Instrumentação Espacial. Parte I

Transcrição

1 Instrumentação Espacial Parte I

2 Introdução Magnetômetros (ok) Giroscópios (ok) Acelerômetros (ok) Radar (ok) Telescópios Sensor solar Espectrômetros Atuadores magnéticos (magnetorquer) Rodas de reação (reaction weels)

3 Divisão geral de sensores espaciais Sensores ópticos Sensores e atuadores eletromagnéticos Sensores e atuadores inerciais

4 Parte I Sensores ópticos

5 Luz

6 Espectro Eletromagnético

7 Foto-resistor Ou LDR (light dependente resistor) É um resistor cuja resistência depende da intensidade da luz incidente Normalmente a resistência diminui com a intensidade de luz incidente O condutor do resistor é um filme semicondutor Materiais semicondutores ao serem expostos a luz aumentam o número de portadores livres, e consequentemente a resistência do sensor diminui

8 LDR São dispositivos de resposta lenta (10ms) São extremamente sensíveis a temperatura São utilizados em sistemas simples onde o tempo de resposta e a precisão de medida de intensidade de luz não são importantes Possíveis usos: Rastreador solar, sensor solar, detector de luz

9 LDR resposta em intensidade

10 Exemplos de aplicação Microcontroller based Solar Tracker system using LDRs and Stepper Motor Shreyasi Chakrabory, Nilanjana Mukherjee, Rashmi Biswas, Tanushree Saha, Astika Mohinta, Neha Kumari Modi, Dip Prakash Samajdar ECE Department, Heritage Institute of Technology, Chowbaga Road, Anandapur, Kolkata

11 Rastreador Solar

12 Rastreador Solar

13 Foto diodos São junções de semicondutores P-N (diodo) expostas a luz Elas podem funcionar como geradores de tensão dependentes da luz Ou serem polarizadas reversamente, e a corrente será proporcional a luz incidente São mais rápidos que os LDRs e mais sensíveis Comprimentos de onda : UV, VIS e IR

14 Funcionamento

15 Materiais Processo de absorção do fóton Fotogeração de par e-h (hv=e g ) Comprimento de onda cut-off E g =h(c/l g ) Si: E g =1,12eV Ge: E g =0,66eV l g (mm)=1,24/e g l g =1,11mm l g =1,87mm Comunicações ópticas l: 1,3-1,55mm

16 Foto diodo

17 Circuito

18 Foto-transistor É um transistor com a base exposta a luz Tem mais sensibilidade que o fotodiodo

19 Curva característica

20 Matriz de fotodiodos Podemos arranjar vários fotodiodos em linha e formar uma matriz de fotodiodos Ele pode por exemplo, ser utilizada em leitores de código de barras Em aplicações aeroespaciais as matrizes de fotodiodos são utilizadas em sensores de posição solar (sun sensor) e na construção de espectrofotômetros UV, VIS e IR

21 Exemplo

22 Exemplo Arduining.com

23 Exemplo

24 Exemplo

25 Charge Coupled Devices São matrizes (n x n) de foto capacitores tipo efeito de campo expostos a luz Tecnologia MOS (metal oxido semicondutor) São utilizados em maquinas fotográficas e filmadoras digitais São os elementos sensores de telescópios utilizados em terra e em satélites

26 Funcionamento Uma matriz de capacitores MOS depletados são exposto a luz A luz gera pares elétron- lacuna na zona de depleção Os elétrons se acumulam no terminal positivo, formando uma carga proporcional a luz incidente Um circuito de controle chaveia os capacitores, transferindo as cargas pela matriz até um amplificador de carga, que transforma a carga em pulsos de tensão elétrica

27 CCD

28 CCD

29 CCD

30 CCD

31 CCD Resultado é uma matriz n x n de pixels Ela pode ser P/B cada endereço de pixel é associado a uma valor numérico proporcional a intensidade Ela pode ser RGB cada endereço de pixel é associado a 3 valores numéricos proporcionais a intensidade luminosa do vermelho, verde e azul

32 Telescópios ópticos Arranjo de lentes e espelhos que permitem aumentar a tamanho de imagens São acoplados a sensores CCD para obtenção de imagens no visível Usos: Mapeamento da terra, astronomia

33 Exemplo

34 Telescópio de raios-x e gama Assim como no telescópio óptico, lentes colimam os raios em um detector O detector é um material cintilador colocado em cima de um elemento CCD Quando o fóton do raio-x ou gama atinge o cintilador ele gera um segundo fóton de comprimento de onda que pode ser detectado pelo sensor CCD As lentes dos telescópios de raios x e gama são placas metálicas curvadas

35 Lentes para raios-x e gama

36 Chandra X-Ray observatory

37 Espectrômetros Eles podem ser de massa (liquido ou gasoso) Eles podem ser ópticos espectrofotômetro

38 Separação da luz Prisma (refração) Grade de difração

39 Prisma

40 Lei de Snell

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42 Exemplo de espectrômetro com prisma

43 Grade de difração

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47

48 Espectrofotômetro

49 Sensor Solar Sensor utilizado em controle de atitude de satélites Serve para apontar a nave para o sol, ou para apontar a nave para a terra. Ele pode ser digital ou analógico

50 Analógico

51 Digital

52 Topologia piramidal

53

54 Magnetorquer Bobina de cobre esmaltada enrolada em um núcleo de material ferromagnetico Ao circular uma corrente pela bobina ela gera um campo magnético O campo da bobina irá se alinhar ao campo da terra, movendo a nave

55 Magnetorquer