O que é um sensor? Serão sensores? Positioning devices Encoders Visão Detectores de minas (detector vs. sensor)

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1 O que é um sensor? Algo que detecta o estado do ambiente. Um sensor é um aparelho para detectar e sinalizar uma condição que se altera. Pode ser a presença ou ausência de um objecto ou material. Pode ainda ser uma quantidade mensurável como uma distância, tamanho ou cor. Esta informação que se obtém a partir da saída de um sensor é a base para a monitoração e controlo dos processos de manufactura. Serão sensores? Positioning devices Encoders Visão Detectores de minas (detector vs. sensor) 1

2 Sensores Fotoeléctricos / infravermelhos Capacitivos Indutivos Contacto mecânico Sensores de força Encoders Sensores de posicionamento Sensores de corrente Sensores por ultrasons Sensores de Cor Ladar (laser distance and ranging) Tempo de trânsito da onda Deslocamento de fase Radar Radio Detection and Range Visão Temperatura GPS Sistemas Inerciais Bússolas 2

3 Sensores Binários ou discretos Respondem à questão O objecto existe ou não? O seu output é um sinal binário 0 ou 1. São simples Analógicos Respondem à questão Onde está? ou Qual a quantidade? O output é uma quantidade que tanto pode ser representada analógicamente como digitalmente Podem estar associados a controladores complexos 3

4 Sensores Sensores de Contacto componentes electromecânicos que detectam alterações através de contacto físico com o objecto que pretendem detectar mais fáceis de perceber suportam correntes superiores e toleram melhor distúrbios da rede não necessitam de ser alimentados Ex:» encoders, sensores de fim de curso e sensores de segurança Sensores sem Contacto componentes electrónicos que criam um campo eléctrico que é alterado pelo objecto a detectar maior flexibilidade, menor manutenção e são mais rápidos Não se desgastam mecanicamente Ex:» fotoeléctricos, indutivos, ultra-sons e capacitivos 4

5 Escolha de Sensores Determinar onde o sensor pode ser necessário identificar as funções do sistema» que condições devem ocorrer para que a função seja realizada» que feedback é necessário durante a ocorrência da função» que condições devem ocorrer, após a função, para garantir que a função foi realizada com êxito identificar sub-funções de cada uma das funções Verificar se o sensor pode ser aplicado condições de carga alimentação disponível características do alvo condições ambientais Determinar as propriedades físicas do objecto a detectar 5

6 Escolha de Sensores - Factores Precisão - valor estatístico da variação das leituras Calibração - Necessário uma vez que as leituras poderão alterar-se com o tempo Custo Podem ser bastante caros Ambientais - Limites de humidade e temperatura.podem funcionar bem em ambientes indoor mas bastante mal em ambientes outdoor. Raio de acção - Limites da medida do sensor. Se o alvo estiver muito perto podem não detectar nada, ou mesmo se passando quando estiver muito longe. Repetitibilidade - Variação dos valores do sensor para uma mesma condição Resolução - menor incremento que o sensor pode detectar 6

7 Sensores Algumas características importantes Nominal sensing distance - is the rated operating distance for which a sensor is designed Hysteresis - is the difference between the operate (switch on) and release (switch off) points when the target is moving away from the sensor face. Without sufficient hysteresis a proximity sensor will continuously switch on and off, or chatter, when there is excessive vibration applied to the target or sensor. It can also be made adjustable through added circuitry. 7

8 Sensores Algumas características importantes Repeatability Capacidade do sensor repetir a medida debaixo das mesmas condições. Switching Frequency - is the number of switching operations per second achievable under standardized conditions. In more general terms, it is the relative speed of the sensor. Response Time - is the amount of time that elapses between the detection of a target and the change of state of the output device (ON to OFF or OFF to ON). It is also the amount of time it takes for the output device to change state once the target is no longer detected by the sensor. 8

9 Sensores Alimentações mais frequentes nos sensores industriais 220 V AC e 110 V AC 12 e 24 V DC Consumos de corrente típicos fotoeléctricos: 35 ma ultra-sónicos: 70 ma indutivos: 15 ma capacitivos: 15 ma Tipos de Saídas relay (SPST, SPDT, DPDT) transistor, fet, triac, analógico, rede ou bus 9

10 Sensores Sensor NPN + Sensor PNP + carga - carga - 10

11 Sensores de Fim de Curso Até 20 A 11

12 Sensores Indutivos 12

13 Sensores Capacitivos 13

14 Sensores Fotoeléctricos Componentes fonte (pode ser modulada)» lâmpadas incandescentes» leds da gama visível» infravermelhos receptor» se a fonte for modulada o receptor tem de estar sintonizado. Saídas» relay, triac, FET, PNP e NPN 14

15 Sensores Fotoeléctricos Modo de Oposição 2 objectos: emissor e receptor detecção ocorre quando o feixe é interrompido Tem um custo inicial mais alto e é por vezes difícil de alinhar Apresenta grandes vantagens na detecção de produtos opacos É bastante fiável na presença de condições ambientais adversas como pó, fuligem, fumo, humidade,... 15

16 Sensores Fotoeléctricos Modo de Reflexão 1 objecto: emissor e receptor Baixo custo e fácil instalação Atenção aos objectos brilhantes que passem junto do reflector (proxing) Não é muito recomendados para detecção de componentes pequenos Para resolver o proxing pode-se utilizar luz polarizada que reduz o alcance do sensor É um dos sensores mais utilizados na indústria, nomeadamente na movimentação de materiais 16

17 Sensores Fotoeléctricos Modo de Proximidade 1 objecto: emissor e receptor A recepção ocorre através da reflexão do feixe do emissor na superfície a detectar Ideal para situações em que o feixe de luz não possa passar pelos objectos Tem de se resolver o problema de quando a luz natural reflectida pela superfície é quase tanta como a reflectida pelo emissor Existe um conjunto variado de lentes que permitem diversas aplicações 17

18 Sensores Fotoeléctricos Modo de Feixe em V 1 objecto: emissor e receptor A recepção ocorre através da reflexão do feixe do emissor na superfície a detectar Regula-se a distância para que o feixe reflectido atinja o receptor Feixe muito fino, permite detectar pequenas partes 18

19 Sensores Fotoeléctricos 19

20 Fontes INVISIBLE INFRARED LIGHT SOURCE(880 NM) Melhor escolha para situações em que os materiais são opacos. Aumenta o grau de alcance. Boas escolha para situações ambientais hostis. Preferível para usar com guias de fibra óptica de vidro. Não usar com guias de fibra óptica de plástico Preferível na detecção de objectos coloridos escuros, usando modo de proximidade (ex: preto, azul, verde,...) Muito interessante para verificação se as vasilhas estão ou não cheias. Percepção de Cor; tende a favorecer os objectos azuis. 20

21 Fontes - Vermelho : (660nm) Boa escolha para utilização com guias de fibra óptica de plástico Bom para detectar objectos translúcidos no modo de proximidade Bom para detectar objectos transparentes usando fibra óptica (bifurcada) no modo por reflexão Bom para polarizar - reduzir proxing Blue : (480nm) Funciona bastante bem para combinações difíceis de cores, tais como amarelo sobre branco, cor de rosa sobre branco e labels brancas em cartão A melhor escolha para detectar objectos translúcidos ou transparentes, plástico ou vidro, em modo de reflexão 21

22 Fontes Green : (550nm) Bom para situações em que o verde funcione como um bom filtro Bom para descriminar objectos vermelhos/cor de rosa com luz de fundo colorida Luz Branca A melhor escolha para detectar todo o tipo de impressões em materiais de embrulho Recomendado para detectar objectos coloridos escuros quando em modo de proximidade Melhor escolha para a escolha de objectos coloridos 22

23 Sensores Deslocamento e Movimento Resistivo (potenciometrico) excitação em corrente linear Reluctive LVDT (linear variable transformer) Core movement through transformer Excitação AC Mudança de fase da tensão Encoders Saída por impulsos Quadratura Podem-se medir deslocamentos lineares usando sensores potenciometricos ou um LVDT Podem-se medir deslocamentos angulares ou rotações usando um RVDT (rotational variable differential transformer) ou um encoder. 23

24 LVDT 24

25 Encoders 25

26 Encoders 26

27 Wireless Sensors? 27

28 Accelerometer Gyro Gas Sensor Pendulum Resistive Tilt Sensors Piezo Bend Sensor Metal Detector Gieger-Muller Radiation Sensor Pyroelectric Detector Resistive Bend Sensors UV Detector Digital Infrared Ranging CDS Cell Resistive Light Sensor Limit Switch Mechanical Tilt Sensors Touch Switch Pressure Switch Miniature Polaroid Sensor IR Pin Diode IR Sensor w/lens Thyristor Magnetic Sensor IR Reflection Sensor IR Amplifier Sensor IRDA Transceiver Magnetic Reed Switch Hall Effect Magnetic Field Sensors Polaroid Sensor Board Lite-On IR Remote Receiver Radio Shack Remote Receiver IR Modulator Receiver Solar Cell Compass Compass Piezo Ultrasonic Transducers 28