¿Qué es un Sensor Ultrasónico?
Un sensor ultrasónico, también conocido como sensor de ultrasonido, es un dispositivo que emplea ondas sonoras de alta frecuencia para determinar la distancia hasta un objeto.
Las ondas ultrasónicas se refieren a sonidos cuya frecuencia es superior al rango audible para el oído humano, que normalmente abarca entre 20 Hz y 20 000 Hz. Los sonidos con frecuencias más altas se denominan ultrasónicos.
Estos sensores generan ondas ultrasónicas y miden la distancia al detectar las ondas sonoras reflejadas por el objeto. En los últimos años, se ha observado una tendencia hacia la miniaturización, ligereza y menor costo de estos sensores, lo que ha impulsado su amplia adopción y uso generalizado.
Usos de los Sensores Ultrasónicos
Los sensores ultrasónicos tienen un amplio rango de aplicaciones tanto en el ámbito doméstico como en el industrial.
En el ámbito doméstico, se aprovecha la ventaja de la medición de distancias sin contacto en dispositivos como los telémetros de vehículos y las toallitas de chorro. Los telémetros para vehículos están ganando popularidad rápidamente debido a la obligación de frenado para reducir los daños por colisión.
En el ámbito industrial, se utilizan en aplicaciones como medidores de nivel para tanques de drenaje y depósitos de almacenamiento de productos químicos. Estos sensores son especialmente útiles para líquidos altamente corrosivos.
Además, los buscadores de peces también utilizan sensores ultrasónicos desde hace mucho tiempo. Esta aplicación se ha utilizado durante años en la detección de peces.
Principio de los Sensores Ultrasónicos
Los sensores ultrasónicos miden la distancia mediante la transmisión y detección de ondas ultrasónicas reflejadas.
La velocidad del sonido varía según el medio en el que se propaga. En el aire, se estima alrededor de 340 m/s, mientras que en el agua es de aproximadamente 1.500 m/s. Al conocer la velocidad del sonido en el medio de propagación, es posible convertir la distancia midiendo el tiempo que tardan las ondas reflejadas en llegar al sensor.
El componente fundamental de un sensor ultrasónico es un elemento piezoeléctrico. Estos elementos tienen la capacidad de convertir energía eléctrica en energía de presión, que a su vez se transforma nuevamente en energía eléctrica cuando se aplica presión.
Por lo tanto, el elemento piezoeléctrico cumple tanto la función de transmisión como de recepción. Convierte la señal eléctrica de entrada en ondas ultrasónicas, detecta las ondas reflejadas y emite una señal eléctrica correspondiente.
En cuanto a las ventajas y desventajas de los sensores ultrasónicos, se pueden mencionar las siguientes:
Ventajas de los Sensores Ultrasónicos
- Puede detectar distancia de objetos sin contacto.
- Pueden detectar objetos aunque sean transparentes, como el cristal.
- Pasan incluso si hay algo de suciedad o polvo entre el objeto y el sensor.
- La velocidad de las ondas ultrasónicas es alta, por lo que el objeto puede detectarse aunque esté en movimiento.
Desventajas de los Sensores Ultrasónicos
- Se ven afectados fácilmente por la temperatura y el viento.
- No se pueden detectar objetos blandos y con bultos.
La principal característica de los sensores ultrasónicos es que pueden medir distancias sin contacto. Se utilizan sobre todo cuando es necesario medir sin contacto.
Más Información sobre los Sensores Ultrasónicos
1. Usos de los Sensores Ultrasónicos
En el mercado, los sensores ultrasónicos se comercializan como transmisores de circuito analógico. La señal de salida es una señal analógica que sigue un estándar establecido, como 4-20 mA, y también puede ser una salida de fuente si se utiliza una fuente de alimentación adicional.
Además, también se ofrecen como módulos que pueden ser conectados a pequeñas computadoras como Raspberry Pi y PICs, ya que son compatibles con estos dispositivos. Si se amplifican con un simple amplificador de señal, la forma de onda puede ser moldeada y conectada a las entradas y salidas (E/S).
El lado del transmisor consume muy poca energía y se puede conectar directamente al terminal de salida mediante un atenuador.
Es importante destacar que los sensores ultrasónicos requieren tanto un transmisor como un receptor para funcionar correctamente. Sin embargo, dado que el elemento transmisor del sensor ultrasónico también puede actuar como receptor, un solo elemento puede transmitir y recibir, lo que simplifica el circuito en sí mismo.
Es necesario tener en cuenta que cuando se utilizan en modo de transmisión, los elementos transmisor y receptor deben ser instalados por separado.
2. Circuitos que Utilizan Sensores Ultrasónicos
La tensión de accionamiento del elemento transmisor de los sensores ultrasónicos suele ser de varios voltios, por lo que puede conectarse directamente a los terminales de E/S de la CPU.
Cuando la señal recibida se utiliza en un circuito digital, se convierte en una señal digital mediante un amplificador tampón, un detector y un comparador antes de que la CPU lleve a cabo el procesamiento aritmético.
Tenga en cuenta que la frecuencia de resonancia de los sensores ultrasónicos en general es de 40 kHz.
3. Precisión de los Sensores Ultrasónicos
La precisión de un sensor ultrasónico se considera generalmente en torno a la longitud de onda; cuando se utilizan ondas ultrasónicas de 40 kHz, la precisión es de unos 10 mm.
Esto se debe a que la forma de onda de los impulsos ultrasónicos devueltos al elemento receptor varía en los valores de medición en función de la forma del objeto y de otros factores. La precisión puede aumentarse optimizando el punto de detección del pulso de onda reflejado.