Medição de Movimento

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Medição de Movimento por Mind Map: Medição de Movimento

1. posição

1.1. Conceitos Básicos

1.2. A posição de um objeto, em relação a um referencial, define onde ele está

2. Deslocamento

2.1. linear

2.2. angular

2.3. Conceitos Básicos

2.3.1. Considera-se deslocamento a medida da mudança de posição dentre um objeto, uma peça, e um referencial

2.4. Medição de Deslocamento

2.4.1. Variação de resistência

2.4.1.1. Sensores resistivos são dispositivos passivos.

2.4.1.2. A resistência muda de acordo com alguma variável do ambiente no entorno do sensor.

2.4.1.3. Normalmente, utilizam circuitos divisores de tensão, ou pontes de Wheatstone para converter a mudança na resistência em tensão, que viabilizam medições com precisão e ajustes de condição de zero.

2.4.1.4. Características lineares (potenciômetros) e não-lineares (magnetorresistências e potenciômetros especiais ou com carga

2.4.1.5. Sensores Potenciométricos

2.4.1.5.1. têm sua resistência alterada em função da posição do cursor

2.4.1.5.2. Vantagens:

2.4.1.5.3. Desvantagens:

2.4.1.6. Sensores Magnetoresistivos

2.4.1.6.1. têm sua resistência elétrica alterada devido a presença de um campo magnético externo. A resistência diminui com a aplicação de um campo magnético transversal ao fluxo de corrente.

2.4.1.6.2. Ex:: magnetorresistências gigantes em ponte de Wheatstone, constituem o elemento sensor de bússolas eletrônicas, como as utilizadas nos aparelhos celulares.

2.4.2. Variação de Capacitância

2.4.2.1. A variação da capacitância pode conter informações de uma variedade de movimentos e de meios (permissividade elétrica e campo elétrico). Indiretamente, diversas variáveis podem ser medidas por este princípio, tais como, pressão, aceleração, nível, composição de fluídos, etc

2.4.2.2. Sensores capacitivos podem utilizar elementos com variação na distância entre as placas(d [m]), na área comum entre as placas(A [m2]) ou no dielétrico (ε [F/m]).

2.4.2.3. Sensor de proximidade Capacitivo

2.4.2.3.1. ON-OFF

2.4.2.3.2. sensível a qualquer tipo de material (alvo).

2.4.2.3.3. possui duas placas encapsuladas na face sensor (ponta), posicionadas para funcionar como um capacitor, tendo o ar como dielétrico, o que implica em um valor pequeno (da ordem de pF) de capacitância

2.4.2.3.4. Possui, também, um circuito oscilador RLC, que gera um campo elétrico alternado na região sensora. Quando um alvo se aproxima, a capacitância do circuito oscilador aumenta e uma oscilação é produzida (é preciso haver um valor de capacitância na faixa de projeto do oscilador). Quanto mais próximo do sensor, maior a frequência.

2.4.2.4. Sonda Deslocamento Capacitiva

2.4.2.4.1. são sensíveis a alvos metálicos condutivos.

2.4.2.4.2. um campo elétrico é gerado na região sensora (ponta) e um circuito eletrônico converte a variação de capacitância, entre o sensor e o objeto, em tensão

2.4.2.4.3. Possuem saída muito linear e alta resolução (10 nm).

2.4.2.4.4. Medição sem contato

2.4.2.4.5. A construção deste sensor exige uma área de blindagem em torno da face sensora, com o mesmo potencial desta, para que o campo elétrico nesta face seja uniforme

2.4.2.5. Sensor Capacitivo com Contato

2.4.3. Variação de Indutância

2.4.3.1. também pode conter informações de uma variedade de movimentos e de meios (permeabilidade magnética e campo magnético)

2.4.3.2. Sonda de Deslocamento Indutiva

2.4.3.2.1. possui um circuito oscilador, que cria um campo magnético, oscilante e simétrico, na face da sonda. Quando um objeto metálico se aproxima correntes parasitas são induzidas neste objeto e circulam por ele (correntes de Foucault), gerando um outro campo magnético em oposição ao primeiro

2.4.3.2.2. objeto metálico (Alvo)

2.4.3.2.3. o ideal é que o objeto medido tenha uma área três vezes maior que o diâmetro da sonda.

2.4.3.2.4. A interação (indutância mútua) entre o objeto e o sensor provoca uma redução da indutância do sensor, atenuando a amplitude do campo magnético do mesmo, a ponto da oscilação desaparecer. Este princípio é chamado ECKO (Eddy Current Killed Oscillator).

2.4.3.2.5. Não são a melhor escolha:

2.4.3.3. Sensor de proximidade Indutivo

2.4.3.3.1. detectam apenas a variação da amplitude do sinal na saída do oscilador (comparador).

2.4.3.3.2. funcionamento similar ao do sensor indutivo contínuo (sonda)

2.4.3.3.3. São pouco afetados pelo material existente entre a sonda e o objeto (gap) e por isso adaptam-se bem a ambientes hostis.

2.4.3.4. LVDT

2.4.3.4.1. o transformador tem um enrolamento primário e dois enrolamentos secundários

2.4.3.4.2. É considerado um dos métodos mais precisos e confiáveis para medição de distância lineares.

2.4.3.4.3. Faixa de medição: 0,25 a 100mm;

2.4.3.4.4. Temperatura de operação entre -265 a 600 oC.

2.4.3.4.5. Resolução infinita

2.4.4. Sensor de Efeito Hall

2.4.4.1. O efeito Hall é o resultado da força de Lorentz no movimento de elétrons, sujeitos a um campo magnético.

2.4.4.2. sobre um condutor conduzindo corrente, sujeito a um campo magnético perpendicular, a trajetória das cargas elétricas é modificada pelo efeito da força de Lorentz, surge à tensão Hall

2.4.4.3. Uma partícula de carga q, movendo-se com uma velocidade v, em um campo elétrico E, e um campo magnético B, experimenta uma força (de Lorentz)

2.4.4.4. Sensores discretos (ON-OFF)

2.4.4.5. medição de velocidade em motores

2.4.4.5.1. Sensores Hall são utilizados para indicar a posição do rotor e um controlador eletrônico define qual enrolamento do estator energizar em cada momento, executando a comutação eletrônica dos mesmos

2.4.4.6. Sensor Magnetostritivo

2.4.4.6.1. Um elemento ferromagnético (sonda, com fio magnetostritivo) detecta a posição de um magneto capaz de se locomover ao longo de sua extensão.

2.4.4.6.2. O magneto geralmente é afixado ao dispositivo cuja posição se deseja medir, e.g., a haste de uma válvula de controle

2.4.4.6.3. Medição sem contato

2.4.4.6.4. Este efeito corresponde a uma torsão mecânica ocorrida em materiais magnetostritivos (Fe, Cu e Co), exatamente no ponto onde há a presença de um campo magnético externo. É causado pela interação do campo magnético axial (ímã) com o campo magnético ao longo do fio, que está presente devido à corrente.

2.4.5. Encoder ótico

2.4.5.1. Encoder Incremental

2.4.5.1.1. trata-se de um disco dividido em setores alternadamente transparentes e opacos

2.4.5.1.2. Uma fonte de luz e um sensor óptico são posicionados entre o disco que, ao girar, permite ou não a passagem de luz, fornecendo uma saída digital

2.4.5.1.3. Para determinar o sentido da rotação, é necessário que o disco tenha duas fileiras de setores, A (principal) e B (defasado de +/-90º - sinaliza o sentido rotação), além do sinal Z (O ou I), que marca a posição de zero absoluto.

2.4.5.2. Encoder Absoluto

2.4.5.2.1. baseado em um dispositivo de memória, i.e., o zero é a primeira posição. A posição do encoder absoluto é determinada pela leitura de um código e este é único para cada posição do seu curso

2.4.5.2.2. Encoders absolutos não perdem a real posição no caso de uma eventual queda da tensão de alimentação

3. Velocidadde

3.1. Linear ou Translacional

3.1.1. Medição direta de Δx e Δt

3.1.1.1. medição da velocidade média translacional sobre uma pequena distância

3.1.1.1.1. Um dispositivo (magnético, ótico) deve ser instalado em cada um destes dois pontos para gerar um pulso, quando o objeto em deslocamento passar por eles. O Δ𝑡 é medido entre os pulsos para o Δ𝑥 conhecido

3.1.2. Medição de velocidade angular e contagem de pulsos

3.1.3. Medição indireta por meio de integração de uma medida de aceleração

3.1.3.1. intergrar é melhor que derivar (diminui ruidos)

3.2. Angular ou Rotacional

3.2.1. Medição direta de Δ𝜃 e Δt

3.2.1.1. Tacômetros analógicos

3.2.1.1.1. produz uma saída de tensão proporcional à velocidade de rotação de um eixo girante

3.2.1.1.2. Corrente alternada

3.2.1.1.3. Corrente contínua

3.2.1.2. Tacômetros digitais

3.2.1.2.1. Sensores ópticos ou encoders

3.2.1.2.2. Sensores indutivos

3.2.1.2.3. Sensores de efeito Hall

3.2.1.3. Transdutores de velocidade por relutância variável

4. Aceleração

4.1. Conceitos Básicos

4.1.1. O princípio de qualquer acelerômetro é a ação de aceleração em uma massa para produzir força, de acordo com a segunda lei de Newton: F = m.a, em que F é a força em [N], m a massa [kg] e a a aceleração [m/s2].

4.1.2. Os acelerômetros fornecem uma saída proporcional à aceleração, à vibração ou ao choque

4.1.2.1. Portanto, é necessário o uso de uma massa nos acelerômetros, denominada massa inercial ou massa sísmica

4.1.3. No sistema SI a unidade de aceleração é m/s2. Muitas vezes ela é medida em relação a aceleração da gravidade, g = 9,81 [m/s2]

4.1.3.1. Ex: 50g = 50 x 9.81 = 490,5m/s2

4.1.4. Porém, para uso em sistemas de monitoramento de vibração (com análise do espectro - FFT), usa-se o sinal bruto, e 2 valores são essenciais: - Valor eficaz (RMS) - Valor de pico a pico

4.2. Piezoelétricos;

4.2.1. Os elementos piezoelétricos são cristais, como o quartzo, a turmalina e o titanato que acumulam cargas elétricas em certas áreas da estrutura cristalina, quando sofrem uma deformação física, por ação de uma pressão. São elementos pequenos e de construção robusta. Seu sinal de resposta é linear com a variação de pressão.

4.2.2. Quando um material apresenta esta característica, ele possui a propriedade dede se tornar polarizado caso ocorra uma deformação homogênea.

4.2.3. Neste caso, o material produz um campo elétrico interno, sob a ação de forças que o deformam.

4.2.4. Efeito inverso, denominado eletrostrição: se submetido a um campo elétrico,ele se deforma (alteração da forma cristalina).

4.2.5. Materiais piezoelétricos são sensíveis à variação detemperatura, pois acima da temperatura de Currie todos os materiais piezoelétricos perdem suas propriedades.

4.2.6. Possuem alta sensibilidade (> 1000 em relação aos strain gages)

4.2.7. baixo custo.

4.3. Piezoresistivos (strain gages);

4.3.1. Em acelerômetros tipo strain-gage, o sensor (strain-gage) pode ser conectado à massa inercial, com ou sem sistema de suspensão*

4.4. Capacitivos;

4.4.1. EX: Módulo LightBlue Bean, da PunchThrough Design

4.5. Relutância Variável;

4.6. Acelerômetros integrados, encapsulado em um único dispositivo e chamados MEMS(MicroElectroMechanical systems)

4.6.1. micro sistema eletromecânico, se aplicam a qualquer sensor fabricado com técnicas de fabricação microeletrônica

4.6.2. MMA

4.6.2.1. Condicionamento de sinal, saída linear.

4.6.2.2. Filtro passa-baixa de 4 pólos, filtro rejeita-faixa.

4.6.2.3. Compensação de temperatura.

4.6.2.4. Faixa de medição calibrada (Zero - g).

4.6.2.5. Configuração completa de fábrica, não sendo necessário o uso

4.6.2.6. dispositivos externos. Incorpora, também, um sistema de

4.6.2.7. autodiagnóstico para calibração do transdutor.

4.6.2.8. Aplicações

4.6.2.8.1. Monitoramento de vibrações;

4.6.2.8.2. Monitoramento de deslocamentos mecânicos

4.6.2.8.3. Proteção para HD de computadores;

4.6.2.8.4. Joysticks e mouses;

4.6.2.8.5. Dispositivos de realidade virtual;

4.6.2.8.6. Medição de inclinação. Etc.