Prototipo Industrial de un Medidor Ultrasónico de Nivel

Transcripción

1 1 Prototipo Idustrial de u Medidor Ultrasóico de Nivel Bayro Adrés Calvache y Asfur Baradica Resume Este artículo preseta el diseño e implemetació de u prototipo de sistema de medició de ivel para fases airelíquido o aire-sólido, cofigurable por el usuario y co especificacioes comparables a las de los equipos idustriales dispoibles comercialmete. El sistema se basa e la utilizació de u trasductor de ultrasoido, por medio del cual se evía u corto pulso de oda ultrasóica hacia u objetivo, el cual refleja la oda soora hacia el sesor. El sistema etoces determia el tiempo de retoro del eco (tiempo de vuelo) y calcula la distacia del objetivo utilizado como referecia la velocidad del soido e el medio. Se propoe u método aalógico de medició de tiempo de vuelo que permite obteer resolucioes meores a ua logitud de oda de la señal trasmitida, además de mejorar la respuesta del sistema ate cambios ambietales. El cojuto sesor-acodicioador-iterfaz, costituye u istrumeto iteligete co capacidades de medició, validació, cofiguració, calibració y comuicacioes digitales. Descriptores Medició de ivel, tiempo de vuelo, trasductores ultrasóicos, ultrasoidos. I. INTRODUCCIÓN A ivel idustrial existe ua gra variedad de dispositivos y métodos para la medició de ivel e taques de proceso o almaceamieto así como e depósitos aturales como mares, embalses, lagos y océaos, diferetes uos de otros ya sea e su costo, pricipio de operació, cofiguració de motaje, ambiete de trabajo o características electróicas. E los años recietes, las tecologías ha capitalizado el uso del microprocesador co lo que se ha mejorado y ampliado cosiderablemete sus características de desempeño. Los sistemas de medició actuales puede icluir rutias de diagóstico, procesamieto de datos y comuicació co redes idustriales para supervisió y cotrol remoto. Uo de los métodos más utilizados para la medició idirecta del ivel se basa e la evaluació del tiempo de vuelo o TOF (Time Of Flight) de la propagació de ua oda a través de la atmósfera hasta el líquido o sólido. Esta es ua medició primaria de distacia; el ivel puede etoces calcularse a partir de esta distacia. El método costituye u sistema de medició cotiuo y o itrusivo. Existe diferetes tipos de odas (acústicas o Fig. 1. Represetació de u sistema de medició de ivel por tiempo de vuelo (TOF) electromagéticas) aplicadas a la medició de ivel por TOF pero su pricipio de operació es básicamete el mismo: ua señal modulada es emitida como ua oda hacia el producto; esta oda es reflejada y recibida por u sesor que muchas veces es el mismo trasmisor. El sistema de medició etoces evalúa el tiempo de vuelo t de la señal: 2 d t = (1) v e dode v es la velocidad de propagació de las odas [1]. E la Fig. 1(a) se ilustra el pricipio de operació. Se puede geerar u pulso o modulado o ua ráfaga de pulsos modulado como se muestra e la Fig. 1(b). Para el caso de los ultrasoidos, la velocidad depede del medio e el cual la oda se esté propagado. La velocidad del ultrasoido e el aire es idepediete de la presió atmosférica y es fució de la raíz cuadrada de la temperatura. La velocidad será mayor e u medio húmedo que e otro seco, debido a que los pesos moleculares de los gases que costituye la atmósfera so mayores que los de vapor de agua. Además, la velocidad de propagació o depede de la frecuecia de oscilació del trasductor para bajas frecuecias. Las variació de velocidad puede ser alta respecto a la temperatura Ua ecuació que aproxima liealmete la

2 2 velocidad (e m/s) co la temperatura T (e grados cetígrados) es: ( T ) V T c = 0 + (2) e dode V 0 es la velocidad de propagació de la oda soora a cero grados cetígrados (331.5 m/s). La humedad juega u rol meor e la velocidad del soido ya que geera ua variació meor al 0.6% e la velocidad e todo el rago de temperaturas de operació [1], [2], [3]. Para el desarrollo de este trabajo se aalizaro diversas técicas de determiació de distacia co odas ultrasóicas como: umbral fijo, umbral diámico [4], detecció por toos [5], odas iterferetes [6] etre otras. La tabla I muestra ua comparació cualitativa etre alguos de estos métodos. Se aaliza cada método segú su rago de medició, la exactitud, la complejidad e hardware y la capacidad de procesamieto ecesaria para la medició. Fialmete se desarrollo e implemeto ua técica ovedosa de bajo costo basada e la determiació de TOF por umbral porcetual, compesado e temperatura y adaptativo a las codicioes ambietales, lo que permite alcazar características de desempeño y estabilidad muy similares a las de los equipos comerciales. El artículo describe el diseño de u sistema de medició de ivel por ultrasoidos empezado por u estudio teórico de la señal de eco ultrasóico a partir de la cual se propoe la técica implemetada, siguiedo co la presetació del desarrollo del sistema tato e su compoete hardware como e el procesamieto de datos; fialmete se preseta las pruebas de desempeño realizadas y los resultados obteidos. TABLA I. CUADRO COMPARATIVO DE LOS DIFERENTES MÉTODOS DE MEDICIÓN DE TIEMPO DE VUELO Método Rago de medició Exactitud Complejidad hardware Capacidad de procesamieto Umbral Medio Baja Baja Baja Umbral Alto Media Media Baja Media diámico Baja Toos mas Medio Media Media Media umbral Odas Bajo Alta Media Media iterferetes Digitalizació Medio Alta Alta Alta de fase Modulació Bajo Alta Alta Alta AM Correlació Medio Alta Media Alta cruzada Máximo del eco Alto Alta Media Alta A. Señal de eco ultrasóico II. PRINCIPIO DE OPERACIÓN E aplicacioes e el aire orietadas a la medició de distacia, u impulso ultrasóico es trasmitido al medio (a través de u trasductor) y al reflejarse e ua superficie u objeto y regresar al trasductor produce e él ua señal de eco que se puede sesar y de la cual se puede obteer iformació importate. La señal de eco ultrasóico puede ser cosiderada como el producto de dos señales, ua portadora (3) y ua evolvete (4) que puede ser descritas por las siguietes ecuacioes: u () t si [ 2 π f ( t t ) + θ] p = 1 (3) C t t 1 e a t = t ) (4) () t ( ) ( 1 El producto de estas dos ecuacioes describe la señal de eco ultrasóico (5): a () ( ) ( t t = C t t e t1) si[ 2πf ( t ) + θ] v 1 t1 (5) e dode v() t es la tesió geerada e el trasductor, C es ua costate relacioada co la amplitud, t es el tiempo, a y so costates empíricas que depede del trasductor, f es la frecuecia de la oda, θ la fase de la oda y t 1 el tiempo de iicio del eco [2], [4], [6]. Si se deriva la ecuació (5) y se iguala a cero se puede ecotrar el puto máximo de la evolvete t max : t max = t1 + (6) a Fig. 2. Descripció paramétrica de la evolvete de la señal de eco. Substituyedo la ecuació (6) e la ecuació (5) es posible obteer el valor de la costate C e fució del valor pico de la señal de eco U segú la siguiete ecuació: a e U C = (7) E la Fig. 2 se preseta ua señal de eco típica, portadora y evolvete obteida a partir de la ecuació (5) y ua defiició de los parámetros que será utilizados e el aálisis de la forma de eco. A max es la amplitud máxima del la señal

3 3 de eco, t 1 es el tiempo de iicio de la señal de eco y t max el tiempo e el cual se preseta el máximo de amplitud. La oda acústica, por tratarse de ua vibració mecáica e el aire, se ve afectada pricipalmete por cambios e la temperatura y e meor medida por la desidad y humedad del medio, geerado variacioes o iestabilidades físicas que da orige a cambios e las forma de eco y por ede e los parámetros extraídos de su evolvete. La amplitud máxima A max se puede ver afectada sesiblemete ate cambios de temperatura y cambios de humedad depediedo de la frecuecia de oscilació de la oda de ultrasoido. Los parámetros de tiempo de iicio del eco y tiempo de máxima amplitud del eco, t 1 y t max, refleja el tiempo de vuelo de la señal. Estos parámetros tiee u comportamieto similar co la temperatura debido a su depedecia de la velocidad del soido y se matiee razoablemete costates (previa compesació de la velocidad) ate cambios de temperatura. Esto los covierte e bueos parámetros e procesos de idetificació bajo codicioes ambietales reales, especialmete si se pretede la medició de distacia o proximidad co base e el método de tiempo de vuelo [3], [7]. valor t x% se asume como costate y se puede calcular por métodos uméricos a partir las ecuacioes (4) y (7) ormalizadas como se idica e la ecuació (9): a e at = x % (9) u ( t ) ( t ) e x % x % E esta ecuació el tiempo de iicio del eco t 1 se ha asumido como cero y el valor de amplitud máxima de la evolvete U como uo. u( t x % ) represeta el valor de la amplitud porcetual respecto a la amplitud máxima que sería uo. Por ejemplo, si el valor de amplitud máxima porcetual se determia e 80%, el valor de u( tx % ) sería de 0.8. Se debe teer e cueta que para cada valor porcetual de amplitud, se tedrá dos solucioes de la ecuació (9). Dadas las características del método, el tiempo que represeta t x% es aquel que se ecuetra después del pico de la evolvete como se muestra e Fig. 3. B. Método aálogo para la medició de tiempo de vuelo El tiempo de iicio del eco t 1 se puede establecer a partir de la diferecia etre el tiempo e el que la evolvete del eco alcaza su valor máximo ( t max ) y el valor del termio /a (ecuació (6)). El tiempo del máximo se puede determiar si se realiza u muestreo de la señal o usado técicas aálogas complejas. E la zoa e la que se produce el máximo de la evolvete la variació relativa de la amplitud de la oda es bastate baja, por lo que u pequeño pico de ruido puede producir máximos falsos. Ua de las grades vetajas que preseta este método es que el tiempo e que se da el máximo del eco es bastate estable y varía muy poco ate cambios ambietales. Mas si embargo la digitalizació implica el uso de coversores aálogo a digital co buea resolució y u tiempo de muestreo acorde a los tiempos de las señales que se está maejado. El método que se propoe o requiere la determiació del tiempo del máximo de amplitud de la evolvete, sio del tiempo para el cual la amplitud de la señal llega a ser u determiado porcetaje de esa amplitud máxima. Este puto se ubica e promedio siempre co el mismo retardo e referecia al mometo de iicio de eco, por lo que si se cooce se puede etoces calcular el tiempo de iicio o tiempo de vuelo de la señal a partir de la ecuació (8): t1 = tm tx% (8) E dode t1 es el tiempo de iicio de la señal de eco, t m es el valor del tiempo medido desde la emisió de la señal ultrasóica hasta el mometo e el que la evolvete del eco cae al porcetaje establecido y t x% es el tiempo que existe etre el mometo de iicio de eco y el mometo e que la evolvete de la señal de eco cae al porcetaje establecido. El Fig. 3. Tiempo de vuelo porcetual para ua evolvete de eco El porcetaje escogido para la medició debe estar detro de la zoa e la cual la variació de amplitud de la evolvete co el tiempo es grade co lo que se miimiza los errores por los posibles picos de ruido sobre la señal. Además, dado que la pediete descedete de la señal de eco (caída de la evolvete después de haber alcazado el máximo de amplitud) es meos estable ate cambios ambietales, pricipalmete de temperatura, que el tiempo de la máxima amplitud debido a las variacioes que se preseta e la logitud de la señal de eco, se debe seleccioar u valor de porcetaje de la amplitud máxima para la medició lo más cercao posible al 100% (este 100% correspodería al tiempo del máximo de amplitud) detro de la zoa e dode la variació de ivel de la señal e el tiempo es alta. Se puede etoces hablar de u umbral porcetual e el rago de 70 a 90%. Etre más alto sea el porcetaje, la medida se acercará más a la estabilidad dada por el tiempo del máximo ate cambios ambietales.

4 4 Este modelo de medició es similar a la detecció por umbral, la diferecia es que o utiliza u ivel umbral fijo, i u ivel de umbral diámico que varía co el tiempo; es u umbral porcetual que se adapta a la forma de la oda que se esté recibiedo y siempre es costate. Como se sabe, dos señales de eco cosecutivas por lo geeral o será iguales. La pricipal diferecia se observa e el cambio cotiuo e la amplitud etre ua señal y otra. III. IMPLEMENTACIÓN E la Fig. 4 se muestra u diagrama de bloques geeral del sistema implemetado. El sistema cueta co dos visualizadores: u display alfaumérico e dode se preseta toda la iformació relacioada co el meú de programació, el estado del equipo y los mesajes de alarma. El otro es u display umérico de cuatro dígitos e el que se despliega el valor de distacia medido. Se dispoe de comuicació serial (iterfaz estádar RS-232), salidas de alarmas (2 relés), ua salida aislada 4-20mA cotrolada por la uidad de procesamieto y u sesor digital de temperatura DS1820, co comuicació 1-Wire, que permite realizar la compesació de velocidad por cambios e temperatura usado la ecuació (2). Fig. 4. Diagrama de bloques del sistema implemetado El desempeño del método de umbral porcetual para medició de distacia depede e gra medida de u bue diseño de los circuitos de acodicioamieto de señal. Lo mas importate es si duda o alterar la forma de la evolvete de eco que se recibe ya que el método utiliza e parte esta forma para determiar el tiempo de vuelo. U bue diseño del circuito impreso es muy importate si se quiere mejorar el desempeño y la imuidad al ruido del sistema electróico. A. Trasductor de ultrasoido La selecció del tipo de trasductor depede pricipalmete de el medio e el que se va a propagar la señal y del rago de distacia de la aplicació [3], [7]. Para aplicacioes e baja potecia y e el aire, básicamete se trabaja co los trasductores capacitivos y piezoeléctricos siedo estos últimos los más utilizados. Los trasductores piezoeléctricos preseta mayor amplitud e la señal de eco co respecto a los capacitivos e igualdad de codicioes y se polariza co tesioes del orde de 15 a 75V. Preseta ua mejor relació señal-ruido ya que se comporta prácticamete como filtros pasabada alrededor de la frecuecia de resoacia. Posee robustez, imuidad a ruido tato eléctrico como acústico y resistecia a factores ambietales por lo que so recomedables para uso e ambietes idustriales. El valor de las pérdidas de amplitud de la oda por absorció o ateuació determia el máximo rago del sesor. La ateuació del soido se icremeta co la frecuecia y e cualquier frecuecia la ateuació cambia como fució de la humedad. El valor de humedad que produce la máxima ateuació o es el mismo para todas las frecuecias. Si se utiliza trasductores de frecuecias altas el rago de medida se reducirá debido a ua mayor ateuació de la señal. La meor ateuació se preseta e las frecuecias de alrededor de los 40Khz [3]. El trasductor trasmite eergía e patroes de radiació. La mayor parte de la eergía se cocetra e el lóbulo pricipal el cual defie el acho del haz de radiació [2], [4], [7]. Patroes de radiació achos reduce el rago de sesibilidad del trasductor ya que la señal se dispersa e u volume más grade por lo que la eergía reflejada por las superficies es más débil. Los patroes de radiació agostos por su parte so más sesibles a alteracioes e la señal de eco, especialmete cuado se trabaja sobre superficies irregulares. Por sus características, el trasductor seleccioado para la aplicació de ivel fue el traceiver (trasmisor-receptor) ultrasóico HE240TR de la empresa HEXAMITE. Este trasductor piezoeléctrico de baja potecia está diseñado para aplicacioes e aire y su frecuecia de operació (39kHz) le permite operar sobre ragos de distacias medias. El águlo del lóbulo de radiació (+/-12º) geera ua buea respuesta cuado trabaja sobre superficies irregulares. Para el trasductor usado los valores obteidos de los parámetros a y fuero: s -1 y 6.4 respectivamete. El trasductor se alimeta co u tre de 10 pulsos rectagulares. La máxima trasferecia de eergía cuado se emite este tipo de señales se obtiee para odas co periodo igual al iverso de la frecuecia de resoacia del trasductor y achos de pulso iguales a la mitad de ese periodo [8]. B. Uidad de procesamieto La uidad de procesamieto es la ecargada de cotrolar todo el hardware del sistema que icluye los circuitos de emisió y detecció de la oda ultrasóica así como la lectura de teclado (etradas), además de realizar los cálculos de distacia y temperatura, visualizar la iformació e los displays, geerar las alarmas y activar los reles (salidas). Todas estas fucioes está relacioadas o depede de la cofiguració que el usuario haya realizado sobre el equipo co aterioridad, ya sea de forma local o remota. Estas tareas so realizadas por u microcotrolador ATmega162 de la

5 5 familia AVR de la firma Atmel. El ATmega162 es u microcotrolador de 8 bits CMOS, de baja potecia, basado e la arquitectura RISC AVR, lo que le permite realizar operacioes e u solo ciclo de reloj logrado ejecutar hasta 1 milló de istruccioes por segudo por cada megahertz e la señal de reloj. Esto se refleja e ua optimizació e el cosumo de potecia e relació a la velocidad de procesamieto. R2 Umbral% = *100% (10) R1+ R2 e dode Umbral % es el umbral porcetual. Auque la amplitud máxima puede variar etre diferetes ecos, el porcetaje para el umbral siempre será el mismo, así la medida siempre se realizará e el mismo puto. C. Acodicioamieto de señal La etapa de acodicioamieto de señal es la ecargada de adecuar los iveles de los pulsos que se evía hacia el trasductor de ultrasoido. Tambié se ecarga de la recuperació, filtrado y adecuació de la señal de eco. E esta etapa se implemeta el método aálogo de medició y se geera la iformació ecesaria para que la uidad de procesos determie el tiempo de vuelo de la oda ultrasóica. U diagrama de bloques que ilustra el acodicioamieto de señal y su iteracció co la uidad de procesos se muestra e la Fig. 5. Fig. 5. Diagrama de bloques del sistema de medició por umbral porcetual La uidad de procesos geera u tre de pulsos TTL fiito a la frecuecia de resoacia del trasductor. Estos pulsos so tratados y llevados a ua amplitud de 30V ates de ser alimetados al trasductor. Cuado la señal de eco aparece e el trasductor se filtra y se amplifica por medio de u amplificador de gaacia programable (AGP) de acuerdo al ivel de ateuació co que se reciba. La señal es rectificada y se extrae su evolvete. La evolvete es procesada por u detector de picos que detecta y retiee el ivel de máxima amplitud e la evolvete. Ua vez se tiee la señal de la evolvete del eco y se ha capturado el valor de su máxima amplitud se puede etoces determiar el tiempo de vuelo de la señal. La circuitería ecesaria para efectuar esta tarea y las señales geeradas se muestra e la Figs. 6 y 7. S1 es la señal de evolvete del eco y S2 es la señal de la amplitud máxima de la evolvete. El comparador A recibe e su etrada o iversora la señal S1 y por la etrada iversora la señal S3, que represeta u porcetaje de la amplitud máxima del eco detectada. Esta señal se covierte etoces e el umbral porcetual para la detecció del tiempo de vuelo. Las resistecias R1 y R2 e ua cofiguració de divisor de tesió determia cuál es el porcetaje de la amplitud máxima que se utilizará como umbral de acuerdo a la ecuació (10). Fig. 6. Circuito de detecció de tiempo de vuelo y validació de eco Fig. 7. Señales circuito de detecció de tiempo de vuelo y validació de eco

6 6 La señal de la evolvete S1 se compara cotiuamete co el umbral porcetual; cuado el ivel de la evolvete se hace meor que el ivel de la señal de umbral S3 el comparador cambia su estado de u ivel lógico alto a u ivel lógico bajo (señal S4). La uidad de procesos medirá el tiempo desde el iicio de la trasmisió del tre de pulsos hacia el trasductor hasta el mometo e el que se produce el cambio de ivel e el comparador. Este es el tiempo t m de la ecuació (8) que le permitirá al sistema determiar el tiempo de iicio del eco. Ates de la llegada del eco se puede geerar, por el ruido e la líea que se preseta después de reestablecer el codesador del detector de picos, cambios de ivel e la señal S4 que o correspode a señales de eco válidas. Por ello esta señal ates de ser trasferida a la uidad de procesamieto es validada co la señal S10 por medio de la compuerta NAND A. La señal S10 tedrá u estado lógico alto si sobre la líea de recepció de eco se preseta ua señal co u ivel superior al umbral míimo para asegurar que lo que se recibe es ua señal de eco y o ruido, de lo cotrario S10 tedrá u estado lógico bajo que o permitirá a la uidad de procesos sesar el cambio de ivel e la señal S4. Para la uidad de procesos existirá u cambio de ivel e S4 si e la señal TOF_ECO se preseta u flaco ascedete durate el tiempo e que el eco es tomado como válido. Para garatizar el bue desempeño del sistema la amplitud de la señal de evolvete del eco se debe ecotrar detro cierto rago de amplitud determiado por los iveles e las señales S5 y S6. Esta fució es realizada por los comparadores B y C y la compuerta NAND B alimetada por S8 y S9. Si el ivel de la evolvete está por fuera de este rago, el tiempo de vuelo medido o es validado y se procede a realizar u ajuste e la gaacia del AGP buscado señales de eco adecuadas. Si u eco está detro del rago permitido, durate el tiempo e el que el eco se cosidera válido se preseta u úico flaco descedete de la señal de VAL_ECO. Cuado el eco está por fuera del rago o o se registra cambios de ivel o se preseta múltiples flacos. D. Procesamieto de datos Para determiar la distacia etre el objetivo y el trasductor de ultrasoido la uidad de procesamietos utiliza la ecuació (11): 1 1 d = ca t1 = ca ( t m t x% )(11) 2 2 e dode c a es la velocidad del soido e el aire compesada e temperatura. El sistema toma 10 muestras por segudo del tiempo de vuelo de la señal ultrasóica. Las muestras se promedia y se calcula su desviació media. Cada muestra es evaluada uevamete e relació a esta desviació. Si la muestra está por fuera del rago, dado por el promedio más o meos la desviació, se elimia. El promedio fial, que es el que se toma como tiempo de vuelo válido, se calcula co las muestras o descartadas. Ua vez se tiee el tiempo de vuelo ya filtrado este se promedia juto co los cuatro tiempos de vuelo (filtrados) ateriores. Este es u proceso de filtrado que busca elimiar las muestras que puede estar degeeradas por codicioes exteras al istrumeto. Para dar mayor precisió a la medida, el tiempo ecotrado por medio de ua calibració iicial del equipo. A ua distacia fija y coocida (detro del rago de operació), el dispositivo evía repetidos trees de pulso ultrasóico hacia la superficie reflectora y calcula su tiempo de vuelo. E base a la distacia y a la temperatura e el mometo de la muestra se determia el tiempo de iicio esperado. La diferecia etre estos dos tiempos es igual al tiempo t x%. IV. PRUEBAS Y RESULTADOS tx% El equipo fue sometido a varias pruebas co el fi de comprobar la validez del método de medició, la robustez del sistema, la cofiabilidad, liealidad, exactitud y repetibilidad de las medicioes. Para tal fi se motó u baco de pruebas cuyas dimesioes permitiero obteer medicioes de distacia de hasta 6 metros. El ambiete (temperatura, humedad y corrietes de aire) del medio de propagació o fue cotrolado. Las pruebas se realizaro sobre superficies sólidas y líquidos e reposo. El comportamieto fue similar e las dos superficies. A. Validació del método Las pruebas realizadas e esta secció busca demostrar que idepedietemete de la amplitud de la señal el método siempre etrega el mismo tiempo de vuelo (represetado e ua distacia) si el sesor se ubica a ua distacia fija de la superficie reflectora. La prueba se realizó ubicado el sesor a dos distacias diferetes. Para cada distacia se tomaro los valores medidos por el equipo durate dos miutos, equivaletes a 100 muestras, variado la gaacia del AGP. La primera prueba se hizo a ua distacia de 1714 milímetros co tres gaacias de amplificació diferetes e el AGP de 2, 3 y 4 veces la señal. La variació máxima de la medició respecto de la distacia real que se presetó fue de ±1mm. La seguda prueba se realizó a ua distacia de 2470 milímetros. La gaacia del AGP del equipo se varió etre 4, 5, 9 y 10 veces la señal. La variació máxima ecotrada fue de ±2mm. B. Pruebas de estabilidad Las pruebas de comportamieto estático permite recoocer el error máximo, la exactitud y la precisió de las medidas etregadas por el equipo alrededor de ua distacia dada. Estas pruebas se realizaro sobre tres distacias detro del rago máximo de medició: 1 metro, 3.5 metros y 5.5 metros. El sesor se ubicó a ua distacia fija de la superficie reflectora y se dejó operado de maera cotiua durate aproximadamete 8 horas. Se tomaro muestras de distacia y temperatura del medio cada miuto. E las Figs. 8, 9, y 10 se ilustra la respuesta del sesor. La tabla II resume los resultados de esta prueba. es

7 DISTANCIA (mm) ERROR (mm) DISTANCIA (mm) :42 6:56 7:10 7:24 7:38 7:52 8:06 8:20 8:34 8:48 9:02 9:16 9:30 9:44 9:58 10:12 10:26 10:40 10:54 11:08 11:22 11:36 11:50 12:04 12:18 12:32 12:46 13:00 13:14 13:28 13:41 TIEMPO DE LA MUESTRA Fig. 8 Estabilidad e la medida de distacia del equipo a 1000mm :31 22:46 23:00 23:15 23:29 23:44 23:58 0:13 0:27 0:42 0:56 1:11 1:25 1:40 1:54 2:09 2:23 2:38 2:52 3:07 3:21 3:36 3:50 4:05 4:19 4:34 4:48 5:03 5:17 5:32 5:46 6:01 6:15 TIEMPO DE LA MUESTRA Fig. 9. Estabilidad e la medida de distacia del equipo a 3500mm DISTANCIA (mm) Fig. 11. Error medido vs. Distacia C. Pruebas sobre el rago de medició Las pruebas sobre el rago de medició permite observar la respuesta del equipo y la aliealidad de dicha respuesta. La prueba se efectuó variado la distacia etre el sesor y la superficie reflectora de 1.5 metros a 5.6 metros e pasos costates de dos cetímetros. La Fig. 11 muestra el error obteido etre el valor de distacia real y el valor medido por el equipo. El coeficiete de correlació etre la respuesta del equipo y la distacia real es de La desviació máxima que se presetó e la prueba es de 17 milímetros. La respuesta ideal que se esperaría es: O = I (O salida, I etrada), la respuesta real del equipo está dada por: O = * I [mm]. La aliealidad máxima porcetual e el rago medido es igual a % DISTANCIA (mm) :43 0:00 0:16 0:33 0:49 1:06 1:23 1:39 1:56 2:12 2:29 2:45 3:02 3:19 3:35 3:52 4:08 4:25 TIMEPO DE LA MUESTRA Fig. 10. Estabilidad e la medida de distacia del equipo a 5500mm TABLA II. RESULTADOS PRUEBAS DE ESTABILIDAD Distacia real (mm) Distacia prom. (mm) Tº prom (ºC) Tº max (ºC) Tº mi (ºC) Desviació max (mm) Desviació media Desviació estádar Error max (%) Exactitud (%) Precisió(%) PROM= PROMEDIO, MAX= MÁXIMO, MIN= MÍNIMO 4:42 4:58 5:15 5:31 5:48 6:05 6:21 6:38 6:55 7:11 7:28 V. CONCLUSIONES El método de medició por umbral porcetual, desarrollado e este trabajo, es bastate secillo, estable, robusto ate cambios ambietales, o ecesita ua capacidad de procesamieto alta, i digitalizació de la señal, tiee ua buea precisió y u rago de medida de distacia suficietes para ua aplicació idustrial. Esto lo hace muy competitivo, ya que se obtiee ua buea exactitud e la medida a u costo moderado. Este método o se ve afectado por cambios e la amplitud de la señal de eco que se recibe gracias a que la forma de oda del señal siempre se coserva. Se puede utilizar sobre diferetes medios de reflexió, e especial líquidos y sólidos. El equipo respodió satisfactoriamete a las expectativas esperadas presetado u error máximo de 0.13%FS, ua exactitud de 99.87%FS y ua precisió e la medició de 99.85%FS sobre el rago máximo medido (6 metros). La aliealidad máxima que se obtuvo fue de 0.065%. Estos valores so similares a los etregados por los equipos comerciales utilizados e la medició de ivel por ultrasoidos. REFERENCIAS [1] WEBSTER, Joh G. The measuremet, istrumetatio, ad sesors hadbook. CRC Press, [2] FREIRE, Eduardo Ollveira. Desevolvimeto de um sistema de sesoriamieto ultra-sôico para um robô móvel com cotrole baseado em agetes. Tesis de Maestria, Uiversidade Federal do Espirito Sato. Vitoria, 1997.

8 8 [3] MASSA, Doald P. Choosig a ultrasoic sesor for proximity or distace measuremet. Part 1. E: [4] MILLAN BARCO, Julio Cesar y RESTREPO GIRON, Adrés David. Medició de ivel e líquidos imiscibles co u sesor ultrasóico iteligete. Trabajo de grado, Uiversidad del Valle. Satiago de Cali, [5] FERDEGHINI, Ferado, BRENGI, Diego y LUPI, Daiel. Sistema de detecció combiado para sesores ultrasóicos. E: Cogreso Nacioal e Cotrol Automático. Argetia, [6] CAI, Cahui y REGTIEN P.L, Paul. Achúrate Digital Time-of-Flight Measuremete Usig Self Iterferete. IEEE Trasactios o Istrumetatio ad Measuremet. Vol 42, No. 6 (dic. 1993), p [7] CAICEDO BRAVO, Eduardo. Sistema de idetificació de objetos mediate sesores de ultrasoidos basado e u modelo paramétrico. Tesis Doctoral, Uiversidad Politécica de Madrid, [8] GWIRC, Sergio, FERDEGHINI, Ferado, COMASTRI, Agata y LUPI, Daiel. Sesores Ultrasóicos: Respuesta a distitas formas de oda de emisió. Istituto Nacioal de Tecología Idustrial. Argetia Bayro Adrés Calvache. Igeiero Electróico de la Uiversidad del Valle (2004).. Su área de iterés so la istrumetació, automatizació idustrial y aplicacioes basadas e microcotroladores. Asfur Baradica López. Igeiero Electricista de la Uiversidad del Valle (1989). Profesor de la Escuela de Igeiería Eléctrica y Electróica de la misma uiversidad desde Su área de iterés so las comuicacioes idustriales y los trasductores iteligetes.