Sensores e Transdutores Flashcards
O que são sensores e transdutores?
Sensores: Apreendem as grandezas que se pretendem observar/medir.
Transdutor: transformam (convertem) a grandeza apreendida numa uma forma que pode usada em operações subsequentes.
De que tipo é o output dos sensores?
É tipicamente elétrica porque é adequada para a transmissão,
condicionamento, processamento, controlo, gravação de dados, etc.
Como são os circuitos de sensores-transdutores?
Usualmente é necessário aplicar condicionamento de sinal à saída dos sensores-transdutores (filtros, amplificadores, conversores PWM, comutadores, etc).
- Os sensores modernos já incorporam os circuitos de condicionamento e até de processamento, geralmente na forma de circuitos integrados.
- Sistemas de alimentação e de isolamento não são usualmente incorporados.
Diga o que entende por sensores-transdutores passivos
São sistemas autónomos.
- Não necessitam de alimentação externa.
- Dependem da sua própria característica de transferência de potência.
- Exemplos: sensores eletromagnéticos, piezoelétricos, etc.
Diga o que entende por sensores-transdutores ativos
São sistemas não autónomos.
- Necessitam de alimentação externa.
- Não dependem da sua própria característica de transferência de potência.
- Têm geralmente um design menos complexo, são mais fiáveis e mais baratos que os sensores-transdutores passivos.
- Exemplos: transdutores resistivos, etc.
Categorize os diferentes tipos de sensores-transdutores
Geralmente são classificação segundo:
(1) O input ou output do sensor-transdutor:
- Sensores mecânicos
[Força, deslocamento, tensão/deformação, propriedade de materiais, etc.]
- Sensores elétricos/eletrónicos
[Tensão, corrente, campo elétrico, campo magnético, condutividade, etc.]
- Sensores biomédicos, etc.
[Deslocamento, força, pressão (sanguínea, etc.), temperatura, fluxo, etc.]
(2) A tecnologia ou princípios físicos relacionados:
- Sensores piezoelétricos
- Sensores óticos, etc.
(3) A aplicação:
- Aplicações eletromecânicas
- Aplicações termofluidicas
- Aplicações biomédicas, etc.
Para o caso de sensores já existentes, indique o processo de seleção
- Parâmetros ou variáveis a serem medidas na sua aplicação.
- Natureza da informação (parâmetros e variáveis) necessária para uma aplicação particular (analógica, digital, modulada, desmodulada, power level, bandwich, accuracy, etc.).
- Especificações para as medidas necessárias ( medida do tipo de sinal, medida do nível, alcance, bandwich, accuracy, signal-to-noise ratio (SNR), etc.).
- Lista dos sensores disponíveis que são necessários para a aplicação e para as suas data sheets.
- Sinal fornecido por cada sensor (tipo- analógico, digital, modulado…).
- Tipo de condiçao de sinal ou conversao precisa para os sensores (filtering, amplification, modulation, demodulation, ADC, DAC, voltage-frequency conversion, frequency-voltage conversion, etc).
-
Indique as metodologias para o desenvolvimento de novos sensores
Três metodologias possíveis:
- Modificação do hardware de sensores existentes.
- Adição de hardware/software à tecnologia já existente.
- Desenvolvimento de raiz.
Indique um exemplo de sensores a serem desenvolvidos de raiz
Detecção do estado da fixação osso-implante em implantes ortopédicos inteligentes.
O que entende por sensores-transdutores eletromecânicos aplicados ao movimento?
Foco no movimento: posição, velocidade, aceleração e jerk.
Sensores mais usados: posição e aceleração.
Diferentes transdutores para diferentes variáveis cinemáticas:
- Teoricamente, é possível medir apenas uma das variáveis cinemáticas e obter as outras por diferenciação ou integração (através de hardware/software específico).
- A adequabilidade da abordagem teórica é muito limitada:
- É inaceitável a diferenciação de sinais (no domínio do tempo)
com muito ruído e em bandas estreitas de alta frequência
- Acumulação de erros na integração de sinais
- Reduzida capacidade de processamento
- Elevada sensibilidade e exatidão da medição.
Regra:
- Monitorizar a posição para f= 1Hz.
- Monitorizar a velocidade para f«1kHz.
- Monitorizar a aceleração e Jerk para f» 1 kHz.
O que entende por sensores-transdutores eletromecânicos aplicados ao esforço?
Foco no esforço: força, momentos de força, binário.
Aplicações:
- Pontos de (momento de) força/binário.
- (Momento de) força/binário distribuídos.
Desempenho: depende da dinâmica mecânica da tecnologia.
Sensores de força para monitorizar movimento: os sensores de força podem ser usados como sensores de aceleração (F=ma) , de velocidade e de posição
- Podem incluir elementos inerciais: para converter a em F.
- Podem incluir elementos de amortecimento: para converter v em F.
[Exemplos: acoplamentos eletromecânicos]
- Podem incluir elementos de compressão/extensão: para converter p em F.
[Exemplo: molas]
A localização de sensores de força para monitorizar movimento é relevante?
A localização do sensor de força tem uma influência significativa no desempenho do sensor.
- O ideal é ser instalado exatamente onde os dados de força são necessários.
- Posicionamentos relativos podem afetar a estabilidade e controlo dos
processos (devido à dinâmica dos processos intermédios).
Diga o que sabe sobre o potenciómetro
Tipo de transdutor: ativo e de contacto.
Arquitetura: translacional ou rotacional.
Elementos básicos: enrolamento uniforme ou filme de materiais.
Mecanismo de transdução: dois terminais ligados às extremidades do elemento resistivo; um terceiro terminal desliza sobre esse mesmo elemento resistivo.
Princípio de funcionamento: Variação da resistência com a variação do deslocamento.
Efeito de carga: alteração de v0 com a alteração da carga elétrica (circuitos a jusante) e/ou carga mecânica (atrito).
Para que servem os potenciómetros rotacionais?
Medem deslocamentos angulares.
Vantagens: menor dimensão em comparação com os potenciómetros lineares
[O comprimento do elemento resistivo não necessita aumentar em proporção com a gama de medida]
Potenciómetro rotacional em hélice: permitem medição de ângulos » 360º.
Efeito de carga: erro não linear em função da carga elétrica e/ou mecânica.
Alguns dados sobre o desempenho dos potenciómetros lineares e rotacionais
- Dissipação de energia no processo de transdução: perdas mecânicas (atrito) e
perdas térmicas (por efeito de Joule) - Curso máximo: geralmente « 75cm.
- Elemento resistivo: geralmente » 10 ohms e « 1 Mohms
[Quanto menor esta resistência, menor a resolução] - Resolução dos potenciómetros de enrolamento: dependente do número
de espiras. Geralmente, r«0.1% (1000 espiras). - Vantagens: (1) design simples e robusto; (2) relativamente barato; (3) output de elevada tensão (desnecessário amplificadores); (4) a impedância pode ser variada.
