fzdfds

Diseño de un sistema de medicion basado en un Sensor Ultrasonico
Los sensores ultrasónicos emplean el fenómeno de la piezoelectricidad, esto es, cuando se deforman algunos materiales sólidos generan dentro de ellos una carga eléctrica. Este efecto es reversible en el sentido que al aplicar una carga al sensor, éste se deformará mecánicamente como respuesta.
La forma del movimiento efectuadodepende de la forma y orientación del cuerpo con relación a los ejes de los cristales y la posición de los electrodos. Los electrodos metálicos se recubren con otros metales para unirlos al material piezoeléctrico y aplicarles o extraerles la carga eléctrica. Como los materiales piezoeléctricos son aisladores, los electrodos se convierten en placas de un capacitor. Por tanto, un elementopiezoeléctrico que se emplea para convertir movimiento en señales eléctricas, puede considerarse como generador de carga y de forma general modelarse como un capacitor. La deformación mecánica genera una carga, y ésta se convierte en un voltaje definido que aparece entre los electrodos de acuerdo con la ley general de los capacitores.

Donde

El efecto piezoeléctrico es sensible a la dirección, porque latensión produce una polaridad definida en el voltaje, mientras que la compresión produce una opuesta.
Así pues, si al transductor piezoeléctrico de un sensor ultrasónico, 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 presión en el medio que lo rodea (en este caso el aire), y viceversa, alser sometido el cristal a un cambio de presión aparecen cargas eléctricas en sus extremos, donde se crea una diferencia de potencial. Por lo que este tipo de transductor puede funcionar como emisor ó receptor ultrasónico. Ver figura 1.



Figura 1. Generación de una onda ultrasónica debido al efecto piezoeléctrico.
Los ultrasonidos son ondas acústicas cuya frecuencia está por encima dellímite perceptible del ser humano, aproximadamente 20 KHz. En el sistema que se presenta en este artículo, se emplean sensores ultrasónicos con una frecuencia de 40 kHz, si bien no hay ningún inconveniente en operar con frecuencias diferentes, si se emplean los transductores apropiados.
Los sensores de ultrasonido son utilizados tanto en aplicaciones industriales como medición de distancias,caracterización interna de materiales, ensayos no destructivos y otros; en medicina, por ejemplo ecografía, fisioterapia, ultrasanoterapia, entre otros.

SENSORES DE ULTRASONIDO PARA MEDICIÓN DE DISTANCIA
El funcionamiento básico de los sensores de ultrasonidos para la medición de distancia se muestra en el siguiente esquema, donde se tiene un receptor que emite un pulso de ultrasonido que rebota sobreun determinado objeto y la reflexión de ese pulso es detectada por un receptor de ultrasonidos, tal como se muestra en la figura 2.


Figura 2. Esquema básico de un sensor de ultrasonido para medir distancia.

La mayoría de los sensores de ultrasonido de bajo costo se basan en la emisión de un pulso de ultrasonido cuyo lóbulo, o campo de acción, es de forma cónica, tal como se muestra en lafigura 3.


Figura 3. Perspectiva del ángulo de emisión del pulso ultrasónico.

Midiendo el tiempo que transcurre entre la emisión del sonido y la percepción del eco se puede establecer la distancia a la que se encuentra el obstáculo que ha producido la reflexión de la onda sonora, mediante la fórmula:

Donde V es la velocidad del sonido en el aire y t es el tiempo transcurrido entre laemisión y recepción del pulso.
Para este sensor se toma en cuenta que el medio a través del cual viaja el sonido es el aire. Otro material diferente al aire se toma como un objeto, incluyendo sólidos, líquidos y gases. Todos los objetos reflejan y absorben una porción de la onda, una parte de la onda que llega a la superficie del material es reflejada, mientras una parte de la onda penetra el...