SENSORES ULTRASONICOS

Los sensores ultrasnicos son interruptores electrnicos que trabajan sin contacto. La parte emisora genera pulsos de sonidos muy fuertes dentro del rango del ultrasonido. Hay sensores ultrasnicos unidireccionales, pero la mayora son bidireccionales. Aqu se aprovecha el efecto del rebote del sonido debido a la presencia del objeto.

Adems, segn el tiempo que transcurre en ir y regresar el pulso snico, se puede determinar la distancia entre el sensor y el objeto. Las ondas snicas solo pueden irradiarse si existe un medio. Este medio puede ser, para el caso del ultrasonido un gas, un fluido o un material rgido. Normalmente los sensores ultrasnicos se emplean bajo presin atmosfrica.PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DEL SENSOR ULTRASNICO La electrnica de control activa peridicamente el amplificador de potencia, de modo que se genere durante un perodo de tiempo (200 ms) un voltaje senoidal muy grande (400 Vpp). El convertidor

acstico trabaja en este momento como si fuese un parlante y enva un pulso ultrasnico (Burst) desde 100ms - 1 ms en el rango de 40 - 400 kHz. El convertidor acstico necesita un tiempo entre dos a tres veces el tiempo de emisin del sonido para que se tranquilice otra vez. Despus de que se haya tranquilizado, la electrnica de control activa el modo de funcionamiento de recepcin. En este caso el convertidor acstico trabaja como si fuese un micrfono. Si el pulso ultrasnico incide en un objeto, se origina una reflexin del pulso, que excitar el convertidor acstico. Este ltimo generar una oscilacin senoidal que ir al amplificador.En algunos sensores ultrasnicos, el corazn de la electrnica de control es un microcontrolador con arquitectura RISC, como por ejemplo de la familia PIC de Microchip. El procesador activa el amplificador de potencia por aprox. 100ms, donde se genera el pulso snico. A la vez se activa un contador digital, el cual al detenerse, comprueba si este valor est dentro del valor de una distancia prefijada y se activa la salida digital.Si la salida es anloga, se calcula con el tiempo el valor correspondiente a la distancia, el cual es enviado a un convertidor D/A para transformarlo en voltaje o corriente.VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE UNA SENSIBILIDAD ELEVADA. Algunos fabricantes hacen trabajar al preamplificador con una ganancia constante. Esta ganancia es elegida, de manera que se pueda captar objetos de un cierto tamao dentro del rango de deteccin. Otros fabricantes emplean otra tcnica. Si se detecta un objeto, pero la seal que llega al preamplificador es muy pequea, la ganancia es aumentada automticamente. Naturalmente que al tenerse ganancias muy elevadas, se amplificarn tambin las perturbaciones y el ruido del micrfono. Para que esto no cause problemas, se emplea un filtro pasabanda que solo deja pasar el rango de frecuencias emitido. La ventaja de esta tcnica radica en que objetos pequeos o aquellos que reflejan poco, pueden ser detectados sin problemas. La desventaja es que cuando se tiene detrs del objeto una superficie altamente reflejante, se producirn ecos que podran activar el sensor.Para un objeto que se encuentra a una distancia de 0.5m, el tiempo del sonido que le toma para viajar de ida y vuelta es de 3ms. Tericamente se podra realizar 330 mediciones por segundo. Pero en realidad solo se realizan 60.Esto se debe a los ecos, generados principalmente cuando el objeto a detectarse tiene una superficie con buena reflexin. Si se envan pulsos inmediatamente uno detrs de otro, se podra generar errores de deteccin. Si se espera un tiempo prudencial hasta que los ecos desaparezcan, la seal ya no puede ser falseada. Algo semejante ocurre cuando detrs del objeto a detectarse (el doble de la distancia mxima) se tiene una superficie, la cual generar un eco lo suficientemente fuerte para generar una seal falsa.Los sensores ultrasnicos poseen una zona de muestreo de forma de cua con un ngulo de apertura del orden de 10 A 15o. Los objetos con un tamao mnimo recomendado sern detectados sin problemas.

Zona ciega de 800mm, 6.000mm de distancia de trabajo. Este sensor se emplea para mediciones de nivel de llenado en silos y tanques. CONSIDERACIONES IMPORTANTES SUPERFICIES INCLINADAS

Al igual que los sensores pticos, cuando la superficie del objeto est inclinada segn la perpendicular al rayo emitido, no se podr reflejar la suficiente seal hacia el elemento receptor y por lo tanto el sensor generar seales errneas de deteccin.DESVIACIN DEL RAYO

Bajo condiciones agresivas o dificultad en el montaje (cuando el sensor no se puede montar directamente), el sonido se puede desviar empleando reflectores adecuados. Hay que considerar que cada desvio origina prdidas y por eso no es recomendable desviar ms de dos veces la seal.MATERIALES NO REFLEJANTES

Prcticamente se pueden detectar todos los materiales a la temperatura ambiente. Incluso se detecta objetos transparentes, donde el sensor fotoelctrico presenta algunas dificultades en su deteccin. Para materiales ms difciles como la esponja (dunlopillo), se pueden detectar an cuando su tamao no cubre todo el cono de deteccin; es decir, cuando los objetos son pequeos. Para otros materiales como el algodn, apenas se pueden detectar y es recomendable hacer pruebas antes de emplear el sensor snico con objetos de este tipo.FUERTES CORRIENTES DE VIENTO

Como se sabe, el sonido es desviado por corrientes de viento, ya que el viento es el que transporta el sonido. Es por esto que se presentan problemas cuando se tienen vientos fuertes (> 20 m/s), ya sean si se presenten en forma radial o axial al sensor. Cuando se quieren detectar objetos pequeos y el viento hace que el eco de las superficies que estn detrs del objeto sean retornados hacia el receptor, se presentarn problemas de deteccin.FORMACIN DE AGUA CONDENSADA Y HIELO SOBRE LA SUPERFICIE DE EMISIN-DETECCIN DEL SENSOR La influencia de la humedad en el funcionamiento del sensor snico es despreciable. Pero si esta humedad se condensa en la superficie de deteccin del sensor, se presentarn graves problemas, pues el sensor pierde sensibilidad. Un sensor cubierto con hielo deja prcticamente de funcionar. Pero polvo u otras partculas sueltas apenas influyen en el funcionamiento del sensor. La superficie de deteccin del sensor no deber ser pintada, como tampoco se le deber pegarle alguna etiqueta.RUIDO EXTERNO

Hoy en da los sensores ultrasnicos con distancia de deteccin hasta 2 m, trabajan con frecuencias mayores de 100 kHz. Gracias a esto, estos sensores son prcticamente inmunes a los ruidos externos. Si se tienen fuentes de ruido muy altos, que actan directamente en el cono de deteccin, la sensibilidad del sensor se atena, de modo que podra originar problemas con la deteccin de objetos pequeos.DETECCIN DE CUERPOS CALIENTES Cuando se tienen diferencias de temperaturas muy grandes, se puede originar la ruptura del ruido o bin dispersin. Esto ocasiona problemas de deteccin o tambin que el sensor no llegue a detectar nada. Los objetos demasiados calientes apenas se pueden detectar debido a que el sonido se dispersa. El problema se agrava cuando se desea detectar distancias.

PROTECCIN CONTRA EXPLOSIN

Los sensores ultrasnicos no son, por razones fsicas, adecuados para zonas explosivas. Su electrnica requiere de altos voltajes (400 Vpp), grandes condensadores e inductancias, lo cual hace imposible desarrollar una versin segura para este tipo de zonas. Como el emisor y receptor de sonido deben estar en contacto directo con el medio, no se puede tener un sensor en una carcaza encapsulada.CONSEJOS PRCTICOS PARA EL MONTAJE PROTECCIN DEL SENSOR En algunos casos se debe proteger al sensor colocndole alguna placa o un tubo paralelo al cono de emisin. Pero si la superficie de este objeto es irregular se presentarn ecos que originarn una seal de deteccin indeseada.

SENSORES COLOCADOS UNO EN FRENTE DEL OTRO

Dos sensores no deben colocarse uno en frente del otro por la influencia que se tiene debido al sonido emitido por el sensor contrario. Esto ocurre an cuando la distancia de separacin entre ellos es grande. Si esto no es evitable, la distancia mnima de separacin entre los sensores deber ser el cuadruple de la mayor distancia mxima de deteccin.

SINCRONIZACIN DE VARIOS SENSORES

Si dos sensores son montados uno cerca del otro en forma paralela, podran presentarse problemas si el objeto esta colocado de manera inclinada. Esto es debido a que el eco del sensor 1 es detectado por el sensor 2, lo que hace que se reciba una seal falsa. Esto se evita si los sensores tienen la posibilidad de poder ser sincronizados.

FUNCIONAMIENTO MULTIPLEXADO

Este modo de funcionamiento posibilita montar varios sensores sin tener ninguna distancia de separacin entre ellos debido a que estos trabajan uno despus del otro en forma consecutiva. Pero se debe tener en cuenta que los sensores ultrasnicos son mucho ms lentos que los sensores inductivos, capacitivos u pticos. A travs de una entrada especial (Scanning Input) se podr activar al sensor mediante un sistema de control superior, como por ejemplo un PLC o Microcontrolador. La frecuencia de escano deber ser mucho ms baja que frecuencia la del sensor.CONEXIN E INSTALACIN

Los sensores ultrasnicos consumen ms corriente que los sensores pticos y muchos ms que los inductivos y capacitivos. Para la generacin del pulso snico, la electrnica del sensor requiere de un enorme pulso de corriente. Con el empleo de condensadores electrolticos grandes, se ayuda a la fuente de alimentacin a que fluya un corriente contnua. El polo negativo del sensor debe conectarse al negativo de la fuente de alimentacin, pues si la tierra del lugar de montaje del sensor tiene otro potencial, entonces circular por el sensor una corriente de compensacin que originar que el sensor no funcione correctamente.CONEXIN E INSTALACIN

NUNCA CONECTE CARGAS EN LOS MISMOS CABLES DE ALIMENTACIN DEL SENSOR !!FIJACIN DEL SENSOR Al montar el sensor ultrasnico sobre una plaqueta delgada que pueda vibrar, originar que el sensor ya no pueda funcionar correctamente. Esto se debe a la vibracin que se origina en la plaqueta cuando el sensor emite un pulso snico, la cual, al vibrar emitir un rudo que ser confundido por el sensor y se activar como si estuviera presente un objeto. Para evitar esto, se deber colocar al sensor apoyos de hule de modo que la vibracin del mismo no se transmita a la plaqueta.SENSORES ULTRASNICOS PARA APLICACIONES ESTNDARES Rango de trabajo 100...1200 mm

Rango de medicin 1100 mm

Resolucin 300 m

Frecuencia de Ultrasonidos 225 kHz

ngulo de apertura < 12

Tiempo de vida (Tu = +25C)

100000 h

Histresis de conmutacin 10 mm

SENSORES ULTRASNICOS PARA MEDIOS AGRESIVOS Para la industria Qumica, Metalurgica, Petrolera, etc., donde se tienen lquidos agresivos y se desea realizar por ejemplo un control de nivel, es necesario el empleo de sensores especiales que puedan resistir este medio. En el mercado se tienen sensores que estn recubiertos con tefln usados para este fn.

APLICACIONES CONTROL DE LLENADO

APLICACIONES

CONTROL DE TENSIN

APLICACIONES SELECCIN DEL TAMAO EMPLEANDO TRES SENSORES

APLICACIONES DETECCIN DE NIVEL EN TANQUES ABIERTOS (SIN PRESIN)

APLICACIONES IDENTIFICACIN DE HOJAS SUPERPUESTAS