Instrumentação cap 5, Notas de estudo de Tecnologia Industrial
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Instrumentação e Controle Capitulo 05 Sensores de Presença 64

Índice

5 – SENSORES DE PRESENÇA_________________________________________ 65

5.1 - SENSORES ÓPTICOS________________________________________________ 65

5.1.1 - Sensor de Detecção por Retro-Reflexão _________________________________ 67

5.1.2 - Sensores ópticos, por detecção por barreira:_____________________________ 68

5.1.3 - Sensor óptico, detecção por reflexão difusa______________________________ 68

5.1.4 – Cabos de fibra óptica: _______________________________________________ 70

5.1.5 - Características______________________________________________________ 70

5.2 - SENSOR INFRAVERMELHO ATIVO __________________________________ 72

5.3 - INFRA-VERMELHO PASSIVO ________________________________________ 73

5.4 - BARREIRA ULTRA-SÔNICA _________________________________________ 73

5.5- EXERCÍCIOS: _______________________________________________________ 74

Instrumentação e Controle Capitulo 05 Sensores de Presença 65

Capítulo 05

5 – SENSORES DE PRESENÇA

5.1 - SENSORES ÓPTICOS

Os sensores ópticos, são componentes eletrônicos de sinalização e comando que executam detecção de qualquer material sem que haja contato mecânico entre eles.

O princípio de funcionamento do sensor óptico baseia-se na existência de um emissor e um receptor. A luz gerada pelo emissor deve atingir o receptor com intensidade suficiente para fazer com que o sensor comute sua saída.

Figura 5.1 - Principio de Funcionamento

0 sinal de luz gerado pelo emissor do sensor óptico é modulado numa determinada freqüência, ou seja, o emissor gera um sinal com um certo número de lampejos por segundo. 0 receptor do sinal do sensor é acoplado um filtro que somente considera válido sinais com a mesma freqüência do emissor. Esta característica é empregada no sensor óptico para minimizar os efeitos de possíveis interferências causadas por outras fontes luminosas que não o emissor.

Operação do Sensor Óptico de Acordo com o Diagramas de Blocos Abaixo:

Oscilador - Gera um sinal elétrico modulado e envia ao emissor.

Emissor - Transforma o sinal elétrico vindo do oscilador em um feixe de luz pulsante (modulado), sendo executada a emissão do sinal.

Receptor - Converte o sinal de luz pulsante (modulado) em um sinal elétrico modulado.

Instrumentação e Controle Capitulo 05 Sensores de Presença 66

Pre-Amplificador - Adequa o sinal elétrico modulado vindo do receptor a níveis compatíveis com o circuito eletrônico do sensor.

Analisador de Freqüência - Compara a freqüência do sinal recebido pelo receptor com a freqüência do sinal gerado pelo emissor, considerando apenas os sinais que sejam compatíveis.

Discriminador - Compara o nível do sinal recebido do analisador de freqüência com níveis pré estabelecidos, definindo o estado do sensor.

Estágio de Saída - Recebe o sinal do discriminador e comuta a carga.

LED - Indicador de estado, sendo acionado pelo discriminador.

Fonte de Alimentação - A alimentação do circuito do sensor é feita por um Regulador intemo.

Figura 5.2 - Diagrama de um sensor óptico (retro-reflexão e reflexão difusa)

Figura 5.3 – Exemplo de aplicação de um sensor óptico tipo retro-reflexão

Instrumentação e Controle Capitulo 05 Sensores de Presença 67

Figura 5.4 - Sensor óptico por retro-reflexão

5.1.1 - Sensor de Detecção por Retro-Reflexão

Nesse tipo de sensor o emissor e o receptor também estão montados no mesmo corpo. Um feixe de luz é estabelecido entre o emissor e o receptor por intermédio do refletor. 0 sensor é ativado quando o objeto interrompe o feixe de luz. 0 objeto detectado pode deixar passar uma baixa intensidade luminosa desde que o limiar de detecção seja atingido (Figura 5.3). Ele também pode refletir a luz de maneira direta ou difusa, desde que esta não seja detectada pelo receptor do sensor com intensidade suficiente para acioná-lo. Por esta razão, objetos muito transparentes, claros ou brilhantes podem eventualmente não ser detectados por esse tipo de sensor.

0 sensor de retro-reflexão possui distancia de acionamento totalmente dependentes das características do refletor, sendo portanto as condições desse acessório, tais como: limpeza, dimensão, instalação e características construtivas vitais para o perfeito acionamento do conjunto.

Uma falha no emissor do deste tipo de sensor faz com que o mesmo interprete como "HA Objeto".

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5.1.2 - Sensores ópticos, por detecção por barreira:

O sensor óptico de detecção por barreira de luz possui o emissor e o receptor montados em corpos separados. Estes dois componentes ao serem alinhados, criam entre si uma barreira de luz. A presença de um objeto interrompendo esta barreira faz com que o sensor seja ativado.

Figura 5.5 - Sensores óptico por detecção por barreira

5.1.3 - Sensor óptico, detecção por reflexão difusa

O sensor óptico de detecção por reflexão-difusa, possue o emissor e o receptor montados no mesmo corpo. A luz gerada pelo emissor cria uma região ativa onde a presença de um objeto, faz com que a luz seja refletida de forma difusa, de volta ao receptor, ativando o sensor.

Instrumentação e Controle Capitulo 05 Sensores de Presença 69

Figura 5.6 - Sensor do tipo reflexão difusa

Figura 5.7 - Aplicação de sensores de reflexão-difusa

Instrumentação e Controle Capitulo 05 Sensores de Presença 70

5.1.4 – Cabos de fibra óptica:

Os cabos de fibra óptica são acessórios de grande utilidade para a aplicação em conjunto com alguns modelos de sensores ópticos. Sua função é fazer a transmissão do sinal luminoso do emissor ao local onde deseja-se executar a detecção do objeto. Os cabos de fibra óptica reproduzem os efeitos dos sensores por reflexão-difusa, retro-reflexão ou barreira de luz.

Figura 5.8 - Fibra óptica de vidro

Devido à tolerância de componentes, raio de luz, curvatura das fibras, e da qualidade da interface óptica, poderão ocorrer diferenças significativas nas distâncias de detecção.

5.1.5 - Características

Distância de acionamento S (mm)

Distância de acionamento, define o espaço entre o objeto acionador e a face ativa do sensor no momento em que a saída muda de estado.

Fator de correção

Nos sensores de detecção por reflexão-difusa, a distância de acionamento depende das dimensões do objeto a ser detectado, do acabamento da superfície e de sua cor.

Instrumentação e Controle Capitulo 05 Sensores de Presença 71

Na tabela abaixo temos exemplos do fator de correção para algumas variações de materiais em função do acabamento de sua superfície e da cor.

Material Fator de correção Cartão Kodak Gray Control 1.0 Isopor branco 1.0...1.2 Metal brilhante 1.2...2.0 Madeira in natura 0.4...0.8 Tecido de algodão branco 0.5...0.8 Cartolina, preto fosco 0.1 Cartolina, preto brilhante 0.3 PVC, cinza 0.4...0.8

Terminologias elétricas utilizadas

As simbologias descritas abaixo são utilizadas nas tabelas de dados técnicos que definem as características dos sensores.

sn Distância de acionamento nominal V Tensão de alimentação do sensor I Corrente de saída do sensor Fc Freqüência de comutação do sensor Icons. Corrente de consumo do sensor Vq Queda de tensão sobre a saída do sensor IP Grau de proteção do sensor Dim Dimensões do sensor Tipo de Luz Tipo de luz gerado pelo sensor (Vermelha ou

infravermelha) Conexão Conexão elétrica utilizada pelo sensor (cabo ou

conector) Função óptica Define se é um emissor ou receptor

OBS: Alguns modelos mencionados acima possuem proteção contra curto- circuito e inversão de polaridade incorporados. Estes sensores também possuem LED sinalizador de estado e ajuste de sensibilidade.

Os sensores ópticos de corrente contínua são comutadores a três ou quatro fios dependendo do número de saídas, onde a carga a ser comandada deve ser ligada entre a saída e o negativo para o caso de sensores tipo PNP ou entre a saída e o positivo para o caso de sensores tipo NPN.

Instrumentação e Controle Capitulo 05 Sensores de Presença 72

Figura 5.9 - Esquema de ligação- Tipo PNP NA+NF

5.2 - SENSOR INFRAVERMELHO ATIVO

Mesmo principio de funcionamento dos sensores ópticos tipo barreira, porem utilizados em outro tipo de aplicação(alarmes – sistema de controle de intrusão).

Figura 5.10 - Sensor IVA – Detalhe de um receptor

Constituído por transmissor e receptor, possue suporte ajustável para fácil alinhamento do feixe. Utilizado em aplicações de segurança como: alarmes, proteção perimetral, iluminação automática, portas de garagem, e outras.

Figura 5.11 Sensores IVA comerciais

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5.3 - INFRA-VERMELHO PASSIVO

Trata-se apenas de um receptor de infravermelho com ajuste de sensibilidade. Ë utilizado principalmente para alarmes de intrusão pois detecta o calor humano a uma distância razoável (15 a 25m). O elemento sensitivo nestes tipos de sensores é do tipo pirotérmico integrado.

Figura 5.12 - Sensor IVP e o diagrama de sensibilidade da lente

5.4 - BARREIRA ULTRA-SÔNICA

A idéia básica dessa barreira invisível é simples de ser entendida: temos um emissor de ultra-sons que envia seus sons (inaudíveis para o ouvido humano) para um receptor que pode ser colocado diretamente na sua direção, ou de tal modo que capte os sons refletidos num obstáculo, como mostra a figura. Se algum objeto ou pessoa no “campo” dos sinais ultra-sônicos se movimentar, ele perturbará sua propagação o que será sentido imediatamente pelo receptor. O receptor, do tipo sintonizado, percebe qualquer anormalidade no sinal que recebe e quando isso ocorre ele dispara um relê temporizado, o qual pode servir para tocar um alarme, acender uma luz ou mesmo ativar algum outro tipo de dispositivo de segurança (fechar portas e janelas).

Figura 5.13 - Transmissor/Receptor ultra- sônicos

Os ultra-sons têm muitas vantagens na utilização em relação aos sistemas fotoelétricos. A primeira está no fato de que eles não podem ser percebidos, o que não ocorre nos sistemas com luz que, se for visível

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pode ser facilmente detectada pelo intruso. A segunda está no fato de que eles refletem em muitos objetos e na

reflexão não formam qualquer padrão visível, o que não ocorre com a luz. Uma parede é um excelente refletor para os sinais e desta forma possibilita sua utilização como elemento do próprio sistema de alarme.

A distância máxima que o transmissor pode ser colocado do receptor é da ordem de 15m, mas isso variará sensivelmente em função das condições dos locais a serem protegidos.

5.5- EXERCÍCIOS:

01. Quais os componentes do sensor óptico: a) Resistência, válvula e diodo. b) Termostato, diodo e uma chave. c) Emissor e receptor. d) potenciômetro e um led. e) Bobina e um tiristor.

02. Assinale com Verdadeiro (V) ou Falso (F) ( ) O oscilador gera um sinal elétrico modulado e envia-o ao emissor. ( ) O emissor transforma o sinal elétrico vindo do oscilador em um feixe de

luz contínua, sendo executada a emissão do sinal. ( ) O receptor converte o sinal de luz em sinal elétrico contínuo. ( ) O Pre-Amplificador adequa o sinal elétrico vindo do receptor a níveis

com o circuito eletrônico do sensor. ( ) O analisador de freqüência compara a freqüência do sinal transmitido

pelo receptor com a freqüência do sinal gerado pelo emissor.

03. Assinale a opção correta: a) Reflexão Difusa, Retro-Transmissão e Barreira de Luz. b) Refletores, Retro-Reflexão e Reflexão Difusa. c) Fibra óptica, Retro-Transmissor e Barreira de Luz. d) Barreira Difusa, Retro - Reflexão e Barreira de Luz. e) Reflexão, Retro-Reflexão e Barreira de luz.

04. Assinale a opção que não é característica do sensor ótico: a) O sensor trabalha sem contato mecânico. b) Possue componentes eletrônicos para executar a comutação do sinal. c) Não utilizam elementos sensores físicos. d) Permite trabalhar com fontes de energia de diferentes natureza. e) Detecta a presença de qualquer objeto que seja capaz de interromper ou

refletir o sinal luminoso em nível suficiente para causar mudança de estado, sem que para isso ocorra contato físico entre o sensor e o material.

05. Indique a opção que não é uma vantagem do sensor ótico:

a) Ausência de desgaste mecânico, portanto grande durabilidade. b) Vida útil é afetada pelo número de comutações. c) Possibilidade de alcance de até 10m.

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d) Possibilidade de vários formas de instalação. e) Alta freqüência de comutação, até 250Hz.

06 Assinale V ou F. ( ) Distância de Acionamento Nominal determina o alcance do sensor na

detecção de um objeto. ( ) Distância de acionamento Real é medido a 10º C e considerado as

variações no processo de fabricação, sendo a variação não ultrapassa 10% da distância nominal.

( ) Distância de Acionamento Assegurada é a distância na qual a operação do sensor é garantida, dentro dos limites de variação de temperatura e tensão de alimentação.

07. Marque a opção que não é aplicação para o sensor por reflexão Difusa: a) Verificar se a caixa está completa. b) Identificar falhas. c) Seleção de material. d) Controlar posição de peças. e) Identificar objetos.

08. Identifique a aplicação que não é do sensor por Retro - reflexão: a) Contar peças. b) Controle de nível. c) Controle de falhas. d) Regulagem de tensão. e) Controle de qualidade.

09. Assinale a opção que não se aplica ao sensor por Barreira de Luz: a) Detecção em locais de alta temperatura. b) Seleciona fluxo. c) Controle final de fluxo. d) Controle e segurança de portões. e) Contagem de peças.

10. Assinale V(verdadeiro) ou F(falso): ( ) Sensores de presença são dispositivos que detectam a proximidade de

outros objetos. ( ) Sensores óticos de presença podem ser projetados somente usando

fontes de luz visível. ( ) Os sensores infravermelhos podem ser ativos ou passivos. ( ) Os sensores ativos detectam presença de radiação infravermelha no

ambiente. ( ) Os sensores passivos são efetivos para cobrir grandes áreas no interior

de prédios.

12. Faça a somatória das afirmativas corretas: 1) O sensor óptico de detecção por barreira de luz possui o emissor e o

receptor montados em corpos separados. 2) O sensor ótico reflexão difusa possui o emissor e o receptor montados

no mesmo corpo.

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3) No sensor ótico por barreira de luz a luz gerada pelo emissor cria uma região ativa onde a presença de um objeto, faz com que a luz seja refletida de forma difusa, de volta ao receptor ativando o sensor.

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