataforma arduino.
http://techne.pini.com.br/engenharia-civil/198/pesquisadores-apresentam-tecnica-de-tomografia-com-ultrassom-para-avaliar-estruturas-296324-1.aspx
http://www.newtoncbraga.com.br/index.php/como-funciona/5273-art691
http://www.sense.com.br/arquivos/produtos/arq1/Sensores_Ultrass%C3%B4nicos_Sense_Folheto_Rev_%20J.pdf
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