Sensores por ultrasonido

Jaime Gutiérrez Ríos
Cod: 89042676106
Riguja89@hotmail.com
Resumen: se mencionan aspectos importantes de los sensores ultrasónicos como, principios físicos de funcionamiento, procesamiento matemático, aplicaciones, y algunos elementos adicionales para su funcionamiento.
Introducción.
Los sensores ultrasónicos se presentan como la solución perfecta para medios en donde se presenta grandescantidades de polvo o gases, que afectan notablemente otra clase de sensores, además de la industria La importancia de los sensores de ultrasonido también radica principalmente en la robótica ya que se usan para cálculos de distancias y con esto realizar diversas acciones.
Principio de funcionamiento.
Los ultrasonidos son antes que nada sonido, exactamente igual que los que oímos normalmente, salvoque tienen una frecuencia mayor que la máxima audible por el oído humano. Ésta comienza desde unos 16 Hz y tiene un límite superior de aproximadamente 20 KHz, mientras que nosotros vamos a utilizar sonido con una frecuencia de 40 KHz. A este tipo de sonidos es a lo que llamamos Ultrasonidos.
El funcionamiento básico de los ultrasonidos como medidores de distancia se muestra de una manera muyclara en el siguiente esquema, donde se tiene un receptor que emite un pulso de ultrasonido que rebota sobre un determinado objeto y la reflexión de ese pulso es detectada por un receptor de ultrasonidos:

La mayoría de los sensores de ultrasonido de bajo coste se basan en la emisión de un pulso de ultrasonido cuyo lóbulo, o campo de acción, es de forma cónica.
Midiendo el tiempo que transcurreentre 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:
d=1/2(V.t)
Donde V es la velocidad del sonido en el aire y t es el tiempo transcurrido entre la emisión y recepción del pulso.
Algunos problemas con los ultrasonidos.
A pesar de que su funcionamiento parecemuy sencillo, existen factores inherentes tanto a los ultrasonidos como al mundo real, que influyen de una forma determinante en las medidas realizadas. Por tanto, es necesario un conocimiento de las diversas fuentes de incertidumbre que afectan a las medidas para poder tratarlas de forma adecuada, minimizando su efecto en el conocimiento del entorno que se desea adquirir. Entre los diversosfactores que alteran las lecturas que se realizan con los sensores de ultrasonido cabe destaca:
* El campo de actuación del pulso que se emite desde un transductor de ultrasonido tiene forma cónica. El eco que se recibe como respuesta a la reflexión del sonido indica la presencia del objeto más cercano que se encuentra dentro del cono acústico y no especifica en ningún momento la localizaciónangular del mismo. Aunque la máxima probabilidad es que el objeto detectado esté sobre el eje central del cono acústico, la probabilidad de que el eco se haya producido por un objeto presente en la periferia del eje central no es en absoluto despreciable y ha de ser tenida en cuenta y tratada convenientemente.

* La cantidad de energía acústica reflejada por el obstáculo depende en gran medida dela estructura de su superficie. Para obtener una reflexión altamente difusa del obstáculo, el tamaño de las irregularidades sobre la superficie reflectora debe ser comparable a la longitud de onda de la onda de ultrasonido incidente.
* En los sensores de ultrasonido de bajo coste se utiliza el mismo transductor como emisor y receptor. Tras la emisión del ultrasonido se espera un determinadotiempo a que las vibraciones en el sensor desaparezcan y esté preparado para recibir el eco producido por el obstáculo. Esto implica que existe una distancia mínima d (proporcional al tiempo de relajación del transductor) a partir de la cual el sensor mide con precisión. Por lo general, todos los objetos que se encuentren por debajo de esta distancia, d, serán interpretados por el sistema como que...