Electricidade e sensores

Todos os materiais são constituídos por pequenas partículas chamadas átomos. Os átomos são compostos por partículas ainda menores chamadas prótons, nêutrons e elétrons. Os prótons encontrados no átomo têm uma carga positiva e os elétrons têm uma carga negativa. Estas cargas equilibram-se umas às outras, dando ao átomo uma carga neutra global.

Correntes eléctricas

A electricidade pode manifestar-se como um fluxo de electrões ou cargas. O fluxo de electrões ou cargas é conhecido como corrente eléctrica.

Um circuito eléctrico terá electrões soltos ao longo de todo o seu percurso. Quando a energia elétrica é fornecida no circuito, um campo elétrico é configurado, fazendo com que esses elétrons no circuito fluam todos de uma só vez como água fluindo em um tubo ou mangueira.

Circuitos elétricos

Sensores artificiais são baseados em circuitos elétricos. Os circuitos eléctricos são constituídos por componentes eléctricos específicos, uma fonte de alimentação e fios de ligação, e podem comutar ou alterar uma corrente eléctrica. O fluxo de cargas elétricas em um circuito é controlado pela condutividade elétrica do material utilizado, dos componentes e do projeto do circuito. Um circuito pode ser projetado para permitir o fluxo de diferentes quantidades de cargas elétricas em diferentes partes do circuito, de modo que partes do circuito podem ter trabalhos diferentes, mas interativos.

Electrônica é o uso de pequenos componentes, como dispositivos semicondutores em circuitos elétricos para controlar o fluxo de cargas elétricas ou realizar uma função. Isto é feito aumentando ou diminuindo a corrente ou parando completamente o fluxo. A maioria dos dispositivos elétricos usa eletrônica – desde um simples interruptor que acende uma luz quando escurece, até um circuito complexo que tem muitos trabalhos a fazer, como aquele encontrado dentro de máquinas de lavar ou robôs.

Condutividade

Quando cargas elétricas fluem através de algo, chamamos esta condução elétrica. A substância pela qual as cargas elétricas fluem é chamada de condutor.

Materiais diferentes têm diferentes condutividades elétricas. Esta é uma medida de como é fácil para a corrente elétrica passar através do material. O inverso da condutividade é resistividade – quão difícil é para uma carga elétrica passar através de um material.

Alguns materiais, como os metais, têm elétrons soltos em sua estrutura atômica, que permitem que as cargas elétricas fluam facilmente e são, portanto, muito úteis como fios que conectam os vários componentes de um circuito. O metal de cobre é um exemplo de um bom condutor e é frequentemente utilizado como fio de ligação.

As substâncias que não permitem o fluxo de cargas eléctricas são chamadas isoladores. Por exemplo, borracha, plástico e ar são maus condutores e por isso são úteis como isoladores para bloquear o fluxo de cargas eléctricas.

Outros materiais com propriedades condutoras que estão entre bons condutores e isoladores, como o silício, são chamados semicondutores. Sua condutividade elétrica pode ser alterada pelo tipo de átomos utilizados para dopá-los com impurezas. Os componentes semicondutores, como diodos e transístores, podem alterar a sua capacidade de conduzir cargas dependendo de certas condições, como a tensão. Isto torna os semicondutores úteis como sensores e interruptores que respondem às mudanças nas condições físicas.

Por exemplo, um sensor de calor chamado termistor muda sua capacidade de permitir o fluxo de cargas elétricas através dele em resposta à temperatura. Ao colocar um termistor em um circuito elétrico, a corrente pode ser ligada ou desligada em outra parte do circuito, tal como desligar um aquecedor se o ar ficar muito quente. Tal como os sensores na pele humana enviam impulsos para o cérebro onde a informação é analisada e sentimos calor ou frio, nas máquinas, a electrónica é utilizada para analisar as condições físicas que estão a ser detectadas através de alterações da corrente eléctrica.

Como funcionam os sensores?

Os sensores reagem às alterações das condições físicas, alterando as suas propriedades eléctricas. Assim, a maioria dos sensores artificiais dependem de sistemas eletrônicos para capturar, analisar e retransmitir informações sobre o ambiente. Estes sistemas electrónicos dependem dos mesmos princípios que os circuitos eléctricos para funcionar, por isso a capacidade de controlar o fluxo de energia eléctrica é muito importante.

Sensível, um sensor converte estímulos como calor, luz, som e movimento em sinais eléctricos. Estes sinais são passados através de uma interface que os converte em código binário e o passa para um computador a ser processado.

Muitos sensores actuam como um interruptor, controlando o fluxo de cargas eléctricas através do circuito. Os comutadores são uma parte importante da electrónica, pois alteram o estado do circuito. Componentes de sensores como circuitos integrados (chips), transistores e diodos, todos contêm material semicondutor e estão incluídos nos circuitos dos sensores para que atuem como comutadores. Por exemplo, um transistor funciona usando uma pequena corrente elétrica em uma parte do circuito para ligar uma grande corrente elétrica em outra parte do circuito.

Sensores ativos e passivos

A maioria dos sensores usa radiação como luz ou laser, ondas de infravermelho ou outras ondas como ondas ultra-sônicas para detectar objetos e mudanças em seu ambiente. Eles podem fazer isso tendo uma fonte de energia dentro deles que lhes permite emitir a radiação para o seu objeto alvo. Esta radiação é refletida de volta pelo objeto e detectada pelo sensor – isto é chamado de sensor ativo, por exemplo, no uso do radar.

Sensores passivos não enviam sua própria radiação ou ondas – eles detectam radiação que é emitida por seus objetos alvo, como calor ou radiação infravermelha térmica, ou eles detectam radiação de alguma fonte externa, como o Sol, que é refletida dos objetos. Um exemplo é um termistor para medir temperatura eletronicamente.

O valor em usar sensores é que eles são não-intrusivos e capazes de detectar à distância. Tanto sensores ativos como passivos podem ser montados em satélites orbitando a Terra para capturar informações sobre o nosso ambiente. A radiação ou ondas ou outros fenômenos físicos detectados pelos sensores são convertidos em sinais elétricos e processados por computadores.

MARVIN o robô é equipado com sensores ativos como sensores infravermelhos, sensores de ultra-som e sensores a laser. O contra-sensor que determina a distância percorrida pelo MARVIN é um sensor passivo.