Capítulo 5. Sensores Digitais

Transcrição

1 Sensores Centro de Formação Profissional Orlando Chiarini - CFP / OC Pouso Alegre MG Inst.: Anderson

2 Capítulo 5 Sensores Digitais

3 Capítulo 5 Codificador Incremental de Posição

4 Capítulo 5 Codificador Incremental de Posição

5 Capítulo 5 Efeito Doppler

6 Capítulo 5 Efeito Doppler Emissor em repouso relativamente ao receptor, a radiação emitida chegaria a este último com frequência: Quando o emissor se move relativamente ao receptor com velocidade v, a radiação emitida chega ao receptor com frequência: Onde v tem sinal positivo se o emissor se aproxima do receptor ou sinal negativo no caso contrário

7 Capítulo 5 Efeito Doppler Assim, no receptor o desvio em frequência devido ao efeito Doppler é:

8 Capítulo 5 Efeito Doppler O sinal + ou para as velocidades e é sempre dado orientando-se a trajetória positivamente do observador para a fonte:

9 Capítulo 5 Efeito Doppler - Exercícios 1) Um automóvel com velocidade constante de 72km/h se aproxima de um pedestre parado. A frequência do som emitido pela buzina é de 720Hz. Sabendo que a velocidade do som no ar é de 340m/s, qual a frequência que o pedestre irá ouvir?

10 Capítulo 5 Efeito Doppler Exercícios 2) A figura ao lado representa uma fonte sonora que desloca pela trajetória representada pela linha cheia, com velocidade escalar constante, emitindo um som de frequência constante. Um observador localizado no ponto P escutará o som de forma mais aguda quando a fonte passar por qual ponto?

11 Capítulo 5 Efeito Doppler Exercícios 3) Um maratonista treina correndo ao longo de uma rodovia. Nesta rodovia, no mesmo sentido, trafega um carro com velocidade de 20m/s. Ao avistar o maratonista, o motorista buzina para ncentiválo, com frequência real de 320Hz. Sabendo que a velocidade do som no ar é de 340m/s e que a frequência da buzina percebida pelo maratonista foi de 335Hz, determine a velocidade do maratonista.

12 Capítulo 5 Efeito Doppler Exercícios 4) No esquema abaixo, A é uma ambulância que se move a 108km/h e C é um carro que se move opostamente à ambulância a uma velocidade de 36 km/h. A ambulância, tocando sirene, emite um som de freqüência 900 Hz. Se a velocidade do som no ar (supostamente parado) é de 340 m/s, calcule a freqüência aparente do som ouvido pelo motorista de C: a) antes do cruzamento de seu carro com a ambulância; b) depois do cruzamento de seu carro com a ambulância.

13 Capítulo 5 Velocidade do Som A partir da Primeira Lei da Termodinâmica, aplicada a um gás ideal, em um estado de equilíbrio termodinâmico, obtemos para a velocidade da onda sonora. Onde: é a razão entre o calor específico do gás, a pressão constante, e o seu calor específico, a volume constante (para o ar = 1,402); M - massa molecular (para o ar M = 29,0 10 3Kg /mol); R - constante universal do gases (R = 8,31J /mol K); T - temperatura absoluta.

14 Capítulo 5 Com base na equação anterior encontramos que a velocidade do som no ar, a 0 oc é, aproximadamente, 331,5 m/s. Vemos então que a velocidade do som depende diretamente da temperatura e seu valor aproximado pode ser calculado através de: v = 331,5 + 0,60.ɸ Onde ɸ é a temperatura ambiente em oc.

15 Capítulo 5 Efeito Doppler x Temperatura - Exercícios 8) Calcule a velocidade do som no ar para as temperaturas abaixo: a) 100 oc; b) 25 oc; c) 230 oc.

16 Técnicas de Condicionamento de Sinal

17 Condicionamento Conversão de sinal (ex. impedância/ frequência ou impedância/ tensão); Manipulação do sinal (ex. linearização ou compensação de grandezas de influência); Filtragem (ex. eliminação da f.e.m. induzida pelos 50Hz da rede eléctrica); Amplificação.

18 Conversão Impedância/Tensão Montagem potenciométrica com resistência de polarização fixa.

19 Conversão Impedância/Tensão - Exercício 1) Calcule a tensão de saída Vo do sistema abaixo, considerando que R1 = 220R, Rs = 13,33R e Vi = 18Vdc.

20 Conversão Impedância/Tensão Montagem potenciométrica com resistência de polarização sensível às grandezas de influência.

21 Conversão Impedância/Tensão - Exercício 1) Calcule a tensão de saída Vo do sistema abaixo, considerando que R1 = 200R, Rs = PT-100 e Vi = 24Vdc para as seguintes temperaturas:

22 Conversão Impedância/Tensão - Exercício 2) Calcule a tensão de saída Vo do sistema abaixo, considerando que R1 = 10K, Rs = LDR e Vi = 12Vdc para as seguintes intensidades luminosas:

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24 Circuitos em Ponte: Medida de Resistências 1º Caso: A relação entre a tensão medida e a variação de resistência é não-linear podendo apenas ser considerada aproximadamente linear para os casos em que a variação da resistência é baixa em comparação com a sua resistência em repouso. Mais ainda, apesar de simples, esta montagem não possui a capacidade de eliminar, da tensão de medida, o efeito das grandezas de influência.

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26 Circuitos em Ponte: Medida de Resistências 2º Caso: A relação entre a tensão medida e a variação de resistência continua nãolinear. Conseguiu um aumento da sensibilidade da montagem para o dobro. Contudo, com esta topologia não é possível eliminar, da tensão medida, a influência de grandezas parasitas.

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28 Circuitos em Ponte: Medida de Resistências 3º Caso: A sensibilidade e o erro de não-linearidade são aproximadamente idênticos aos obtidos no primeiro caso. Contudo, com esta topologia é possível compensar a tensão de medida das flutuações de resistência do sensor devido a outras grandezas que não aquela que se pretende medir.

29 Circuitos em Ponte: Medida de Resistências 4º Caso: Esta estratégia de condicionamento não só se duplica a sensibilidade em relação ao terceiro caso como também se melhora a linearidade.

30 Circuitos em Ponte: Medida de Resistências 5º Caso: A única vantagem desta montagem em relação à anterior está no fato de duplicar a sensibilidade.

31 Conversão Impedância/Frequência Multivibrador astável com dois transistores:

32 Conv. Impedância/Frequência - Exercício 7) Calcule a frequência de saída Vo do multivibrador astável abaixo, considerando que C=10uF, C1= 100nF, R1=10K, R2=100K, R=LDR (dados abaixo) e Vcc=12Vdc para as seguintes intensidades luminosas:

33 Conversão Impedância/Frequência Multivibrador astável com amplificador operacional:

34 Conversão Impedância/Frequência 8) Calcule a frequência de saída Vo do multivibrador astável abaixo, considerando que C=10nF, R= NTC (gráfico), R1=10K e R2=100K e Vcc=12Vdc para as seguintes temperaturas:

35 Conversão Impedância/Frequência Multivibrador astável com portas lógicas CMOS (inversoras):

36 Conversão Impedância/Frequência Multivibrador astável com integrado LM/NE555:

37 Pré-Amplificadores Amplificadores Operacionais: O amplificador operacional é um amplificador de corrente contínua do tipo diferencial com elevado ganho possuindo duas entradas, uma inversora e outra não-inversora. O comportamento deste tipo de dispositivo é regulado por uma malha de realimentação e possuem, idealmente, as seguintes características: Ganho de tensão em malha aberta infinito. Impedância de entrada e largura de banda infinita. Impedância de saída nula.

38 Ganho: É uma característica apresentada por um dispositivo amplificador ou atenuador, que consiste em modificar a amplitude de um sinal aplicado à sua entrada.

39 Pré-Amplificadores Amplificador Inversor:

40 Amplificador Inversor - Exercício Calcule o sinal se saída e o ganho do amplificador abaixo em escala linear e db, sabendo que R1=22, Rf=3,3M e Vi = 100mVac:

41 Pré-Amplificadores Amplificador Não-Inversor:

42 Amplificador Não Inversor Exercício Calcule o sinal se saída e o ganho do amplificador abaixo em escala linear e db, sabendo que R1=22, Rf=3,3M e Vi = 100mVac:

43 Pré-Amplificadores Amplificador Somador:

44 Amplificador Somador Exercício Projetar um circuito com A.O. Que produza uma saída igual a: a) (4V1 +V2 + 0,1V3), dado Rf = 60K; b) Escreva uma expressão para a saída e esboce sua forma de onda quando V1 =2.sent, V2 = +5V e V3 = 100V; c) Calcular o valor eficaz total da tensão de saída Vo para o item b.

45 Pré-Amplificadores Amplificador Diferencial:

46 Amplificador Diferencial Exercício Para o circuito a seguir, determinar e expressão de saída Vo:

47 Pré-Amplificadores Integrador:

48 Pré-Amplificadores Amplificador Logarítmico:

49 Pré-Amplificadores Linearização com AMPOPs: Para esta montagem, a relação entre ambas as grandezas é sempre linear e independente da taxa de variação da resistência do sensor.

50 Amplificadores de Instrumentação

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