Ondas Acústicas De Superfície: Uma Teconologia De Última Geracao

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A Sensor Technology é uma pequena Companhia de alta tecnologia envolvida na I&D e produção de transdutores rotativos para medição do binário utilizando a tecnologia de Onda Acústica de Superfície (SAW). Encontra-se também envolvida no licenciamento desta tecnologia.

A Companhia, de capital privado, pertence aos gémeos Lonsdale; Anthony e Bryan, e a Tony Ingham. Encontra-se estabelecida, nos últimos 27 anos, num pitoresco moinho de água convertido perto de Banbury, Oxfordshire (Reino Unido).

Ao longo da sua história, as competências da Companhia têm versado a I&D “à medida” para clientes de Sensores Binários para Sistemas de Navegação e Magnetómetro. De facto, foi a concentração do trabalho num sistema de navegação e magnetómetro em 1990 que levou Anthony Lonsdale a ter alguns problemas com os dispositivos SAW que estava a usar e o fez reconhecer que poderia transformar esta desvantagem em vantagem; as SAWs podiam ser usadas para medir tensão.

A Companhia tem 23 pessoas que trabalham em I&D e na produção e encontra-se certificada com a ISO 9000.

Devido à natureza do seu negócio, possui uma diversidade de clientes de vários sectores: Defesa, Aerospaço, equipas de corrida de Fórmula 1, universidades, organizações de ensaio, fabricantes de peças sobressalentes e processamento contínuo.

A estratégia da Companhia tem sido utilizar as suas Patentes associadas com a tecnologia SAW para se concentrar mais nos sensores de binário rotativo para os mercados de teste e de instrumentação, por exemplo, direccionando-se para motores de ensaio, caixas de engrenagem e chumaceiras. Até à data, a electrónica utilizada para abordar as SAWs tem sido complexa e diversa. A introdução das novas séries RWT310/320 utiliza uma estratégia electrónica diferente e foi concebida para baixo custo e para utilização do OEM (fabricante de equipamento original). Oferece uma Tecnologia de Sensor com uma vantagem única ao estar disponível não só para oferecer um transdutor básico que será bem recebido pelos utilizadores OEM mas também um transdutor avançado com um conjunto de características configuráveis e uma variedade de saídas. A simplicidade, exactidão e custo que esta tecnologia pode oferecer encontra-se agora incorporada no novo produto que, a Sensor Technology espera puder beneficiar muitos sectores novos tais como as indústrias de bombas, motores e incorporação.

SAWs

Os dispositivos de ondas acústicas não são recentes encontrando-se disponíveis comercialmente à mais de 60 anos. Na década de 70, foram desenvolvidos para radar de compressão de impulsos, osciladores e filtros passa-banda para televisão doméstica e rádio profissional. Na década de 80, o crescimento dos telemóveis provocou um aumento significativo na procura de filtros. A indústria de telecomunicações é o maior consumidor, com mais de 3 biliões de filtros SAW anualmente e concebidos para agir como filtros passa-banda.

Em 1885, o cientista Inglês, Lord Rayleigh previu que tais ondas seriam um componente importante em terramotos, um facto mais tarde confirmado em 1920 devido ao advento de registos sismográficos.

Cerca de quarenta e cinco anos mais tarde, Voltmer e White, da Universidade da Califórnia, geraram tais ondas, usualmente designadas por Ondas Acústicas de Superfície (SAW) ou Ondas de Rayleigh, na superfície livre de um substrato elástico, isotrópico, nomeadamente o quartzo.

The mechanics of an RWT310/320 seriesUma propriedade importante da onda acústica de superfície é que a velocidade da onda de Rayleigh é aproximadamente 105 vezes mais lenta do que a velocidade da radiação electromagnética in vacuo, e portanto, para a mesma frequência, o comprimento de onda da onda elástica é inferior ao comprimento de onda da onda electromagnética correspondente por um factor de 105. Este resultado tem uma importância imediata na geometria da medição resultante e constitui a base da tecnologia da onda de superfície, dado que os próprios dispositivos podem ser muito mais pequenos do que os seus homólogos electromagnéticos.

Um dispositivo SAW básico consiste em duas matrizes de transdutor interdigital (IDTs) num substrato piezoeléctrico como o quartzo. Os IDTs consistem em eléctrodos metálicos intercalados, fabricados usando tecnologia de circuito integrado standard, utilizados para lançar e receber as ondas, para que um sinal eléctrico seja convertido numa onda acústica e depois de novo em sinal eléctrico. é esta aplicação de um campo eléctrico que define as tensões e deformações mecânicas. Inversamente, se for aplicada tensão mecânica, por exemplo devido a deformação, pode ser gerado um campo eléctrico e, consequentemente, um sinal.

O espaçamento dos eléctrodos metálicos intercalados determina o período da onda gerada. A deformação irá alterar o espaçamento dos eléctrodos interdigitais e, consequentemente a frequência de ressonância. é esta alteração da frequência que a Tecnologia de Sensor utiliza para medir a tensão e o binário.

A operação de um transdutor SAW para medição da tensão depende da escolha do substrato piezoeléctrico adequado, que pode ser anexado ao material a ser sujeito a esforço.

Existem muitas aplicações emergentes para dispositivos de onda acústica. Por exemplo, sensores de pressão para pneus e binários para aplicações automóveis, sensores químicos para aplicações médicas e de segurança, e sensores de massa, temperatura, humidade, vapor e binário para aplicações industriais. Considera-se que muitas dessas aplicações emergentes para sensores poderão eventualmente igualar a procura do mercado de telecomunicações.

Para aplicar o princípio do elemento de SAW à medição do binário, são utilizados dois dispositivos numa meia ponte, análoga à configuração clássica de calibração da deformação resistiva; um posicionado de forma a ser sensível à principal deformação compressiva e o outro posicionado para observar a principal deformação por tracção.

As duas frequências produzidas pelas SAWs são misturadas electronicamente para produzir os sinais de diferença e/ou de soma. O sinal de diferença é a medida da deformação induzida devido ao momento de torção e consequentemente, com base no conhecimento das propriedades do material e das equações vigentes, a medição do binário. O sinal de soma é a medida da temperatura do eixo.

O acoplamento dos sinais de e para o eixo da máquina é alcançado através de um dispositivo de acoplamento electromagnético, separado por uma distância adequada, um fixado na caixa do eixo e o outro fixado no eixo rotativo fornecendo transmissão sem contacto, intrinsecamente segura.

Assim, embora seja possível medir o binário através da utilização de outros sistemas, a tecnologia SAW oferece um método eficaz e de baixo custo para a medição do binário.

Desenvolvimento da SAW

No essencial, a medição do binário, utilizando a tecnologia SAW consiste de três components:

  • As próprias SAWs
  • Um acoplamento
  • Um pacote de electrónica

A companhia desenvolveu a Tecnologia ao longo dos últimos 12 anos. Ao longo desses anos foi acumulando um conjunto de patentes associadas com a Tecnologia e um know-how considerável.

Novo Produto

A introdução do novo RWT310/RWT320 oferece um transdutor compacto em conjunto com a electrónica incorporada no corpo. Foi possível alcançar este produto pelo desenvolvimento da tecnologia de varrimento electrónico, que oferece as vantagens de uma largura de banda mais elevada.

O RWT310 estará disponível em diferentes dimensões para todos os que desejem medir o binário de 100mNm a 10,000Nm e até para além deste valor, com a opção das actuais saídas de 4-20mA ou 0-20mA.

O produto avançado RWT320 irá oferecer como padrão:

  • Saída analógica
  • Saída RS232
  • Uma saída USB de elevada velocidade
  • Amostragem, armazenagem e determinação da média de binário de ponta incorporado
  • Um pacote de teste para auto-diagnóstico
  • E a opção de uma saída de corrente a seleccionar pelo utilizador para permitir a saída a 4-20mA ou 0-20mA