SENSORI DI DISTANZA E PRESENZA



 

SENSORI AD ULTRASUONI

In questi sistemi viene misurata la distanza fra lo strumento di misura ed un elemento riflettente sfruttando la proprietà dei suoni e degli ultrasuoni di propagarsi a velocità praticamente costante all'interno dei mezzi. Conoscendo la velocità di propagazione dell'onda acustica nel mezzo si ricava la distanza fra strumento e bersaglio a partire dalla misura del tempo intercorso fra la emissione dell'impulso sonoro e la rilevazione della eco di ritorno. Il dispositivo che emette gli ultrasuoni è un cristallo piezoelettrico: applicando a questo un tensione oscillante ad una precisa frequenza si attiva quello che viene chiamato "effetto piezoelettrico inverso": il cristallo inizia a vibrare ed emette gli ultrasuoni desiderati. Questi, convogliati da un opportuno cono posto a contatto del cristallo, si propagano verso il bersaglio di cui si vuole determinare la distanza. Quando lo colpiscono gli ultrasuoni vengono riflessi generando un'eco e, dopo un tempo uguale a quello di andata, tornano alla sorgente da cui erano stati generati. Qui le vibrazioni provocate dagli ultrasuoni provocano la deformazione di un altro cristallo piezoelettrico che genera a sua volta un segnale elettrico. Indicando con T il tempo di volo, cioè l'intervallo che intercorre fra l'emissione dell'impulso e la ricezione dell'eco, con v la velocità di propagazione e con L la distanza si ha:

L= (v T) / 2     

L'emissione dell'impulso da parte dell'unità trasmettitrice provoca però delle vibrazioni della struttura che si ripercuotono anche sul supporto del sensore ricevente: per evitare che queste vibrazioni possano essere erroneamente interpretate come l'eco dell'impulso, riflesso dal bersaglio, l'uscita del sensore ricevente viene "oscurata", cioè interdetta, per un tempo fisso. La durata dell'intervallo di oscuramento influenza il valore della minima distanza rilevabile dal sistema. Indicando con To la durata dell'oscuramento la minima distanza rilevabile Lmin è data da:

  Lmin = (v To) / 2     

L'elemento cui è affidato il compito di emettere l'impulso acustico è usualmente un cristallo piezoelettrico; dato che lo stesso tipo di cristallo viene usato per costruire il rilevatore dell'eco si può pensare di riunire le due funzioni in un unico dispositivo per ovvi motivi di costo ed ingombro. Il sistema non è ancora molto diffusa, ma molti produttori stanno approntando sensori in cui le due azioni di stimolo e rilievo saranno effettuate da un unico elemento piezoelettrico.

SENSORI DI PRESENZA

Alcuni trasduttori hanno la caratteristica di fornire in uscita un segnale di tipo binario (on‑off): questi sistemi hanno quindi un funzionamento a soglia e vengono utilizzati principalmente per il rilievo di presenza ed il conteggio di eventi. Fra questi i più diffusi sono quelli fotoelettrici e quelli induttivi.

SENSORI FOTOELETTRICI

I trasduttori fotoelettrici sono basati sulla modulazione della resistenza che una giunzione silicio (di fatto un transistor) mostra quando viene colpita dalle radiazioni luminose. Sia la luce visibile, sia quella infrarossa può permettere, se opportunamente focalizzata, di portare in saturazione un foto‑transistor rendendolo equivalente ad un interruttore chiuso. La corrente che attraversa il transistor può essere rilevata in diverse maniere.
Per realizzare quindi un trasduttore di presenza basta disporre un fototransistor ed una opportuna sorgente luminosa ai due lati del punto in cui si vuole indagare la presenza di un oggetto opaco: quando l'oggetto sarà presente esso interromperà il flusso luminoso impedendo al transistor di condurre; al contrario, tutte le volte che l'oggetto non si trova nel punto prestabilito la radiazione luminosa colpirà il fototransistor determinandone la saturazione.
Con questi sistemi si possono realizzare semplici dispositivi anti‑intrusione e conta persone, tachimetri ottici a ruota fonica, encoder ottici, ecc.
I pregi sono il baso costo e la semplicità estrema, i difetti sono legati alla necessità di garantire la pulizia del sistema ottico (lenti, diaframmi, ecc.) e la impossibilità di lavorare in ambienti estremamente polverosi e con bersagli trasparenti.