Sensores de distância
(134)Os sensores de distância são componentes eletrónicos de uso comum em muitas indústrias. Em primeiro lugar, na automatização industrial e na robótica, mas é comum encontrá-los na vida quotidiana. Muitos dispositivos e máquinas, como automóveis e elevadores, contêm sensores de distância que permitem implementar funcionalidades de segurança, como assistente de estacionamento ou cruise control adaptativo. Em condições industriais, os sensores de distância permitem detetar a posição de um objeto na linha de produção/transmissão, posicionar o objeto colocado na máquina-ferramenta, determinar o seu tamanho, etc. Os construtores e projetistas selecionam o tipo de componente adequado estritamente em função das características da aplicação, da precisão necessária, da velocidade de funcionamento e do sistema no qual o sensor vai desempenhar a sua função. Vejamos os parâmetros básicos dos sensores que deve ter em conta para escolher a solução adequada.
Como funcionam os sensores de distância – tecnologia e classificação genérica
Os sensores de distância costumam ser compostos por três elementos: um controlador, um emissor e um recetor. O controlador utiliza um transmissor para enviar um sinal (acústico, eletromagnético) e depois “espera” que a onda faça ricochete na superfície mais próxima e seja registada diante do recetor. A medição pode ser efetuada de duas formas. (1) Dado o tempo e a velocidade da onda, o controlador calcula a distância percorrida pelo sinal e depois envia essa informação ao dispositivo mestre. (2) Outro método é registar a intensidade da luz refletida (quanto mais fraca for a onda de retorno, maior será a distância registada pelo sensor). A classificação básica dos sensores baseia-se no tipo de sinal emitido.
Sensor de distância laser
As vantagens inquestionáveis dos sensores laser são a precisão e o alcance: o feixe emitido é enviado a um ponto definido com precisão, e a sua boa propagação permite a deteção de objetos situados a uma distância de até várias dezenas de metros. Em simultâneo, a amostragem pode ser realizada com uma frequência de várias centenas de hertz. Em projetos em que o preço do componente utilizado não tenha um papel importante, o sensor de distância laser costuma ser a melhor solução possível.
Sensores de distância refletores e infravermelhos
Sensor refletor é um nome pouco apropriado porque, como descrito anteriormente, a deteção da distância é geralmente efetuada refletindo algum tipo de sinal. Os componentes deste tipo utilizam díodos emissores de radiação IV (ou seja, infravermelhos) e um detetor, por exemplo, um fototransístor. Em comparação com um raio laser, o sinal é mais fraco e disperso. Por um lado, isso limita a precisão da medição e a distância máxima; por outro, permite a construção de sensores que detetam objetos presentes num campo muito mais amplo (o convencionalmente denominado “campo de visão do sensor”). Estes sensores são utilizados, entre outros, como “sensores de desnível”, que permitem que a máquina não caia; esta função encontra-se, por exemplo, nos aspiradores automáticos. O alcance e a precisão podem ser aumentados mediante o uso de uma série de acopladores óticos (do inglês, sensor array) num único módulo. Equipado com muitas saídas, o circuito permite, por exemplo, detetar movimento paralelo ao plano do sensor (medição de velocidade). Cabe destacar que os sensores de reflexão que registam a intensidade do sinal de retorno são perfeitos para detetar superfícies escuras que absorvam a luz. Portanto, são utilizados para detetar linhas impressas ou contar pulsos em codificadores que controlam a velocidade de rotação e a posição do eixo (sensores tipo forquilha).
Sensor de distância ultrassónico
Os sensores ultrassónicos, ao contrário dos fotodetetores descritos anteriormente, utilizam a propagação de ondas acústicas. Esta solução tem várias vantagens. Em primeiro lugar, o sensor pode detetar objetos feitos de materiais transparentes e líquidos. O circuito que controla o nível da água no tanque é um exemplo prosaico da sua utilização. À medida que o emissor piezoelétrico vibra, um efeito secundário (mas desejável) do seu funcionamento é a limpeza do sensor, especialmente do pó e das manchas. No caso dos sensores laser, uma tal contaminação poderia gerar leituras erradas. Os sensores ultrassónicos são fáceis de implementar e também são produtos acessíveis, o que os torna populares entre os construtores aficionados, especialmente na construção de robôs com autopropulsão (deteção de obstáculos).
Interface do sensor de distância
A segunda consideração-chave para a seleção de um sensor de distância é o tipo de interface. Neste âmbito, os sensores de distância dividem-se entre os que têm saída analógica e os que têm saída digital.
Saída analógica
Graças à saída analógica (corrente ou tensão), o sistema de controlo (por exemplo, microcontrolador) tem acesso direto às leituras do sensor e pode analisar, corrigir, calibrar e compensar a medição face a fatores ambientais. Também facilita a calibração do sensor por software. Além disso, o construtor pode usar o sinal analógico para gerar interrupções, de modo que exceder o valor estabelecido resultará numa reação imediata do sistema de controlo. A interface analógica mais comum é o caso dos sensores de reflexão: a saída pode ser, por exemplo, um coletor de fototransístor.
Interface digital
As vantagens inegáveis das interfaces digitais são a sua resistência à radiação eletromagnética e a limitação do número de cabos necessários. No caso da interface analógica, cada sensor ocupa uma linha do controlador (o multiplexador, conversor A/C). O uso de um método de transmissão como, por exemplo, I2C permite (teoricamente) conectar literalmente centenas de sensores a uma linha. As interfaces digitais são uma solução recomendável para ambientes industriais, pois permitem uma fácil integração com os sistemas de controlo existentes.
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