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7/31/2019 SP Sensores 1
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Sistemas de Percepcin 4
Captulo 1
Sensores internos
Sistemas de Percepcin 5
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
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Sistemas de Percepcin 6
Sensores de presencia o proximidad
Fines de carrera mecnicos.
problemas de mantenimiento, desgaste mecnico y de los contactos
Sistemas de Percepcin 7
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.
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Sistemas de Percepcin 8
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.
Sistemas de Percepcin 9
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..
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Sistemas de Percepcin 10
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
=
Sistemas de Percepcin 11
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
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Sistemas de Percepcin 12
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
Sistemas de Percepcin 13
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
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Sistemas de Percepcin 14
Sensores de posicin angular
Potencimetros
Inconvenientes de los potencimetros: Desgaste Ruido elctrico Velocidad limitada
Sistemas de Percepcin 15
Sensores de posicin angular
Medida
Mando
Ajuste
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Sistemas de Percepcin 16
Sensores de posicin angulares
Codificadorespticosincrementales
Sistemas de Percepcin 17
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.
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Sistemas de Percepcin 18
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 )
Sistemas de Percepcin 19
Sensores de posicin angular
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.
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Sistemas de Percepcin 20
Sensores de posicin angular
Codificadorespticosabsolutos:
A - Cdigo Gray B- Cdigo binario
Sistemas de Percepcin 21
Sensores de posicin angular
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
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Sistemas de Percepcin 22
Sensores de posicin angular
Conversin de cdigo binario a cdigo Gray
Conversin de cdigo Gray a cdigo binario
Sistemas de Percepcin 23
Sensores de posicin angular
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
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Sistemas de Percepcin 24
Sensores de posicin angular
Ejemplos de RESOLVERS
Circuito de lectura AD2S90
Sistemas de Percepcin 25
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
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Sistemas de Percepcin 26
Sensores de desplazamiento lineal
Potencimetros lineales
A
C
B
Sistemas de Percepcin 27
Sensores de desplazamiento lineal
Codificadores pticos lineales
Medida de desplazamiento sincontacto
Rango de medida y resolucinprcticamente ilimitada
Tipo incremental pero tambien hayversiones absolutas
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Sistemas de Percepcin 28
Sensores de desplazamiento lineal
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
Sistemas de Percepcin 29
Sensores de desplazamiento lineal
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.
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Sistemas de Percepcin 30
Sensores de desplazamiento lineal
LVDT:
Transformador
Diferencial de
Variacin Lineal
RVDT:
Transformador
Diferencial de
Variacin Rotacional
Sistemas de Percepcin 31
Sensores de desplazamiento lineal
LVDT:
Transformador
Diferencial de
Variacin Lineal
RVDT:
Transformador
Diferencial de
Variacin Rotacional
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Sistemas de Percepcin 32
Sensores de desplazamiento lineal
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
Sistemas de Percepcin 33
Sensores de desplazamiento lineal
Inductosyn
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Sistemas de Percepcin 34
Sensores de desplazamiento lineal
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
Sistemas de Percepcin 35
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
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Sistemas de Percepcin 36
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
Sistemas de Percepcin 37
Galgas extensiomtricas:
Disposicin tpica.
Medida de fuerzas de flexin.
Sensores de fuerza
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Sistemas de Percepcin 38
Galgas extensiomtricas:
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.
Sistemas de Percepcin 39
Clulas de carga industrialesFlexino cortadura
Traccin/Compresin
Traccin
Compresin
Flexin/Cizalladura
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Sistemas de Percepcin 40
Galgas extensiomtricas:
Disposicin en la mueca de un robot.
Sensores de esfuerzos en robtica
Sistemas de Percepcin 41
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.
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Sistemas de Percepcin 42
Captulo 2
Sensores Inerciales
Sistemas de Percepcin 43
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)
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Sistemas de Percepcin 44
Comps magntico: vlvula magntica
Sistemas de Percepcin 45
Comps magntico: vlvula magntica
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Sistemas de Percepcin 46
Comps magntico
Otras tecnologas de compases:
Efecto Hall Magnetoresistivo
Magnetoinductivo
MangnetoestrictivoMagnetoresistivo
Magnetoinductivo
Vlvula magntica (Fluxgate)
Sistemas de Percepcin 47
Sensores internos de robots mviles.
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
=
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Sistemas de Percepcin 48
Giroscopio mecnico (OBSOLETO)
Sistemas de Percepcin 49
Giroscopios pticos
Principio de funcionamiento: efecto Sagnac
Ilustracin del efecto Sagnac
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Sistemas de Percepcin 50
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
Sistemas de Percepcin 51
Giroscopios piezoelctricos
Principio de funcionamiento:fuerza de Coriolis
MEMS (Micro ElectroMechanical Systems)
( )2CoriolisF m v =
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Sistemas de Percepcin 52
Sensores internos de robots mviles.
Sensores de inclinacin y/o aceleracin
Inclinmetros
Acelermetros MEMS (Micro Electro-Mechanical Systems)
Sistemas de Percepcin 53
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.
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Sistemas de Percepcin 54
Sensores internos de robots mviles.
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