Sensores ultrasonido

SENSORES ULTRASÓNICOS: RESPUESTA A DISTINTAS FORMAS DE ONDA DE EMISIÓN Sergio Gwirc, Fernando Ferdeghini, Agata Comastri, Daniel Lupi Centro de Investigación y Desarrollo en Electrónica e Informática (CITEI) Instituto Nacional de Tecnología Industrial (INTI) C.C. 157, (1650) San Martín, Buenos Aires, Argentina TE: 4754-5151/55 - FAX: 4754-5194 - EMAIL: sng@inti.gov.ar

Resumen: En lautilización de transductores de ultrasonido para la determinación de distancias es de suma importancia la relación entre las señales de emisión y eco. El presente trabajo busca optimizar esta relación a través del análisis de la influencia en la variación de ciertos parámetros característicos de la señal de emisión. El estudio se basó en un sistema ultrasónico excitado por una señal de emisión tipo tren depulsos. Del análisis surgen dos conclusiones significativas: la zona muerta es afectada levemente por estas variaciones, y la amplitud de la señal eco se puede controlar por medio de la de emisión, permitiendo realizar un control de ganancia no convencional.

ULTRASONIC SENSORS: RESPONSE TO DIFFERENT EMISSION WAVEFORMS Abstract: The relationship between the transmitted and the reflected signal isan important characteristic of a measurement system with ultrasonic transducers. The main purpose of this work is to optimize this relationship by studying the influence of the pulse width and the number of pulses of the electric exciting signal. Two meaningful conclusions emerge from this analysis: The variation of the electric exciting signal does not affect the dead zone. The amplitude of theecho signal can be controlled by varying the transmitted signal, allowing a non conventional gain control. Keywords: Ultrasonido, Pulso eco.

1. INTRODUCCIÓN Los transductores de ultrasonido piezoeléctricos se han utilizado durante mucho tiempo tratando de aprovechar al máximo sus características de conversión electromecánica. Sin embargo, las dificultades que surgen de las condiciones físicasde propagación del sonido en el aire hacen que, en la práctica disminuya el nivel de la señal eco detectada, por factores externos al transductor. La atenuación debida a absorción, dispersión o divergencia del haz hace que la señal de eco producida por una reflexión sea difícil de identificar en los casos en que por su nivel o por la diferencia de impedancias acústicas entre el medio y lasuperficie reflectante se confunde con rebotes

espurios o no se distingue de la señal que conforma la zona ciega o zona muerta del transductor (Abreu, 1990). Se denomina zona muerta al intervalo temporal durante el cual aparece una señal en el receptor debido a condiciones no deseadas, tales como el solapamiento de los lóbulos de emisión y recepción, la vinculación mecánica que existe entre emisor yreceptor a través del soporte, fenómenos de difracción, etc. La zona muerta se extiende desde el momento en que se produce la emisión hasta un instante establecido por los parámetros antes mencionados, los cuales también fijan el nivel sonoro de la misma.

Si durante este período se recibe una señal de eco, la misma se mezcla con la señal de zona muerta y dependiendo de los niveles relativos deambas es probable que no pueda detectarse el eco.

acondiciona y se inyecta en un osciloscopio (OSC) para su visualización y análisis. Para lograr mayor generalidad en el resultado se analizan dos modelos de sensores ultrasónicos de la serie MA de muRata, el 40A5 y el 40S2, de igual frecuencia de resonancia.

2. ANÁLISIS EMPÍRICO 2.1. Sistema de ensayo Cuando se utiliza el ultrasonido para ladetección de objetos, tanto la zona muerta como la atenuación por absorción son los parámetros que mas influencia tienen en la medición. La zona muerta limita la detección a distancias cortas, mientras que la atenuación restringe el máximo alcance. Cuantitativamente ambas cotas dependen de la cantidad de energía que se transfiere al medio en forma de onda mecánica. Este trabajo busca ampliar los...