Sensores Ultrasonicos




Sensores basados en la interacción de los ultrasonidos con un objeto. Se denomina ultrasonidos a las vibraciones de frecuencia superior a las audibles por el ser humano (>20 KHz) que seproducen en un medio elástico.

La medida de diferentes variables físicas mediante los ultrasonidos están relacionadas normalmente con su velocidad, su tiempo de propagación y, en algunos casos, con laatenuación o interrupción del haz propagado.
Hay tres principios físicos en los que se basa el funcionamiento de los sensores de ultrasonidos:
- Propagación de los ultrasonidos en medios homogéneos yno homogéneos
- Reflexión de los ultrasonidos en objetos inmóviles o fijos.
- Efecto Doppler.
PROPAGACIÓN EN MEDIOS HOMOGÉNEOS
Las perturbaciones sonoras que se producen en un punto de un medioelástico se propagan a través de él con una velocidad c, que depende de la densidad del medio y de su módulo de elasticidad E, de acuerdo con la ecuación:

Se define la impedancia acústica Z delmedio como el producto de la densidad por la velocidad del sonido c:




INFLUENCIA DE LOS FACTORES AMBIENTALES
La temperatura puede influir significativamente en la propagación de los ultrasonidos.La densidad del aire depende de la temperatura que influye sobre la velocidad de propagación de la onda de acuerdo con la expresión:

PROPAGACIÓN EN MEDIOS HOMOGÉNEOS
Como resultado de laperturbación, la presión varía con respecto a un valor medio y la diferencia entre el valor instantáneo y el valor medio se denomina presión acústica p. La intensidad I de la onda es la potencia por unidad desuperficie en W/m2. La impedancia Z, la presión acústica p y la intensidad I están relacionadas mediante la ecuación:

Al propagarse la radiación en un medio homogéneo, su intensidad sufre unaatenuación exponencial de acuerdo con la ecuación:

GENERACIÓN DE ULTRASONIDOS
Para generar ultrasonidos se utilizan habitualmente materiales piezoeléctricos en los que se generan tensiones...