Instrumentação Inteligente – Transdutores (Parte 03)
Nesse post será exposto uma visão mais detalhada dos transdutores autogeradores, sensores com base em matrizes e biossensores.
Veja, também, os post’s anteriores relativos a esse assunto (parte 1 e parte 2).
Transdutores radioativos
São transdutores com um padrão de absorção ou profundidade de penetração dos raios radioativos liberados (α, β, 𝛄 e radiações de nêutrons) em um meio por radioisótopos (ex. 60Co, 137Cs, 192Ir).
Características básicas dos raios radiativos
| RAIO | Prop. Ar | Prop. Tecido | – |
| α | ≈ 11cm | ≈ 0,1mm | – facilmente absorvida por uma folha de papel de carta ou uma folha de alumínio com 0,006cm de espessura |
| β | ≈ 10 m | ≈ 10 – 12 mm | – apresenta menor massa que o raio α – pode ser interrompido por uma camada de alumínio de 5-6mm ou uma folha de chumbo de 1mm |
| 𝛄 | – | – | – tem o maior poder de penetração (vários cm de chumbo) |
- A unidade de radioatividade ou intensidade de radiação é Curie (C).
- O coeficiente de absorção varia conforme alguns dos parâmetros do meio (densidade, compacidade, teor de umidade, impurezas presente)
Propriedade radioativa: Meia-Vida
Um radioisótopo começa um processo de desintegração contínua a partir da sua ativação podendo variar de dias, meses ou anos.
Meia-Vida é conhecido como o tempo de desintegração que a fonte radioativa gasta para se chegar a metade de sua intensidade, onde uma constante (𝝀 – constante de decaimento) é dada como parâmetro para seu cálculo.
Propriedade radioativa: Meia-Distância
Essa propriedade é dependente do nível de energia da fonte e do material do meio a que ela se propaga.
A espessura do suporte que permite que apenas metade do valor de intensidade da fonte penetre no meio é chamada de Meia-Distância. Com isso pode-se selecionar uma fonte tendo como base a espessura do meio.
Exemplos de detectores de radiação
Contador de Geiger-Muller
O contador é constituído de um tubo chamado tubo de Geiger-Müller e de um sistema de amplificação e de registro do sinal. O tubo é constituído por uma câmara metálica cilíndrica com um fino fio metálico em seu eixo, entre os quais é aplicada uma diferença de potencial. A câmara é preenchida por um gás a baixa pressão. Dessa forma, quando a radiação ionizante penetra no tubo, o gás é ionizado e os elétrons liberados vão em direção ao fio metálico devido ao campo aplicado. Esse sinal elétrico é amplificado, registrado e traduzido em uma indicação visual (agulha, lâmpada) ou sonora (clique).
A seguir um circuito que implementa o contador Geiger-Muller – GM com uma interface simples e adaptativa.
Contador de Geiger-Muller – Sparkfun
A seguir um vídeo com uma aplicação – Contador de Geiger-Muller da sparkfun.
Câmara de Ionização (curiômetros)
É um detector de partículas ionizadas que detecta a passagem de uma partícula medindo a carga total dos elétrons (íons) produzidos quando da ionização do meio gasoso pela partícula. São geralmente usadas na medicina nuclear para determinar a exata atividade do tratamento terapêutico.
As câmaras de ionização medem as cargas depositadas pela partícula carregada ao atravessar o meio ionizado (gás, líquido ou sólido).
A tensão aplicada é suficiente para atrair os íons primários produzidos gerando uma corrente mensurável.
A seguir um vídeo com uma aplicação – Câmara de Ionização.
Sensores a Semicondutor
Os semicondutores podem ser usados em dois níveis, como material ou como dispositivo. Apresentam facilidade de fabricação quanto a sua microusinagem na produção em massa com baixo custo e apresentam uma integração de um chip único de processamento de sinal juntamente com o sensor (smart – microssensor).
Sensores Térmicos
Um sensor térmico a semicondutor apresenta um diodo de junção p-n sensível à temperatura da ordem de -2mV/ºC para diodos de silício. Existe uma dependência em relação à sua linearidade, notada na tensão base do emissor (
Dados que:
- Constante de Boltzmann
- Tensão de banda
- Constante dependente do nível de dopagem e geometria
- Temperatura absoluta
- Carga de um elétron
- Corrente no coletor
Isso quer dizer que a dependência de temperatura está relacionada à corrente do coletor. Esta é a razão pela qual um único transistor não é ideal para ser usado como um sensor de temperatura. A recomendação é de se utilizar, portanto, dois transistores idênticos (circuito abaixo) com correntes de coletor diferentes, mas densisdades de corrente do emissor constantes.
Sensores com base em Matrizes
Diferentemente dos sensores discutidos até então, os sensores com base em matrizes são capazes de derivar métricas estatísticas, características de sinal e os padrões que qualquer humano ou animal senciente podem fazer.
Nariz eletrônico
É um exemplo de técnica que imita os sistema olfativo humano, onde uma matriz de centenas de neurônios receptores olfativos do nariz recebem e produzem um padrão de sinal que é transmitido para o cérebro. Este reconhece o padrão do sinal em vez de suas magnitudes individuais.
O nariz eletrônico composto por uma matriz de sensores de gás, cada um com diferentes sensibilidades a diferentes moléculas odorantes. O sinal gerado é alimentado a um computador para discriminar a classe com a ajuda de um software inteligente com uma rede neural artificial ou lógica nebulosa.
Vídeo de exemplo de detector de gás
Biossensores
Combinam um processo de reconhecimento molecular a um microssensor físico-químico resultando em uma identidade de um evento molecular.
Vantagens advindas do advento da tecnologia de micro/nanofabricação estão diretamente ligadas ao menor custo, redução de tamanho, sensibilidade, fabricação por lote, menor consumo de energia, capacidade de lidar com menor volume de amostra, entre outros.
Vídeo – “O que é nanotecnologia?”
Essa série se baseia principalmente na referência 01 bibliografia abaixo.
REFERÊNCIAS
- Instrumentação Inteligente – Princípios e Aplicações (Manabendra Bhuyan)
- http://alunosonline.uol.com.br/quimica/como-funciona-contador-geiger-muller.html
- https://pt.wikipedia.org/wiki/C%C3%A2mara_de_ioniza%C3%A7%C3%A3o
