Sensores Ultrasnicos Con la informacin que se ha reunido hasta ahora se decidi emplear los sensores ultrasnicos para fin de que el prototipo de robot pueda percibir informacin a cierta distancia del terreno en que se desenvuelve y as ser capaz de movilizarse.

Los sensores ultrasnicos emplean el fenmeno de la piezoelectricidad, esto es, cuando se deforman algunos materiales slidos generan dentro de ellos una carga elctrica. Este efecto es reversible en el sentido de que si se aplica una carga, el material se deformar mecnicamente como respuesta. Este principio electromagntico de conversin de energa se aplica con utilidad en ambas direcciones. El caso en que se aplica energa elctrica y se obtiene energa mecnica se emplea en pequeos vibradores, en los sistemas sonar para la deteccin acstica y deteccin de objetos bajo el agua, en equipos ultrasnicos de pruebas industriales, y muchos otros, as como los sensores que usa quetzalcatl en donde se recurre tambin al caso en que se aplica energa mecnica y se obtiene energa elctrica; al usar los dos casos de aplicacin de energa de uno y otro tipo para obtener la consecuente energa es como se obtienen distancias. El efecto piezoelctrico puede responder a ( o producir ) deformaciones mecnicas del material en muchas formas diferentes, como dilatacin en el espesor, etc. La forma del movimiento efectuado depende de la forma y orientacin del cuerpo con relacin a los ejes de los cristales y la posicin de los electrodos. Los electrodos metlicos se recubren con otros metales para unirlos al material piezoelctrico y aplicarles o extraerles la carga elctrica. Como los materiales piezoelctricos son aisladores, los electrodos se convierten en placas de un capacitor. Por tanto, un elemento piezoelctrico que se emplea para convertir movimiento en seales elctricas, puede considerarse como generador de carga y como capacitor. La deformacin mecnica genera una carga; sta se convierte en un voltaje definido que aparece entre los electrodos de acuerdo con la ley general de los capacitores[9].

El efecto piezoelctrico es sensible a la direccin, porque la tensin produce una polaridad definida en el voltaje, mientras que la compresin produce una opuesta.

As pues, si al transductor piezoelctrico de un sensor ultrasnico, con los cortes requeridos, se le aplica en sus extremos ( electrodos ) un voltaje, el cristal sufre cambios en sus dimensiones, lo que ocasiona un cambio de presin en el medio que lo rodea ( el aire es el medio en el que se trabaja ), y viceversa, al ser sometido el cristal a un cambio de presin aparecen cargas elctricas en sus

extremos, donde se crea una diferencia de potencial. Por lo que este tipo de transductor puede funcionar como emisor receptor ultrasnico. sta es la manera en que se explica el funcionamiento bsico de un sensor ultrasnico.

Para obtener la medicin de distancias con sensores ultrasnicos se trabaja con el sensor de la serie Herian Proffer el HE-US23 figura 3.19.

FIGURA. 3.19 Sensor Ultrasnico de la serie Herian Proffer modelo HE-US23. Como se puede observar una de sus caractersticas es el tener dos transductores piezoelctricos uno que funciona como receptor y el otro como emisor.

Para este sensor se toma en cuenta que el medio a travs de el cual viaja el sonido es el aire. Otro material diferente al aire se toma como un objeto ( se incluyen slidos, lquidos y gases ). Todos los objetos reflejan y absorben una porcin de la onda.

Una parte de la onda que llega a la superficie de el material es reflejada, mientras una parte de la onda penetra el material y es eventualmente reflejada por cualquier lmite de superficie encontrado mientras viaja dentro del material; por lo que tambin se recibe una seal proveniente del interior de el material.

La amplitud de la onda reflejada es directamente proporcional a la superficie disponible de el objeto reflejante. El tamao de la superficie, forma y orientacin son tambin factor que contribuye a la fuerza de la seal reflejada. SENSORES ULTRASONICOS INTRODUCCION Los sensores de ultrasonidos son detectores de proximidad que trabajan libres de roces mecnicos y detectan objetos a distancias de hasta 8m. El sensor emite pulsos ultrasnicos. Estos reflejan en un objeto, el sensor recibe el eco producido y lo convierte en seales elctricas, las cuales son elaboradas en el aparato de valoracin. Estos sensores trabajan solamente en el aire, y pueden detectar objetos con diferentes formas, colores, superficies y de diferentes materiales. Los materiales pueden ser slidos, lquidos o polvorientos, sin embargo han de ser deflectores de sonido. Los sensores trabajan segn el tiempo de transcurso del eco, es decir, se valora la distancia temporal entre el impulso de emisin y el impulso del eco. CARACTERISTICAS DE LOS ULTRASONIDOS La frecuencia del sonido que est por encima del lmite audible humano se conoce con el nombre de ultrasonido. El limite ms bajo esta aproximadamente en los 20kHz. Las particulares caractersticas de los ultrasonidos, aplicada a los sensores de proximidad, son el resultado de la propagacin de largas ondas mecnicas, que se manifiestan por una variacin peridica de la densidad del medio portador, que conduce a comprensiones y dilataciones. La propagacin de las ondas de sonido depende del medio transmisor, con lo que no es posible que se propague en el vaco. FUNCIONAMIENTO El sensor de proximidad ultrasnico puede dividirse en tres mdulos principales, el transductor ultrasnico, la unidad de evaluacin y la etapa de salida; un pulso corto dispara brevemente el transmisor ultrasnico. Este es generalmente un modulo piezo-electrico, es decir, basado en piezooxidos (materiales cermicos que reaccionan segn el efecto piezo-electrico, de forma similar al cuarzo). El transmisor ultrasnico emite ondas snicas en el rango inaudible a cualquier frecuencia, generalmente entre 30 y 300 kHz. En muchos casos, el transmisor ultrasnico cambia de emisor a receptor, es decir, operando como en un

micrfono. Los filtros dentro del sensor de proximidad ultrasnico, comprueban si el sonido recibido es realmente el eco de las ondas snicas emitidas. La velocidad de los sensores de proximidad ultrasnicos est limitada por la mxima frecuencia de repeticin de pulsos, la cual, dependiendo del diseo, puede oscilar entre 1 Hz y 25 Hz. La principal ventaja de los sensores de proximidad ultrasnicos reside en el hecho de que pueden detectar una amplia gama de diferentes materiales. La deteccin es independiente de la forma, color y material, mientras que el material puede ser solido, fluido o en forma de polvo. La verificacin no se ve afectada por la suciedad, ni por las atmosferas con vapores o humos. Se genera una tensin alterna de alta frecuencia para exitar un modulo piezo-ceramico a la oscilacin. Esta tensin de CA es activada en el modulo cermico por medio de un generador de pulsos, cuando debe emitirse el pulso de transmisin.La medicin de la distancia se calcula segn el tiempo de propagacin. Un generador en rampa se dispara en el momento de la transmisin, lo cual genera una tensin dependiente del tiempo. Inmediatamente el modulo piezo-ceramico es conmutado para recibir. La seal ultrasnica se refleja si un objeto halla presente en la zona activa del sensor de proximidad. El sensor de proximidad recibe la seal y el generador de rampa se detiene. En este punto se evala el nivel de tensin y emite una seal de salida. CARACTERISTICAS TECNICAS DE LOS SENSORES DE PROXIMIDAD ULTRASONICOS Los sensores de proximidad ultrasnicos generalmente estn disponibles en forma de sensores de reflexin directa, donde el emisor y el receptor se hallan en un mismo cuerpo. Por otro lado, se dispone de barreras ultrasnicas, que tienen el emisor y el receptor en cuerpos separados. Se pueden citar las siguientes ventajas: -Rango de deteccin relativamente amplio (hasta varios metros). -Deteccin del objeto independientemente del material y del color - deteccin segura de objetos transparentes (por ejemplo , botellas de vidrio). - Relativamente insensibles a la suciedad y el polvo. - Posibilidad de desvanecimiento gradual del fondo. - Posibilidad de aplicaciones al aire libre y deteccin sin contacto con puntos de conmutacin de precisin variable. - La zona de deteccin puede dividirse a voluntad.

- Se dispone de versiones programables. Los sensores de proximidad ultrasnicos tienen as siguientes desventajas: - Si se utilizan sensores de proximidad ultrasnicos para superficies inclinadas, el sonido se desva. Por ello , es importante que la superficie del objeto a reflejar este dispuesta perpendicularmente al eje de propagacin del sonido, o bien, que se utilicen barreras ultrasnicas. - Los sensores de proximidad ultrasnicos reaccionan con relativa lentitud. La frecuencia de conmutacin mxima esta entre 1 y 125 Hz. - Los sensores de proximidad ultrasnicos son generalmente mas caros que los sensores de proximidad pticos (casi el doble).