sp sensores 1

7/31/2019 SP Sensores 1

1/261

Sistemas de Percepcin 4

Captulo 1

Sensores internos


Sensores de presencia o proximidad

Con contacto:

Fines de carrera mecnicos

Sensores sin contacto:

Magnticos: reed switches (contacto elctrico)

efecto Hall magnetoresistivos

Inductivos: slo detectan objetos metlicos a pequeas distancias

Capacitivos: materiales metlicos y no metlicos a pequeas distancias

pticos: Configuraciones muy variables


2/262


Sensores de presencia o proximidad

Fines de carrera mecnicos.

problemas de mantenimiento, desgaste mecnico y de los contactos


Sensores inductivos

Industrialmente muy empleados para detectar elementos metlicos

Insensible a mat. no metlicos: permite variedad de encapsulados

Funcionamiento:

Una bobina sobre ncleo de ferrita junto con un oscilador generan uncampo de RF (100KHz a 1MHz)

Un objeto metlico inmerso en dicho campo induce corrientes de Foucaulten su superficie (Eddy currents).

Estas corrientes originan una variacin de la inductancia de la bobina(aumentan las perdidas) lo que puede llegar a colapsar el oscilador (ECKO:Eddy Current Killed Oscilator)

Este efecto se detecta, filtra, amplifica, y se compara con un umbral.


3/263


Sensores inductivos

Distancia de deteccin:

Menor que el dimetro de labobina sensora

Depende del material y de laforma.

Mayor distancia cuanto msresistivo sea el metal

Tipos: apantallados (msrobustos) y sin apantallar (mayorrango)

Distancia lateral mnima entre

sensores: 2d aprox.


Sensores capacitivos

Empleados para detectar elementos metlicos y no metlicos

Funcionamiento:

Se basa en la variacin de la capacidad al variar el dielctrico

Este efecto se detecta, filtra, amplifica, y se compara con un umbral.

Distancia de deteccin:

Aproximadamente la mitad del dimetro del sensor Depende del material y de la forma..


4/264


Sensores magnticos

Detectan la presencia/variacinde un campo magntico externo(normalmente creado por un

imn permanente)

Tipos

Reed switch

Sensores de efecto Hall V RIBeh h

=


Sensores pticos de proximidad

Tipo barrera

Tipo retrorreflectivo

Tipo reflexin difuso

Tipo convergente

Emisor

Receptor

Retrorreflector(catadiptrico)

Emisor

ReceptorObjeto

Emisor

ReceptorZona de deteccin

Emisor ReceptorObjeto


5/265


Sensores pticos

Ejemplos:

Palpador fotoelctrico de reflexin directa Barrera fotoelctrica reflex Barrera fotoelctrica

Sensores de horquilla

Sensores de fibra ptica Sensores de contraste/luminosidad/color

Cortinas fotoelctricas


Sensores de posicin

Sensores de desplazamiento angular Con contacto

Codificadores de contactos Potencimetros

Sin contacto Resolvers

Codificadores pticos, magnticos,.. Sensores de desplazamiento lineal

Con contactoRegletas de contactos Potencimetros de desplazamiento lineal

Sin contacto LVDT

Reglas magnticas (inductosyn) y reglas pticas


6/266


Sensores de posicin angular

Potencimetros

Inconvenientes de los potencimetros: Desgaste Ruido elctrico Velocidad limitada



Medida

Mando

Ajuste


7/267


Sensores de posicin angulares

Codificadorespticosincrementales


Sensores de posicin

Encoders pticos incrementales:

Miden posiciones relativas.

Dos trenes de pulsos desfasados90 para determinar sentido degiro.

Seal de paso por cero.

Hasta 100.000 pulsos por vuelta.

Electrnica adicional.


8/268


Sensores de posicin angulares

Retculo de Moire

Decodificacin de las seales del encoderIntegrados:

LSI Computer Systems LS7083/LS7084 (slo decoder)

Agilent Technologies HCTL-2000 (incluye contador)

Data Translation DT9836 (Mdulo con doble decoder, DACs y

ADCs, DI, DO, con conexin USB )



Encoders pticos absolutos:

Miden posiciones absolutas.

El disco se divide en sectores concntricos.

Cada sector posee un ranurado distinto.

Cada posicin posee un cdigo binarionico

Resolucin fija.


9/269



Codificadorespticosabsolutos:

A - Cdigo Gray B- Cdigo binario



Cdigo Gray (cclico) frente a cdigo binario

Cdigo Gray Cdigo Binario

b2 b1 b0 b2 b1 b0

0 0 0 0 0 00 0 1 0 0 1

0 1 1 0 1 00 1 0 0 1 11 1 0 1 0 01 1 1 1 0 11 0 1 1 1 01 0 0 1 1 1

0

1

0 0

1

10

1

1

1

0

0


10/2610



Conversin de cdigo binario a cdigo Gray

Conversin de cdigo Gray a cdigo binario



Seales desfasadas 90(no en oposicin de fase)

Resolvers Primario en el rotor alimentado

mediante anillos rozantes o traforotatorio.

Dos secundarios en elestator separados 90


11/2611



Ejemplos de RESOLVERS

Circuito de lectura AD2S90


Sensores de posicin

Comparativa de los sensores de posicin angular

Robustez

mecnica

Rango

dinmico

Reso-

lucin

Estabilid.

trmica

Manteni-

mientoEncoder buena bueno media buena bueno

Resolver buena bueno buena buena bueno

Poten-cimetro

regular malo regular mala malo


12/2612


Sensores de desplazamiento lineal

Potencimetros lineales

A

C

B



Codificadores pticos lineales

Medida de desplazamiento sincontacto

Rango de medida y resolucinprcticamente ilimitada

Tipo incremental pero tambien hayversiones absolutas


13/2613



Codificadores magnticos

Medida de desplazamiento sin contacto Tipo incremental Resolucin y rango de medida prcticamente ilimitada Salida en formato encoder incremental A/B de alta resolucin



Transformador diferencial de variacin lineal (LVDT):

Ncleo ferromagntico, unido al eje cuyo desplazamiento se quieremedir, entre un devanado primario y dos devanados secundarios.

Al mover el ncleo, la tensin alterna del primario induce tensionesdiferentes en los secundarios (aumenta en uno y disminuye en otro),que son proporcionales al desplazamiento del eje.

Alta linealidad y repetitividad, resolucin infinita, bajo rozamiento.


14/2614



LVDT:

Transformador

Diferencial de

Variacin Lineal

RVDT:

Transformador

Diferencial de

Variacin Rotacional



LVDT:

Transformador

Diferencial de

Variacin Lineal

RVDT:

Transformador

Diferencial de

Variacin Rotacional


15/2615



Inductosyn (tambin llamado regla magntica)

Vi

Va Vb

Vi= a sent

V1 = b sen(2x/p) sen(t)

V2= b cos(2(x+d)/p) sen(t)

La distancia d entre los dos secundarios se ajustade modo que sus seales estn desfasados 90



Inductosyn


16/2616



Sensores de posicin magnetoestrictivos

Sin contacto, gran linealidad Rango de medida hasta 5 m y ms Fundamento (efecto Villary)

Magnetoestriccin sobre un guiaondas

Medida del tiempo de propagacin de una onda sonora


Sensores de velocidad

Medida de velocidad

Medida directa en el eje de giro Tacodinamos

Diferenciacin de las medidas de posicin Convertidor f/v

Diferenciacin digital


17/2617


Permiten determinar las fuerzas y pares ejercidos sobre elelemento terminal, durante la ejecucin de una tarea.

Pueden utilizarse para percibir la forma o posicin de un objeto,midiendo la fuerza ejercida en la superficie de contacto sobre uncierto nmero de captadores puntuales.

Galgas extensiomtricas:

Varan su resistencia elctrica al deformarse. Galgas de hilo:

Hilo dispuesto en forma de zigzag sobre un soporte elstico.

Galgas de semiconductor:

Pista de semiconductor en un ncleo de silicona. En ambos casos, al someter a traccin a la galga, se estira y

disminuye su seccin, con lo que vara su resistencia elctrica. Montaje meticuloso, calibracin laboriosa.

Medida de esfuerzos



Disposicin tpica.

Medida de fuerzas de flexin.

Sensores de fuerza


18/2618



Medida de fuerzas de traccin y torsin.

Sensores de fuerza

Clula de carga: Conjunto integrado de

galgas formando un

elemento unitario demedida de fuerzas o

pares.


Clulas de carga industrialesFlexino cortadura

Traccin/Compresin

Traccin

Compresin

Flexin/Cizalladura


19/2619



Disposicin en la mueca de un robot.

Sensores de esfuerzos en robtica


Clulas de carga en robtica:

Ejemplos comerciales.

Sensores de esfuerzos en robtica

Aplicaciones:Robotic part insertion &

verification of mechanical andelectrical component assembly.

Deburring, polishing & grindingwhere robot is required to apply

a constant force.

Force/torque feedback formanipulators in nuclear

environments.

Haptic technology & devices inteleoperation and simulation

Physical rehabilitation andprosthetics research.

Product testing - such as steeringwheel torque and automotive

seat testing.


20/2620


Captulo 2

Sensores Inerciales


Sensores internos de robots mviles.

Medida de la orientacin.

Comps magntico: medida del campo magntico terrestre(declinacin = distancia angular polo magntico a polo geogrfico)

Tipos

Mecnico (brjula)

Vlvula magntica: medida del flujo magntico

Otros: efecto Hall,

Magnetoresistivos,

Magnetoelsticos

B H=

Dinsmore Compass

1490 (dig) y 1525 (analog)

(Dim 12mm, Altura 16 mm)


21/2621


Comps magntico: vlvula magntica


Comps magntico: vlvula magntica


22/2622


Comps magntico

Otras tecnologas de compases:

Efecto Hall Magnetoresistivo

Magnetoinductivo

MangnetoestrictivoMagnetoresistivo

Magnetoinductivo

Vlvula magntica (Fluxgate)



Medida de orientacin y de velocidad angular

Giroscopios

Mecnicos: conservacin del momento cintico

Plataforma inercial estable -> medida de

la precesin

Rate Giros -> medida del par

Girocomps -> norte geogrfico

pticos (laser): efecto Sagnac

Piezoelctricos: medida de la aceleracin de Coriolis

=


23/2623


Giroscopio mecnico (OBSOLETO)


Giroscopios pticos

Principio de funcionamiento: efecto Sagnac

Ilustracin del efecto Sagnac


24/2624


Giroscopios pticos

Tipos de giroscopios pticos

Giroscopios lser de anillo activo Giroscopios lser de anillo resonador pasivo Giroscopios lser de fibra ptica

Giroscopio de fibra ptica

Anillo resonador pasivo


Giroscopios piezoelctricos

Principio de funcionamiento:fuerza de Coriolis

MEMS (Micro ElectroMechanical Systems)

( )2CoriolisF m v =


25/2625



Sensores de inclinacin y/o aceleracin

Inclinmetros

Acelermetros MEMS (Micro Electro-Mechanical Systems)


Acelermetros

El acelermetro de dos ejes ADXL202

El ADXL202 es un acelermetro de dos ejes de bajoconsumo y salida digital, integrado en un chip monoltico.Mide aceleraciones hasta una escala mxima de + 2 g.Soporta golpes de hasta 1000 g. Puede medir aceleracindinmica (como por ejemplo una vibracin) y tambinaceleracin esttica, como por ejemplo la atraccin de lagravedad.

Este circuito integrado tiene salidas digitales, en forma depulsos repetidos cuyo ancho vara en relacin con lamedicin. Estas salidas en forma de pulsos se puedenmedir con microcontroladores sin necesidad de contar conuna entrada para la conversin Analgica/Digital. El ritmode repeticin del pulso es ajustable de 0,5 a 10 ms pormedio de una resistencia.

Permite realizar mediciones menores a 2 mg (mili g) a unafrecuencia de 60 hertz. El ancho de banda de respuesta sepuede determinar por medio de condensadores de filtro enambos circuitos, X e Y.


26/26



Sensores de velocidad

Sensores de velocidad absoluta de efecto Doppler

( )

1onda transmit.

2

1 2onda recibida

t

t t r t

r t t

rr

r r

cf

T c f fv T v

c ff

T

= =

= == =

Vv

=cos( )

V

v

Aplicaciones:

Tractores agrcolas: dosificacin automtica de productos Vehculos marinos: medida absoluta de velocidad Viandantes y corredores: podmetros Robtica mvil: estimacin de la velocidad

sp sensores 1

Documents