Principio básico de funcionamento sensor de estacionamento Ibertec

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Veja como funciona seu sensor de estacionamento Ibertec

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Principio básico de funcionamento sensor de estacionamento Ibertec

  1. 1. Princípio básico de funcionamento do sensor1.0- IntroduçãoOs sensores de estacionamento são construídos com cerâmicas piezoelétricas de alta sensibilidade. Instalados no pára-choque deum veículo são ao mesmo tempo transmissores e receptores de ondas de ultra-som. Quando estão gerando ondas de ultra-som, asondas são transmitidas através do ar até colidirem num obstáculo. Ao retornarem, após serem refletidas no obstáculo, as ondas deultra-som retornam ao ponto de partida e são detectas pelos sensores de estacionamento. Fig 01 - Os sensores de estacionamento são ao mesmo tempo transmissores e receptores de ondas de ultra-som.1.1- Principio básico de funcionamentoComo vimos o sensor de estacionamento é simultaneamente transmissor e receptor de ondas de ultra som.a) Funcionamento como transmissor. Quando o motorista entra numa vaga de ré, ondas sonoras de ultra-som são emitidas pelossensores instalados no pára-choque do veículo.b) Funcionamento como receptor. Quando as sonoras emitidas encontram um obstáculo, elas refletem no obstáculo e retornam aossensores do pára-choque e são automaticamente transformadas em sinais elétricos.c) Unidade Controladora de distância. A unidade controladora de distância utiliza então esses sinais para calcular a distância emmetros, entre o carro e o obstáculo, e informa o motorista através de um display instalado no painel do veículo. Além da sinalizaçãonumérica o equipamento também emite um sinal sonoro de advertência, cuja intensidade aumenta progressivamente a medida que oveículo se aproxima do obstáculo.1.2- Principais características de um sensora) Compacto,b) Leve,c) Alta confiabilidade,d) Alta sensibilidade,e) Alta pressão sonora.
  2. 2. Princípio básico de funcionamento do sensor2.0- Comprimento de ondaA velocidade de propagação de uma onda qualquer pode ser calculada multiplicando-se o comprimento de onda pela freqüência. A velocidade de propagação de umaonda sonora no ar a 20°C é de 344m/s e de uma onda eletromagnética 3x108m/s. V = λ . f (m/s) Tipo de Onda Frequência Velocidade Cálculo do Comprimento de onda Comprimento de onda Sonora f = 20.000Hz V = 344m/s λ = V ÷ f = 344 ÷ 20.000 = λ = 0,0172 metros 8 Eletromagnética f = 20.000Hz V = 3x10 m/s λ = V ÷ f = 300.000.000 ÷ 20.000 = λ = 15.000 metrosComo podemos observar na tabela acima, quanto mais baixa a velocidade menor será o comprimento de onda. O que equivale dizer que quanto mais baixo for ocomprimento de onda, mais fácil será a detecção da direção da onda e a medição da distância. Mais preciso também será a medição de obstáculos de grandes dimensões.3.0- Propagação de ondas sonorasAs ondas sonoras se propagam no ar resumidamente da seguinte maneira3.1 - Frente de ondaQuando as ondas sonoras se propagam num meio defini-se como frente de onda a todos pontos do meio que são atingidos pela onda que se propaga. A frente deonda separa a região perturbada da região ainda não perturbada. Frente de onda plana Frente de onda esférica Fig 02 - Tipos de frentes de ondas
  3. 3. Princípio básico de funcionamento do sensor3.2 - Reflexão de ondas. Quando uma frente de onda incide sobre um obstáculo, cada ponto da frente reflete-se, então é possível representá-las por seus raios de onda. Fig 03 - Obstáculo plano, raio incidente e raio refletido3.3- Atenuação da ondaA intensidade de uma onda de ultra-som, que se propaga através do ar, atenua proporcionalmente com a distância e com a frequência. Como mostra a figura 04, quantomais alta a freqüência, maior será a taxa de atenuação e menor será a distância de alcance da onda. Uma onda de 20Khz após percorrer 10 metros atenua sua intensidadeem - 40dB. Uma onda de 200Khz após percorrer 5 metros atenua sua intensidade em - 60dB. Figura 04 – Atenuação da pressão sonora de uma onda em função da distância e da frequência
  4. 4. Princípio básico de funcionamento do sensor4.0- Tipos do material e da geometria do obstáculoComo dissemos anteriormente uma das aplicações práticas da utilização de cerâmicas piezoelétricas é a detecção da presença de obstáculos atrás de um automóvelatravés da medição do retorno das ondas de ultra-som refletidas num objeto. A reflexão das ondas de ultra-som depende, entretanto da geometria e do tipo do materialque compõe o obstáculo.a) Material não absorvente : tais como metal, madeira, concreto, vidro, borracha, papel, etc, são facilmente detectáveis pelo sensor piezoelétrico porque refletem100% das ondas de ultra-som.b) Material absorvente : tais como algodão, lã, etc, são mais difíceis de serem detectados porque absorvem a energia das ondas de ultra-som.c) Geometria : além da reflexão das ondas depender do tipo de material, dependem também da geometria do obstáculo. Objetos com ondulações ou superfíciesirregulares podem ser difíceis de serem detectados devido à reflexão irregular das ondas. Nesta situação as ondas refletidas podem não retornar exatamente ao ponto departida e serem direcionadas para fora do alcance dos sensores piezoelétricos.5.0- Tipos de obstáculosExistem basicamente dois tipos de obstáculos os com superfície plana e os com superfície curva. Além de planos e curvos os obstáculos também podem ser reflexivos ouabsorventes.a) Obstáculo reflexivo. São aqueles que refletem facilmente as ondas sonoras. Por exemplo um muro de alvenaria ou a carroceria de um carro.b) Obstáculo absorvente. São aqueles que absorvem totalmente ou parcialmente as ondas sonoras. Por exemplo um animal ou uma pessoa.5.1 - Obstáculo Plano.A reflexão das ondas sonoras acontece como se fosse refletida em um espelho colocado perpendicularmente no ponto de incidência. Reflexão sonora é o fenômeno queconsiste no fato do som voltar a se propagar no meio de origem, após incidir sobre um obstáculo. Fig 05 - Obstáculo plano, onda circular incidente e onda circular refletida
  5. 5. Princípio básico de funcionamento do sensor5.2 - Obstáculo Curvos Fig 06 - Obstáculo convexo, onda incidente e onda refletida Fig 07 - Obstáculo concavo, onda incidente e onda refletida Fig 08 - Obstáculo convexo, onda incidente e onda refletida Fig 09 - Obstáculo concavo, onda incidente e onda refletida
  6. 6. Princípio básico de funcionamento do sensor5.3 - Obstáculo de material absorventeAs ondas sonoras podem não se refletir como o esperado e desejado em obstáculos construídos ou revestidos com materiais absorventes de energia acústica tais comomaterial multiperfurado, algodão, cortiça, isopor, tecido de lã, animais, seres humanos, etc. Fig 10 - Obstáculo de material absorvente6.0- Entendendo o funcionamento de um sensor de estacionamentoToda vez que o motorista engata a ré, o sensor de estacionamento liga automaticamente e emite um sinal sonoro de “bip”. Instantaneamente os sensores começam aemitir ondas sonoras de ultra-som para varrer a área atrás do veículo em busca de algum obstáculo até X metros de distância. A distância máxima de captação varia deequipamento para equipamento. Quando o câmbio retorna para “ponto morto” o sensor de estacionamento desliga automaticamente.6.1- Varredura no plano vertical da área atrás do veículoO ângulo de cobertura no plano vertical do sensor de estacionamento da figura abaixo é de 60°. Quanto maior esse ângulo maior a possibilidade de detectar um obstáculono plano vertical. Fig 11 - Ângulo de cobertura do sensor no plano vertical
  7. 7. Princípio básico de funcionamento do sensor6.2- Varredura no plano horizontal da área atrás do veículoO ângulo de cobertura no plano horizontal do sensor de estacionamento da figura abaixo é de 60°. Quanto maior esse ângulo maior a possibilidade de detectar umobstáculo no plano horizontal. Quanto mais próximo um sensor estiver do outro maior a possibilidade da área de cobertura de um se sobre a área do outro. Por outro ladoquanto mais distante um sensor ficar do outro maior a possibilidade de criarmos uma zona morta, um área sem cobertura atrás do veículo. Fig 12 - Ângulo de cobertura do sensor no plano horizontal6.3- Efeitos da TemperaturaA velocidade de propagação de uma onda sonora "C" é expressa pela seguinte fórmula ; C = 331,5 + 0,667T(m/s) onde T é a temperatura em (°C).Para medir com precisão a distância de um obstáculo é necessário verificar antes a temperatura do local. Pois a velocidade do som varia de acordo com a temperatura-circunferência preferencial.6.4- Indicação numérica da distânciaApós fazer a varredura dos planos horizontal e vertical o sensor de estacionamento informa num display quantos metros falta para o veiculo colidir com o obstáculo.Informa também se o obstáculo esta no centro, se esta a esquerda ou se esta a direita do pára-choque.6.5- Alerta sonoro de perigoA medida que o veículo vai se aproxima de um obstáculo o sensor de estacionamento emite um sinal sonoro de advertência “bip”. A medida que a distância entre oveículo e o obstáculo vai diminuindo o som do “bip” vai ficando mais rápido. Quando o sensor emitir um sinal “bip” contínuo de advertência o motorista deverá parar oveiculo imediatamente porque se encontra numa zona perigosa de colisão.
  8. 8. Princípio básico de funcionamento do sensor7.0- Princípio de funcionamento e de construção de um sensor piezoelétrico7.1- FuncionamentoQuando uma tensão elétrica é aplicada numa cerâmica piezoelétrica, ela gera uma distorção mecânica no material proporcional a voltagem e a freqüência aplicadas. Poroutro lado, quando uma vibração mecânica é aplicada na cerâmica piezoelétrica, ela gera uma carga elétrica.7.2- ConstruçãoQuando um sinal elétrico é aplicado no vibrador ( Horn ) da cápsula ( case ), construído com uma ou duasfolhas de cerâmica piezoelétrica e uma placa de metal ( Metal plate ), é gerada uma vibração mecânicaque passa a irradiar no ambiente ondas sonoras de ultra-som. De modo inverso, quando uma vibraçãomecânica é aplicada no vibrador ( Horn ) da cápsula ( case ), ele gera um sinal elétrico. É devido a essaspropriedades que as cerâmicas piezoelétricas podem ser utilizadas como sensores de estacionamento. Figura 13 – Estrutura construtiva típica de um sensor tipo aberto7.3- Estrutura de um sensor de ultra-som tipo fechadoEste tipo de sensor é utilizado em aplicações para uso externo como é o caso dos sensores deestacionamento também conhecidos como sensores de ré. Neste tipo de aplicação, mostrado na figura14, a parte externa da cápsula do sensor é fechada para proteger o sistema interno do orvalho, da chuvae da poeira. A cerâmica piezoelétrica é fixada na parede interna superior da caneca de metal (casemetal). Os dois fios do cabo externo (cable) são ligados na base da blindagem (base shielding). A basepor sua vez é ligada na caneca metálica (metal case) e na cerâmica piezoelétrica através de outros doisfios (lead wire). A parte inferior da caneca metálica é preenchida com resina para proteger o circuitointerno da chuva e poeira Figura 14 – Estrutura construtiva típica de um sensor tipo fechado
  9. 9. Princípio básico de funcionamento do sensor7.4- Sensor de estacionamento desmontado Fig 15 – Componentes internos de um sensor de estacionamento desmontado Fig 16 – Dependendo da qualidade o sensor pode ter mais ou menos componentes internos. Fig 17 - Para evitar que a entrada de água danifique os componentes internos o sensor é selado com silicone.

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